角度测量仪器的使用-测绘基础指南

角度测量仪器主要为经纬仪，本节学习DJ6光学经纬仪类型、构造和使用问题的实践性知识。主要是为了使学生对各种常用光学经纬仪有感官认识，了解DJ6光学经纬仪的构造和使用特点，掌握经纬仪的操作步骤和操作方法。

3.2.1 DJ6光学经纬仪及使用

1.基本构造

工程上常用的光学经纬仪有DJ2和DJ6等几种类型。D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”汉语拼音的第一个字母；数字2、6等表示该类仪器一测回方向值的精度（秒数）。图3.2所示是南京华东光学仪器厂生产的DJ6型光学经纬仪，它由照准部、水平度盘和基座3个主要部分组成。各部件名称如图3.2所注。

（1）照准部。

照准部是指水平度盘以上能绕竖轴旋转的部分，包括望远镜、竖直度盘、光学对中器、水准管、光路系统、读数显微镜等，都安装在底部带竖轴（内轴）的U形支架上。其中望远镜、竖盘和水平轴（横轴）固连一体，组装于支架上。望远镜绕横轴上下旋转时，竖盘随着转动，并由望远镜制动螺旋和微动螺旋控制。竖盘是一个圆周上刻有度数分划线的光学玻璃圆盘，用来量度竖直角。紧挨竖盘有一个指标水准管和指标水准管微动螺旋，在观测竖直角时用来保证读数指标的正确位置。望远镜旁有一个读数显微镜，用来读取竖盘和水平度盘读数。望远镜绕竖轴左右转动时，由水平制动螺旋和水平微动螺旋控制。照准部的光学对中器和水准管用来安置仪器，以使水平度盘中心位于测站铅垂线上并使度盘平面处于水平位置。

（2）水平度盘。

水平度盘是由光学玻璃制成的刻有度数分划线的圆盘，按顺时针方向由0°注记至360°，用以量度水平角。水平度盘有一个空心轴，空心轴插入度盘的外轴中，外轴再插入基座的套轴内。在空心轴容纳内轴的插口上有许多细小滚珠，以保证照准部能灵活转动而不致影响水平度盘。水平度盘本身可以根据测角需要，用度盘变换手轮改变读数位置。

（3）基座。

基座起支撑仪器上部以及使仪器与三脚架连接的作用，主要由轴座、脚螺旋和底板组成。仪器装到三脚架上时，须将三脚架头上的中心连接螺旋旋入基座底板，使之固紧。

基座脚螺旋用来整平仪器。但对于采用光学对中器的经纬仪来说，脚螺旋整平作用范围很小，主要用它将基座平面整成与三脚架架头大致平行。

图3.2 华光DJ6光学经纬仪

1—对光螺旋；2—目镜；3—读数显微镜；4—照准部水准管；5—脚螺旋；6—望远镜物镜；7—望远镜制动螺旋；8—望远镜微动螺旋；9—中心锁紧螺旋；10—竖直度盘；11—竖盘指标水准管微动螺旋；12—光学对中器目镜；13—水平微动螺旋；14—水平制动螺旋；15—竖盘指标水准管；16—反光镜；17—度盘变换手轮；18—保险手柄；19—竖盘指标水准管反光镜；20—托板；21—底板

2.测微装置与读数方法

DJ6型经纬仪水平度盘和坚盘的直径都很小，度盘分划值一般只刻至1°或30′，小于度盘最小分划的读数必须借助光学测微装置读取。DJ6型光学经纬仪目前最常用的装置是分微尺。下面介绍分微尺的读数方法。

在光学光路中装一条格尺，在视场中格尺的长度等于度盘最小分划的长度。尺的零分划就是读数的指标线。度盘上相差1°的两条分划线之间的影像宽度恰好等于分微尺上60小格的宽度，所以分微尺上一小格就代表1′估读0.1格即为6″。分微尺的注记由0～60，每10格标注一下，简略的注记成由0～6。分微尺零线所指的度盘影像位置，就是应该读数的位置；实际读数时，只需要注意哪根度盘分划线位于0与6之间，读取这根分划线的度数和它所指的分微尺上的读数即得应有的读数。如图3.3所示，水平度盘读数为215° 07.5′＝215°07′30″；竖直度盘为78°48.3′＝78°48′18″。

在读数显微镜内看到的水平度盘和竖盘影像一般注有汉字加以区别，也有的以注“H”或“－”表示水平度盘，注“V”或“┴”符号表示竖盘。

3.经纬仪的使用

经纬仪的使用包括对中、整平、调焦和照准、读数及置数等基本操作。现将操作方法介绍如下：

图3.3 分微尺的读数方法

（1）对中。

对中的目的是使仪器中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上。具体作法是：首先将三脚架安置在测站上，使架头大致水平且高度适中。可先用垂球大致对中，概略整平仪器后取下垂球，再调节对中器的目镜，松开仪器与三脚架间的连接螺旋，两手扶住仪器基座，在架头上平移仪器，使分划板上小圆圈中心与测站点重合，固定中心连接螺旋。平移仪器，整平可能受到影响，需要重新整平，整平后光学对中器的分划圆中心可能会偏离测站点，需要重新对中。因此，这两项工作需要反复进行，直到对中和整平都满足要求为止。

