角度测量原理与经纬仪的使用
一．角度测量的原理及相关基本概念
前面我们仪器学习了测量工作中的三项基本工作之一的高程测量，今天我们来一起学习又一项基本工作——角度测量，角度测量包括水平角测量和竖直角测量，其中水平角测量是用于测量地面点的位置，竖直角测量是用于间接测定地面点的高程。
（一）水平角的测量原理
水平角概念：从一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上所成的角，β。如书图3－1。
为了测定水平角β，那么可设想在过角顶B点上方安置一个水平度盘，水平度盘上面带有顺时针刻划、注记。我们可以在BA方向读一个数n，在BC方向读一个数m，那水平角β就等于m减n，用公式表示为
β＝右目标读数m－左目标读数n
水平角值为0～360°。
（二）竖直角的测量原理
竖直角概念：测站点到目标点的视线与水平线间的夹角，用α表示。如书图3－2：α为AB方向线的竖直角。其值从水平线算起，向上为正，称为仰角，范围是0°～90°；向下为负，称为俯角，范围为0°～－90°。
天顶距概念：视线与测站点天顶方向之间的夹角，图3－2中以Z表示，其数值为0°～180°，均为正值。与竖直角的关系：
α＝90°－Z
为了测定天顶角或竖直角，那我们同测水平角类似，在A点安置一个竖直度盘，同样是带有刻划和注记。这个竖直度盘随着望远镜上下转动，瞄准目标后则有一个读数，那此读数就为竖直角。
根据上述角度测量原理，研制出的能同时完成水平角和竖直角测量的仪器称为经纬仪。经纬仪按不同测角精度又分成多种等级，如DJ1、DJ2、DJ6、DJ10等。D、J为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音第一个字母，数字表示该仪器测量精度。DJ6表示一测回方向观测中误差不超过±6″。工程中常用的精度有2″、6″和10″。
二．DJ6型光学经纬仪
（一）基本构造：照准部，水平度盘，基座
（二）读数方法：最常见的读数方法有分微尺法、单平板玻璃测微器法和对径符合读法。下面分别说明其构造原理及读数方法。
1．分微尺法
分微尺法也称带尺显微镜法，多用于DJ6级仪器。由于这种方法操作简单，不含隙动差，
其应用日广。如国产的TDJ6，Leica T16等都采用这种方法。
这种测微器是一个固定不动的分划尺，它有60个分划，度盘分划经过光路系统放大后，
其1°的间隔与分微尺的长度相等。即相当于把1°又细分为60格，每格代表1′，从读数
显微镜中看到的影像如书图3－6所示。图中H代表水平度盘，V代表竖直度盘。度盘分划
注字向右增加，而分微尺注字则向左增加。分微尺的0分划线即为读数的指标线，度盘分划
线则作为读取分微尺读数的指标线。从分微尺上可直接读到1′，还可以估读到0.1′。图3
－6中的水平度盘读数为215°07.3′。
2．单平板玻璃测微器法（简单介绍）
3．对径符合读法（介绍）
三．经纬仪的使用
（一）安置经纬仪在测量角度以前，首先要把经纬仪安置在设置有地面标志的测站上。
所谓测站。即是所测角度的顶点。安置工作包括对中、整平两项。
1．对中
在安置仪器以前，首先将三脚架打开，抽出架腿，并旋紧架腿的固定螺旋。然后将三个架腿安置在以测站为中心的等边三角形的角顶上。这时架头平面即约略水平，且中心与地面点约略在同一铅垂线上。
从仪器箱中取出仪器，用附于三脚架头上的连结螺旋，将仪器与三脚架固连在一起，然后即可精确对中。
根据仪器的结构，可用垂球对中，也可用光学对中器对中。
垂球对中（简单介绍）
如果使用光学对中器对中，可以先用垂球粗略对中，然后取下垂球，再用光学对中器对中。但在使用光学对中器时，仪器应先利用脚螺旋使圆水准器气泡居中，再看光学对中器是否对中。如有偏离，仍在仪器架头上平行移动仪器，在保证圆水准气泡居中的条件下，使其与地面点对准。如果不用垂球粗略对中，则一面观察光学对中器一面移动脚架，使光学对中器与地面点对准。这时仪器架头可能倾斜很大，则根据圆水准气泡偏移方向，伸缩相关架腿，使气泡居中。伸缩架腿时，应先稍微旋松伸缩螺旋，待气泡居中后，立即旋紧。因为光学对中器的精度较高，且不受风力影响，应尽量采用。待仪器精确整平后，仍要检查对中情况。因为只有在仪器整平的条件下，光学对中器的视线才居于铅垂位置，对中才是正确的。
