垂直角的测量方法.docx

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垂直角的测量方法

第五节垂直角的测量方法

一、垂直角测量原理

1．垂直角的概念

在同一铅垂面内，观测视线与水平线之间的夹角，称为垂直角，又称倾角，用α表示。

其角值范围为0˚～±90˚。

如图3-11所示，视线在水平线的上方，垂直角为仰角，符号为正〔+α〕；视线在水平线的下方，垂直角为俯角，符号为负〔－α〕。

+α

–α

B

A

O

图3-11垂直角测量原理

2．垂直角测量原理

同水平角一样，垂直角的角值也是度盘上两个方向的读数之差。

如图3-11所示，望远镜瞄准目标的视线与水平线分别在竖直度盘上有对应读数，两读数之差即为垂直角的角值。

所不同的是，垂直角的两方向中的一个方向是水平方向。

无论对哪一种经纬仪来说，视线水平时的竖盘读数都应为90˚的倍数。

所以，测量垂直角时，只要瞄准目标读出竖盘读数，即可计算出垂直角。

二、竖直度盘构造

如图3-12所示，光学经纬仪竖直度盘的构造包括竖直度盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。

图3-12竖直度盘的构造

竖直度盘固定在横轴的一端，当望远镜在竖直面内转动时，竖直度盘也随之转动，而用于读数的竖盘指标那么不动。

当竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘指标所处的位置称为正确位置。

光学经纬仪的竖直度盘也是一个玻璃圆环，分划与水平度盘相似，度盘刻度0˚～360˚的注记有顺时针方向和逆时针方向两种。

如图3-13a所示为顺时针方向注记，如图3-13b所示为逆时针方向注记。

0°

90°

180°

270°

0°

180°

90°

270°

竖盘指标水准管

竖盘指标

a〕

b〕

图3-13竖直度盘刻度注记〔盘左位置〕

竖直度盘构造的特点是：

当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，盘左位置的竖盘读数为90˚，盘右位置的竖盘读数为270˚。

三、垂直角计算公式

由于竖盘注记形式不同，垂直角计算的公式也不一样。

现在以顺时针注记的竖盘为例，推导垂直角计算的公式。

0°

90°

180°

270°

0°

90°

180°

270°

0°

90°

180°

270°

0°

90°

180°

270°

L

α

α

R

α

α

盘左位置

盘右位置

图3-14竖盘读数与垂直角计算

如图3-14所示，盘左位置：

视线水平时，竖盘读数为90˚。

当瞄准一目标时，竖盘读数为L，那么盘左垂直角αL为：

〔3-2〕

如图3-16所示，盘右位置：

视线水平时，竖盘读数为270˚。

当瞄准原目标时，竖盘读数为R，那么盘右垂直角αR为：

〔3-3〕

将盘左、盘右位置的两个垂直角取平均值，即得垂直角α计算公式为：

〔3-4〕

对于逆时针注记的竖盘，用类似的方法推得垂直角的计算公式为：

〔3-5〕

在观测垂直角之前，将望远镜大致放置水平，观察竖盘读数，首先确定视线水平时的读数；然后上仰望远镜，观测竖盘读数是增加还是减少：

假设读数增加，那么垂直角的计算公式为：

〔3-6〕

假设读数减少，那么垂直角的计算公式为：

〔3-7〕

以上规定，适合任何竖直度盘注记形式和盘左盘右观测。

四、竖盘指标差

在垂直角计算公式中，认为当视准轴水平、竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数应是90˚的整数倍。

但是实际上这个条件往往不能满足，竖盘指标常常偏离正确位置，这个偏离的差值x角，称为竖盘指标差。

竖盘指标差x本身有正负号，一般规定当竖盘指标偏移方向与竖盘注记方向一致时，x取正号，反之x取负号。

0°

90°

180°

270°

90°

180°

270°

0°

90°

180°

270°

0°

90°

180°

270°

L

α

α

R

α

α

盘左位置

盘右位置

0°

x

x

x

x

αR

αL

图3-15竖直度盘指标差

如图3-15所示盘左位置，由于存在指标差，其正确的垂直角计算公式为：

〔3-8〕

同样如图3-15所示盘右位置，其正确的垂直角计算公式为：

〔3-9〕

将式〔3-8〕和〔3-9〕相加并除以2，得

〔3-10〕

由此可见，在垂直角测量时，用盘左、盘右观测，取平均值作为垂直角的观测结果，可以消除竖盘指标差的影响。

将式〔3-8〕和式〔3-9〕相减并除以2

，得

〔3-11〕

式〔3-11〕为竖盘指标差的计算公式。

指标差互差〔即所求指标差之间的差值〕可以反映观测成果的精度。

有关标准规定：

垂直角观测时，指标差互差的限差，DJ2型仪器不得超过±15″；DJ6型仪器不得超过±25″。

五、垂直角观测

垂直角的观测、记录和计算步骤如下：

〔1〕在测站点O安置经纬仪，在目标点A竖立观测标志，按前述方法确定该仪器垂直角计算公式，为方便应用，可将公式记录于垂直角观测手簿表3-4备注栏中。

〔2〕盘左位置：

瞄准目标A，使十字丝横丝精确地切于目标顶端如图3-16所示。

转动竖盘指标水准管微动螺旋，使水准管气泡严格居中，然后读取竖盘读数L，设为95˚22′00″，记入垂直角观测手簿表3-4相应栏内。

图3-16垂直角测量瞄准

〔3〕盘右位置：

重复步骤2，设其读数R为264˚36′48″，记入表3-4相应栏内。

表3-4垂直角观测手簿

测站

目标

竖盘

位置

竖盘读数

°′″

半测回垂直角

°′″

指标差

″

一测回垂直角

°′″

备注

1

2

3

4

5

6

7

8

O

A

左

952200

－52200

－36

－52236

右

2643648

－52312

O

B

左

811236

＋84724

－45

＋84639

右

2784554

＋84554

〔4〕根据垂直角计算公式计算，得

那么一测回垂直角为：

竖盘指标差为：

将计算结果分别填入表3-4相应栏内。

有些经纬仪，采用了竖盘指标自动归零装置，其原理与自动安平水准仪补偿器根本相同。

当经纬仪整平后，瞄准目标，翻开自动补偿器，竖盘指标即居于正确位置，从而明显提高了垂直角观测的速度和精度。