如何使用DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)水平角

李 麗

(山西交通技師學(xué)院，山西太谷 030800)

0 引言

測(cè)量工作貫穿于公路工程建設(shè)的整個(gè)階段，測(cè)量學(xué)是公路工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)工作和實(shí)踐活動(dòng)中，我總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，下面我主要談?wù)勅绾问褂肈J6光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)量水平角。

經(jīng)緯儀是測(cè)量角度的儀器。按其精度分，有 DJ6，DJ2兩種。表示一測(cè)回方向觀測(cè)中誤差分別為6″，2″。DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀是一種組合了一系列光學(xué)和機(jī)械零件的角度測(cè)量?jī)x器，內(nèi)部有玻璃度盤和許多光學(xué)棱鏡與透鏡，組成光學(xué)系統(tǒng)。其中D，J分別是“大地測(cè)量”“經(jīng)緯儀”的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母，6表示該等級(jí)經(jīng)緯儀的精度指標(biāo)，即水平方向一測(cè)回方向中的誤差不超過(guò)±6″。該儀器的主要功能就是測(cè)定或放樣水平角和豎直角。另外，由于在該儀器上安置有測(cè)距裝置——視距絲，所以DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀還可以用于距離測(cè)量。DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀由照準(zhǔn)部、水平度盤、基座組成。

1 DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀的操作

水平角是指從一點(diǎn)出發(fā)的兩空間直線在水平面上投影的夾角即二面角其范圍:順時(shí)針0°～360°。在用DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀進(jìn)行水平角度測(cè)量之前，必須把儀器安置在測(cè)站上。儀器的安置包括對(duì)中和整平兩項(xiàng)工作。

1)對(duì)中的目的是使儀器的中心與測(cè)站點(diǎn)位于同一鉛垂線上。

a.在安置儀器以前，首先將三角架打開(kāi)，抽出架腿，并旋緊架腿的固定螺旋。然后將三個(gè)架腿安置在以測(cè)站為中心的等邊三角形的角頂上。這時(shí)架頭平面即約略水平，且中心與地面點(diǎn)約略在同一鉛垂線上，將三腳架踩實(shí)使之穩(wěn)固。裝上儀器，旋上連接螺旋。b.旋轉(zhuǎn)光學(xué)對(duì)中器的目鏡，看清對(duì)中器分劃圈，拉或推動(dòng)目鏡使地面測(cè)站點(diǎn)標(biāo)記影像清晰。c.移動(dòng)三腳架使光學(xué)對(duì)中器分劃圈對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn)。d.利用三腳架的伸縮螺旋調(diào)整架腿的長(zhǎng)度，使圓水準(zhǔn)氣泡居中。在使用光學(xué)對(duì)中器時(shí)，儀器應(yīng)先利用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，再用光學(xué)對(duì)中器觀察地面測(cè)站標(biāo)志是否偏離分劃圈中心。如果偏離中心，稍微松開(kāi)三腳架連接螺旋，在架頭上移動(dòng)儀器，在保證圓水準(zhǔn)氣泡居中的條件下，使其與地面點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。如果不用垂球粗略對(duì)中，則一面觀察光學(xué)對(duì)中器一面移動(dòng)腳架，使光學(xué)對(duì)中器與地面點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。這時(shí)儀器架頭可能傾斜很大，則根據(jù)圓水準(zhǔn)氣泡偏移方向，伸縮相關(guān)架腿，使氣泡居中。伸縮架腿時(shí)，應(yīng)先稍微旋松伸縮螺旋，待氣泡居中后，立即旋緊。e.再檢驗(yàn)圓水準(zhǔn)氣泡是否居中以及光學(xué)對(duì)中器分劃圈是否對(duì)準(zhǔn)測(cè)站標(biāo)志，如有任何一項(xiàng)偏離，則需重新整平圓水準(zhǔn)氣泡和對(duì)準(zhǔn)測(cè)站標(biāo)志，直至同時(shí)符合要求為止。

2)整平。

經(jīng)緯儀整平的目的是使儀器的豎軸鉛直，水平度盤處于水平位置。在上一個(gè)步驟中只進(jìn)行了粗略整平，還需精確整平。還需用到位于照準(zhǔn)部上的管水準(zhǔn)器。

