项目四 经纬仪测量原理及认识
一、目的要求
1.掌握经纬仪测量原理。
2.了解经纬仪的基本构造和各部件的功能。
3.掌握测回法测量水平角的操作方法。
4.熟悉经纬仪各主要轴线之间应满足的几何条件。
5.掌握竖直角测量原理及方法。
二、准备工作
1.场地选择：在场地周围适当的地方，指定3～5个观测目标。
2.仪器工具：经纬仪、记录板、记录板、测伞。
3.人员组织：每4人一组，轮换操作。
三、要点及流程
1.实验原理
水平角度测量原理，如图1-9所示。
（1）A、O、B是地面上任意三个点，OA和OB两条方向线所夹的水平角，即为OA和OB垂直投影在水平面P上的投影O′A′和O′B′所构成的夹角，也是OA和OB所在平面所形成的二面角。
（2）在O点的上方任意高度处，水平安置一个带有角度刻划的圆盘，并使圆盘中心在过O点的铅垂线上；通过OA和OB各作一铅垂面，设这两个铅垂面在度盘上截取的读数分别为a和b。
（3）用于测量水平角的仪器，必须具备一个能置于水平状态的水平度盘，且水平度盘的中心位于水平角顶点的铅垂线上。仪器上的望远镜不仅可以在水平面内转动，而且还能在竖直面内转动。经纬仪就是根据上述基本要求设计制造的测角仪器。
2.竖直角度测量
（1）观测目标的方向（视线）与同一竖直面内的水平线之间的夹角，称为该方向线的竖直角，又称垂直角，通常用α表示。竖直角度测量原理图如图1-10所示。
图1-9 水平角度测量原理
图1-10 竖直角度测量原理图
（2）竖直角值范围为0°～±90°。
（3）仰角：其角值为正；俯角：其角值为负。
（4）竖直角计算公式：盘左时αL=90°-L，盘右时αR=270°-R，竖直角的平均值
3.经纬仪的分类
（1）按精度分为：DJ1、DJ2、DJ6等。
（2）按读数系统分为：光学经纬仪、电子经纬仪。
（3）按性能分为：方向经纬仪、复测经纬仪。
4.经纬仪的操作及步骤
经纬仪的基本操作为：对中、整平、瞄准和读数。
（1）对中
对中的目的是使仪器度盘中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上。操作步骤为：张开脚架，调节脚架腿，使其高度适宜，并通过目估使架头大致水平、架头中心大致对准测站点。从箱中取出经纬仪安置于架头上，然后将脚架尖踩实。略微松开连接螺旋，在架头上移动仪器，直至度盘中心准确对准测站点，最后再旋紧连接螺旋。
（2）整平
整平的目的是调节脚螺旋使水准管气泡居中，从而使经纬仪的竖轴竖直，水平度盘处于水平位置。其操作步骤如下：
①旋转照准部，使水准管气泡平行于任一对脚螺旋。同时，相对转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中[见图1-11（a）]。
②将照准部旋转90°，转动第三个脚螺旋，使水准管气泡居中[见图1-11（b）]。
③按以上步骤重复操作，直至水准管在这两个位置上气泡都居中为止。使用光学对中器进行对中、整平时，首先通过目估初步对中（也可利用锤球），旋转对中器使目镜看清分划板上的刻划圆圈，再拉伸对中器的目镜筒，使地面标志点成像清晰。转动脚螺旋使标志点的影像移至刻划圆圈中心。然后通过伸缩三脚架腿，调节三脚架的长度，使经纬仪圆水准器气泡居中，再调节脚螺旋精确整平仪器，接着通过对中器观察地面标志点。若偏刻划圆圈中心，可稍微松开连接螺旋，在架头移动仪器，使其精确对中，此时，如水准管气泡偏移，则再整平仪器，如此反复进行，直至对中、整平同时完成。
图1-11 整平方法
（3）瞄准
瞄准的步骤如下所述：
①目镜对光。将望远镜对准明亮处，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。
②粗略瞄准。松开照准部制动螺旋与望远镜制动螺旋，转动照准部与望远镜，通过望远镜上的瞄准器对准目标，然后旋紧制动螺旋。
③物镜对光。转动位于镜筒上的物镜对光螺旋，使目标成像清晰并检查有无视差存在，如果发现有视差存在，应重新进行对光，直至消除视差。
④精确瞄准。旋转微动螺旋，使十字丝准确对准目标。观测水平角时，应尽量瞄准目标的基部，当目标宽于十字丝双丝距时，宜用单丝平分；目标窄于双丝距时，宜用双丝夹住；观测竖直角时，用十字丝横丝的中心部分对准目标位。
（4）读数
读数前应调整反光镜的位置与开合角度，使读数显微镜视场内亮度适当，然后转动读数显微镜目镜进行对光，使读数窗成像清晰，进行读数。
四、注意事项
1.D表示大地测量仪器；J表示经纬仪；数字1、2、6等表示该仪器一个测回水平方向观测中误差的秒数，单位为秒。
2.瞄准目标时，尽可能用单丝瞄准目标底部。
3.观测过程中，应注意观察水准气泡，若发现气泡偏移超过一格时，应重新整平重测。
五、考核评分标准
考核标准：经纬仪操作考核评分标准见表1-6。
考核项目：经纬仪的现场操作。
表1-6 经纬仪操作考核评分表
续表
六、练习题
1.什么是水平角？绘图说明用经纬仪测量水平角的原理。
2.观测水平角时，什么情况下采用测回法？
3.叙述测回法观测水平角的操作步骤。