第三章 精密光学经纬仪及水平角观测
[本章提要]
在工程控制测量和精密工程测量中,角度测量主要使用精密光学经纬仪.我国光学经纬仪的精度系列分为J07,J1,J2,J6等规格.本章主要介绍J2级以上精密光学经纬仪的基本构造和仪器检验,应用精密光学经纬仪完成一个测站上的水平角观测并获得正确观测值的方法及测站平差.

§3.1 经纬仪的基本结构
经纬仪既然是测量角度的工具,它的结构必须与水平角和垂直角的基本定义相适应,为此,首先了解什么是水平角和垂直角,以便认识经纬仪的基本结构及各部件的相互关系.
3.1.1 水平角和垂直角
1. 水平角
如图3-1,A,P1,P2为地面上的三个控制点.A为测站点,P1,P2为照准点.AV为A点的铅垂线(重力方向线),过A点作垂直于AV的平面M.平面M称为水平面.铅垂线AV与视准线AP1,AP2分别构成两个垂直面Q1,Q2,两个垂直面Q1,Q2与水平面的交线分别为Aq1,Aq2.Aq1,Aq2分别叫做视准线AP1,AP2的水平视线.两水平视线Aq1,Aq2的夹角(即Q1,Q2两垂直面的二面角)称为测站点A观测目标P1,P2的水平角.

可见,水平角不是两条视准线间的夹角,而是两条视准线在水平面上投影线的夹角,就
是说,水平角是在水平面上度量的.
水平角在范围内按顺时针方向量取.
2. 垂直角
如图3-1,视准线AP1与其水平视线Aq1的夹角称为A点照准P1点的垂直角.同样,视准线AP2与其水平视线Aq2的夹角为A点对P2点的垂直角.所以,垂直角是视准线与其相应的水平视线的夹角,通常以表示.
垂直角是在垂直面上度量的.水平视线以上为正(如图中的1),水平视线以下为负(如
图中的2).
视准线AP1,AP2与铅垂线AV的夹角Z1,Z2:分别称为AP1,AP2的天顶距.由图可见某一照准点的天顶距与垂直角有如下关系:
(3-1)
3.1.2 经纬仪的基本结构
由上可知,要获得水平角和垂直角的正确值,必须正确的确定出视准线,铅垂线以及水
平面和垂直面.因此经纬仪的基本结构必须能构成这些面,线,并保持正确关系.
图3-2表示经纬仪的基本结构.
图3-2 经纬仪的基本结构
经纬仪的主要部件有:
望远镜——构成视准轴,在照准目标时形成视准线,以便精确照准目标.
照准部水准器——用来指示垂直轴的垂直状态,以形成水平面和垂直面.
垂直轴——作为仪器的旋转轴,测定角度时,应与测站铅垂线一致.
水平轴——作为望远镜俯仰的转轴,以便照准不同高度的目标.
水平度盘——用来在水平面上度量水平角,应与水平面平行.
垂直度盘——用来量度垂直角.
另外,为了精确读取度盘读数,在水平度盘和垂直度盘上均有测微器.
经纬仪的以上部件,除水平度盘以外,合称为经纬仪的照准部,照准部可以绕垂直轴旋转.
仪器的基座,水平度盘,垂直轴套和调平仪器的脚螺旋,是经纬仪的基础部分,叫做基座.
3.1.3 经纬仪主要部件之间的相互关系
为了测得水平角和垂直角,经纬仪不仅要具有上述各种主要部件,而且,这些部件还应按下列关系结合成一个整体.
(1)垂直轴与照准部水准器轴正交.即当照准部水准气泡居中时,垂直轴与测站铅垂线一致.
(2)垂直轴与水平度盘正交且通过其中心.这样,当垂直轴与测站铅垂线一致时,水平度盘就与测站水平面平行,在其上面量取的角度,才是正确的水平角.
(3)水平轴与垂直轴正交,视准轴与水平轴正交,当垂直轴与测站铅垂线一致,俯仰望远镜,视准轴所形成的面才是垂直照准面.
(4)水平轴与垂直度盘正交,且通过其中心.满足此关系,当垂直轴与测站铅垂线一致,水平轴水平时,垂直度盘就平行于过测站的垂直照准面,在它上面量取的角度,才是正确的垂直角.

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