2．整平
经纬仪整平的目的，乃是使竖轴居于铅垂位置。整平时要先用脚螺旋使圆水准气泡居中，以粗略整平，再用管水准器精确整平。
由于位于照准部上的管水准器只有一个，如图3－10所示，可以先使它与一对脚螺旋连线的方向平行，然后双手以相同速度相反方向旋转这两个脚螺旋，使管水准器的气泡居中。再将照准部平转90°，用另外一个脚螺旋使气泡居中。这样反复进行，直至管水准器在任一方向上气泡都居中为止。在整平后还需检查光学对中器是否偏移。如果偏移，则重复上述操作方法，直至水准气泡居中，对中器对中为止。
（二）照准目标
1．水平角观测时，应尽量照准目标的底部。当目标较近时，成像较大，则用单丝平分目标；当目标较远时，成像较小，则用双丝夹住目标或用单丝与目标重合。
2．竖直角观测时，应用中横丝照准目标顶部或某一预定部位。
（三）读数或置数
1．读数：按照先前介绍的读数方法进行。
2．置数：照准需要的方向，使水平度盘读数为某一预定值叫做置数。具体方法是：先照准后置数。照准目标后，打开度盘变换手轮保险装置，转动度盘变换手轮，使度盘读数等于预定读数，然后，关上变换手轮保险装置。
水平角和竖直角的观测
一．水平角观测
一）测回法测水平角
当所测的角度只有两个方向时，通常都用测回法观测。如图3－1示，欲测OA 、OB 两方向之间的水平角∠AOB 时，在角顶O 安置仪器，在A 、B 处设立观测标志。经过对中、整平以后，即可按下述步骤观测。
图 3－1 (1)将复测扳手扳向上方。松开照准部及望远镜的制动螺旋。利用望远镜上的粗瞄器，以盘左(竖盘在望远镜视线方向的左侧时称盘左)粗略照准左方目标A 。关紧照准部及望远镜的制动螺旋，再用微动螺旋精确照准目标，同时需要注意消除视差及尽可能照准目标的下部。对于细的目标，宜用单丝照准，使单丝平分目标像；而对于粗的目标，则宜用双丝照准，使目标像平分双丝，以提高照准的精度。最后读取该方向上的读数左a 。
(2) 松开照准部及望远镜的制动螺旋，顺时针方向转动照准部，粗略照准右方目标B 。再关紧制动螺旋，用微动螺旋精确照准，并读取该方向上的水平度盘读数左b 。盘左所得角值即为：左左左b a -=β。以上称为上半测回。
(3) 将望远镜纵转180°，改为盘右。重新照准右方目标B ，并读取水平度盘读数右b 。然后顺时针或逆时针方向转动照准部，照准左方目标A 。读取水平度盘读数右a ，则盘右所得角值右右右b a -=β。以上称为下半个测回。两个半测回角值之差不超过规定限值时，取盘左盘右所得角值的平均值2右
左βββ+=，即为一测回的角值。根据测角精度的要求，可
以测多个测回而取其平均值，作为最后成果。观测结果应及时记入手簿，并进行计算，看是否满足精度要求。
手簿的格式见实习手簿。
值得注意的是：上下两个半测回所得角值之差，应满足有关测量规范规定的限差，对于DJ 6级经纬仪，限差一般为30″或40″。如果超限，则必须重测。如果重测的两半测回角值之差仍然超限，但两次的平均角值十分接近，则说明这是由于仪器误差造成的。取盘左盘右角值的平均值时，仪器误差可以得到抵消，所以各测回所得的平均角值是正确的。 两个方向相交可形成两个角度，计算角值时始终应以右边方向的读数减去左边方向的读数。如果右方向读数小于左方向读数，则应先加360°后再减，例如表3－1中右β＝11°23′20″+360°－298°47′00″＝72°36′20″。若用298°47′00″－11°23′20″＝287°23′40″，所得的则是∠AOB 的外角。所以测得的是哪个角度与照准部的转动方向无关，与先测哪个方向也无关，而是取决于用哪个方向的读数减去哪个方向的读数。在下半测回时，