（2）整平。

整平的目的是使仪器竖轴竖直和水平度盘处于水平位置。

如图3.4（a）所示，整平时，先转动仪器的照准部，使照准部水准管平行于任意一对脚螺旋的连线，然后用两手同时以相反方向转动该两脚螺旋，使水准管气泡居中，注意气泡移动方向与左手大拇指移动方向一致；再将照准部转动90°，如图3.4（b）所示，使水准管垂直于原两脚螺旋的连线，转动另一个脚螺旋，使水准管气泡居中。如此重复进行，直到在这两个方向气泡都居中为止。居中误差一般不得大于一格。

图3.4 用脚螺旋整平方法

（3）调焦和照准

照准就是使望远镜十字丝交点精确照准目标。照准前先松开望远镜制动螺旋与照准部制动螺旋，将望远镜朝向天空或明亮背景，进行目镜对光，使十字丝清晰；然后利用望远镜上的照门和准星粗略照准目标，使在望远镜内能够看到物像，再拧紧照准部及望远镜制动螺旋；转动物镜对光螺旋，使目标清晰，并消除视差；转动照准部和望远镜微动螺旋，精确照准目标：测水平角时，应使十字丝竖丝精确地照准目标，并尽量照准目标的底部，如图3.5所示；测竖直角时，应使十字丝的横丝（中丝）精确照准目标，如图3.6所示。

图3.5 水平角观测照准方法

图3.6 竖直角观测照准方法

（4）读数。

调节反光镜及读数显微镜目镜，使度盘与测微尺影像清晰，亮度适中，然后按前述的读数方法读数。

（5）置数。

置数是指照准某一方向的目标后，使水平度盘的读数等于给定或需要的值。在观测水平角时，常使起始方向的水平度盘读数为零或其他数值，如果使其为零时，就称为置零或对零。置数方法在角度测量和施工放样中应用广泛。

由于度盘变换方式的不同，置数方法也不相同。对于采用度盘变换手轮的仪器，应先照准目标，然后打开变换手轮护盖，转动变换手轮进行置数，最后关闭护盖。对于采用复测板手进行度盘离合的仪器，应先置好数，再去照准目标。例如，要使照准目标时的水平度盘读数置为90°01′30″，应先松开离合器（即将复测板手向上板到位）和水平度盘制动螺旋，一边转动照准部，一边观察水平度盘读数，当读数接近90°时，固紧水平制动螺旋，利用水平微动螺旋使度盘的读数为90°01′30″，然后扣紧离合器（即复测板手向下板到位），松开水平制动螺旋，旋转照准部照准目标，照准后再松开离合器即可。

3.2.2 全站仪及使用

全站型电子速测仪（简称全站仪）是集测角、测距、自动记录于一体的仪器。由光电测距仪、电子经纬仪、数据自动记录装置三大部分组成。

下面以南方NTS－350全站仪为例介绍全站型电子速测仪的结构和使用方法：

1.南方NTS－350全站仪的结构

南方NTS－350系列全站仪的测距精度为3mm＋2mm／km×D（D为测距边长，以km为单位），测角精度根据系列型号的不同分为±2″、±5″。南方NTS－350系列全站仪的基本构造如图3.7所示。

图3.7 南方NTS－350全站仪(www.xing528.com)

南方NTS－350系列全站仪除能进行测量角度和距离外，还能进行高程测量、坐标测量，坐标放样以及对边测量、悬高测量、偏心测量、面积测量等。测量数据可存储到仪器的内存中，能存储8000个点的坐标数据，或者存储3000个点的坐标数据和3000个点的测量数据（原始数据）。所存数据能进行编辑、查阅和删除等操作，能方便地与计算机相互传输数据。南方NTS－350系列全站仪的竖直角采用电子自动补偿装置，可自动测量竖直角。

2.反光棱镜与觇牌

与全站仪配套使用的反光棱镜与觇牌如图3.8所示，由于全站仪的望远镜视准轴与测距发射接收光轴是同轴的，故反光棱镜中心与觇牌中心一致。对中杆棱镜组的对中杆与两条铝脚架一起构成简便的三脚架系统，操作灵活方便，在低等级控制测量和施工放线测量中应用广泛。在精度要求不很高时，还可拆去其两条铝脚架，单独使用一根对中杆，携带和使用更加方便。

（1）棱镜组的安置。

如图3.8（a）所示，将基座安放到三脚架上，利用基座上的光学对中器和基座螺旋进行对中整平，具体方法与光学经纬仪相同。将反光棱镜和觇牌组装在一起，安放到基座上，再将反光面朝向全站仪，如果需要观测高程，则用小钢尺量取棱镜高度，即地面标志到棱镜或觇牌中心的高度。

（2）对中杆棱镜组的安置。

如图3.8（b）所示，使用对中杆棱镜组时，将对中杆的下尖对准地面测量标志，两条架腿张开合适的角度并踏稳，双手分别握紧两条架腿上的握式锁紧装置，伸缩架腿长度，使圆气泡居中，便完成对中整平工作。对中杆的高度是可伸缩的，在接头处有杆高刻画标志，可根据需要调节棱镜的高度，刻画读数即为棱镜高度。

图3.8 全站仪反光棱镜组

3.南方NTS350全站仪的使用

（1）安置仪器。

将全站仪安置在测站上，对中整平，方法与经纬仪相同，注意全站仪脚架的中心螺旋与经纬仪脚架不同，两种脚架不能混用。安置反光镜于另一点上，经对中整平后，将反光镜朝向全站仪。

（2）开机。

按面板上的POWER键打开电源，按F1（↓）或F2（↑）键调节屏幕文字的对比度，使其清晰易读；上下转动一下望远镜，完成仪器的初始化，此时仪器一般处于测角状态。面板见图3.9，有关键盘符号的名称与功能如下：

ANG（▲）——角度测量键（上移键），进入角度测量模式（上移光标）；

（▾）——距离测量键（下移键），进入距离测量模式（下移光标）；

（◂）——坐标测量键（左移键），进入坐标测量模式（左移光标）；

MENU（▸）——菜单键（右移键），进入菜单模式（右移光标），可进行各种程序测量、数据采集、放样和存储管理等；

ESC退出键——返回上一级状态或返回测量模式；

★星键——进入参数设置状态；

POWER电源开关键——短按开机，长按关机；

图3.9 南方NTS－350全站仪面板

F1～F4功能键——对应于显示屏最下方一排所示信息的功能，具体功能随不同测量状态而不同；

0～9数字键——输入数字和字母、小数点、负号；

开机时要注意观察显示窗右下方的电池信息，判断是否有足够的电池电量并采取相应的措施，电池信息意义如下：

——电量充足，可操作使用。

——刚出现此信息时，电池尚可使用1小时左右；若不掌握已消耗的时间，则应准备好备用的电池。

——电量已经不多，尽快结束操作，更换电池并充电。

——闪烁到消失，从闪烁到缺电关机大约可持续几分钟，电池已无电，应立即更换电池。

（3）温度、气压和棱镜常数设置

全站仪测量时发射红外光的光速随大气的温度和压力而改变，进行温度和气压设置，是通过输入测量时测站周围的温度和气压，由仪器自动对测距结果实施大气改正。棱镜常数是指仪器红外光经过棱镜反射回来时，在棱镜处多走了一段距离，这个距离对同一型号的棱镜来说是个固定的，例如南方全站仪配套的棱镜为30mm，测距结果应加上－30mm，才能抵消其影响，－30mm即为棱镜常数，在测距时输入全站仪，由仪器自动进行改正，显示正确的距离值。

预先测得测站周围的温度和气压。例：温度＋25℃，气压1017.5h Pa。按键进入测距状态，按F3键执行［S／A］功能，进入温度、气压和棱镜常数设置状态，再按F3键执行［T－P］功能，先进入温度、气压设置状态，依次输入温度25.0和气压1017.5，按F4回车确认，见图3.10（a）。按ESC键退回到温度、气压和棱镜常数设置状态，按F1键执行［棱镜］功能，进入棱镜常数设置状态，输入棱镜常数（－30），按F4回车确认，见图3.10（b）。

（4）距离测量。

图3.10 温度、气压、棱镜常数设置和测距屏幕

照准棱镜中心，按键，距离测量开始，1～2秒钟后在屏幕上显示水平距离HD，例如“HD：235.343m”，同时屏幕上还显示全站仪中心与棱镜中心之间的高差VD，例如“VD：36.551m”，见图3.10（c）。如果需要显示斜距，则按键，屏幕上便显示斜距SD，例如“SD：241.551”。

测距结束后，如需要再次测距，按F1键执行［测量］即可。如果仪器连续地反复测距，说明仪器当时处于“连续测量”模式，可按F1键，使测量模式由“连续测量”转为“N次测量”，当光电测距正在工作时，再按F1键，测量模式又由“N次测量”转为“连续测量”。

仪器在测距模式下，即使还没有完全瞄准棱镜中心，只要有回光信号，便会进行测距，因此一般先按ANG键进入角度测量状态，瞄准棱镜中心后，再按键测距。表3.1列出了F1～F4功能键的说明。

表3.1 南方NTS－350距离测量各功能键说明

（5）角度测量。

角度测量是全站仪的基本功能之一，开机一般默认进入测量角状态，南方NTS350也可按ANG键进入测角状态，屏幕上的“V”为竖直角读数，“HR”（度盘顺时针增大）或“HL”（度盘逆时针增大）为水平度盘读数，水平角置零等操作按表3.2所示F1～F4功能键完成。

表3.2 南方NTS－350角度测量功能键的功能