在精確整平時(shí)，松開(kāi)水平制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，使水準(zhǔn)管大致平行于任意兩個(gè)腳螺旋的連線，兩手同時(shí)向內(nèi)或向外旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)腳螺旋使氣泡居中。氣泡的移動(dòng)方向與左手拇指移動(dòng)的方向一致。再將照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)90°，水準(zhǔn)管處于原位置的垂直位置，用另一個(gè)腳螺旋使氣泡居中。如此反復(fù)操作，直至照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)到任何位置氣泡都居中為止。在整平后還需再次檢查光學(xué)對(duì)中器是否偏移。如果偏移，則重復(fù)上述操作方法，直至水準(zhǔn)氣泡居中，對(duì)中器對(duì)中為止。

3)瞄準(zhǔn)。

先松開(kāi)水平制動(dòng)螺旋和望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺旋，調(diào)節(jié)目鏡對(duì)光螺旋使十字絲清晰。通過(guò)望遠(yuǎn)鏡上的瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使目標(biāo)成像在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中僅于中央部位。旋緊水平制動(dòng)螺旋和望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺旋。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，使目標(biāo)成像清晰。最后用望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)螺旋和水平微動(dòng)螺旋精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)。瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)盡量瞄準(zhǔn)目標(biāo)底部，使縱絲的中間部分平分或夾準(zhǔn)目標(biāo)。

4)測(cè)量。

當(dāng)儀器的準(zhǔn)備工作充分做好后，就可以開(kāi)始水平角的測(cè)量了。這里我們用測(cè)回法測(cè)量水平角。測(cè)回法適用于觀測(cè)只有兩個(gè)方向的單角，這種方法要用盤左和盤右兩個(gè)位置進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)目鏡朝向觀測(cè)者，如果豎盤位于望遠(yuǎn)鏡的左側(cè)，稱為盤左;如果位于右側(cè)，稱為盤右。我們通常先以盤左位置進(jìn)行觀測(cè)，稱為上半測(cè)回;再以盤右位置觀測(cè)，稱為下半測(cè)回，兩個(gè)半測(cè)回稱為一測(cè)回。

a.例如:欲測(cè)OA，OB兩方向之間的水平角∠AOB時(shí)，在角頂O安置儀器，在A，B處設(shè)立觀測(cè)標(biāo)志。經(jīng)過(guò)對(duì)中、整平以后，即可按下述步驟觀測(cè)。松開(kāi)望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺旋，利用望遠(yuǎn)鏡上的粗瞄器，以盤左粗略照準(zhǔn)左方目標(biāo)A。關(guān)緊照準(zhǔn)部及望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺旋，再用微動(dòng)螺旋精確照準(zhǔn)目標(biāo)，同時(shí)需要注意消除視差及盡可能照準(zhǔn)目標(biāo)的下部。讀取該方向上的讀數(shù)a1，記入手薄。b.松開(kāi)照準(zhǔn)部及望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺旋，順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，粗略照準(zhǔn)右方目標(biāo)B。再關(guān)緊制動(dòng)螺旋，用微動(dòng)螺旋精確照準(zhǔn)，并讀取該方向上的水平度盤讀數(shù)b1，則盤左所得角值為:∠1=b1－a1。以上是上半測(cè)回。c.將望遠(yuǎn)鏡縱轉(zhuǎn)180°，改為盤右。重新照準(zhǔn)右方目標(biāo)B，并讀取水平度盤讀數(shù)b2記入手簿。再松開(kāi)水平制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，瞄準(zhǔn)左邊的目標(biāo)A，讀取讀數(shù)a2，記入手薄，則盤右所得角值即為:∠2=b2－a2。以上是下半測(cè)回。

DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀盤左盤右兩個(gè)半測(cè)回角值之差不超過(guò)40″時(shí)，取其平均值為一測(cè)回角值，即∠AOB=1/2(∠1+∠2)。由于水平度盤注記是順時(shí)針?lè)较虻?，因此在?jì)算角值時(shí)，無(wú)論是盤左還是盤右，均應(yīng)為盤右的讀數(shù)減去盤左的讀數(shù)，如果不夠減，則應(yīng)加上360°再減。值得注意的是DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀盤左盤右兩個(gè)半測(cè)回角值之差不超過(guò)40″，如果超限，則必須重測(cè)。如果重測(cè)的兩半測(cè)回角值之差仍然超限，但兩次的平均角值十分接近，則說(shuō)明這是由于儀器誤差造成的。取盤左盤右角值的平均值時(shí)，儀器誤差可以得到抵消，所以各測(cè)回所得的平均角值是正確的。當(dāng)觀測(cè)精度要求較高時(shí)，往往需要觀測(cè)幾個(gè)測(cè)回，為了削減度盤刻度不勻的誤差，每個(gè)測(cè)回都要改變度盤的位置，即在照準(zhǔn)起始方向時(shí)，改變度盤的安置讀數(shù)。各測(cè)回應(yīng)根據(jù)測(cè)回?cái)?shù)n，按每測(cè)回+180°/n來(lái)變換水平度盤位置。

2 角度觀測(cè)的誤差

1)儀器誤差。儀器誤差的主要來(lái)源有兩個(gè)方面:其一，儀器制造、加工不完善所引起的誤差。其二，儀器校驗(yàn)不完善的殘余誤差。

2)觀測(cè)誤差。觀測(cè)者在觀測(cè)操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生觀測(cè)誤差，包括對(duì)中誤差、整平誤差、標(biāo)桿傾斜誤差、照準(zhǔn)誤差和讀數(shù)誤差等。

a.對(duì)中誤差:在測(cè)站點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀，必須進(jìn)行對(duì)中。儀器安置完畢后，儀器的中心未位于測(cè)站點(diǎn)鉛垂線上的誤差，即對(duì)中誤差。對(duì)中誤差對(duì)水平角觀測(cè)的影響與待測(cè)水平角邊長(zhǎng)成反比。所以，當(dāng)要測(cè)水平角的邊長(zhǎng)較短時(shí)，尤其應(yīng)注意仔細(xì)對(duì)中。

b.整平誤差:儀器安置未嚴(yán)格水平而產(chǎn)生的誤差。整平誤差導(dǎo)致水平度盤不能嚴(yán)格水平，豎盤及視準(zhǔn)面不能嚴(yán)格豎直。它對(duì)測(cè)角的影響與目標(biāo)的高度有關(guān)，若目標(biāo)與儀器同高，其影響很小;若目標(biāo)與儀器高度不同，其影響將隨高差的增大而增大。

c.標(biāo)桿傾斜誤差(即目標(biāo)偏心誤差):在觀測(cè)中，實(shí)際瞄準(zhǔn)的目標(biāo)位置偏離地面標(biāo)志點(diǎn)而產(chǎn)生的誤差。為了減小該項(xiàng)誤差對(duì)水平角觀測(cè)影響，應(yīng)盡量照準(zhǔn)標(biāo)桿的根部，標(biāo)桿應(yīng)盡量豎直，邊長(zhǎng)較短時(shí)，宜采用垂球?qū)c(diǎn)，照準(zhǔn)時(shí)以垂球線替代標(biāo)桿。

d.照準(zhǔn)誤差:影響照準(zhǔn)精度的因素很多，如人眼的分辨率、望遠(yuǎn)鏡的放大率、十字絲的粗細(xì)、目標(biāo)的形狀及大小、目標(biāo)影響的亮度、清晰度以及穩(wěn)定性和大氣條件等。所以盡管觀測(cè)者已經(jīng)盡力照準(zhǔn)目標(biāo)，但仍不可避免的存在程度不同的照準(zhǔn)誤差。此項(xiàng)誤差無(wú)法消除，只能選擇適宜的照準(zhǔn)目標(biāo)，在其形狀、大小、顏色和亮度的選擇上多下功夫，改進(jìn)照準(zhǔn)方法，仔細(xì)完成照準(zhǔn)操作。這樣，可減少此項(xiàng)誤差的影響。

e.讀數(shù)誤差:是對(duì)測(cè)微裝置估讀的誤差，它主要取決于儀器的讀數(shù)設(shè)備，它與照明情況和觀測(cè)者的技術(shù)熟練程度有一定關(guān)系，一般誤差值為測(cè)微器最小格的1/10。DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)誤差不超過(guò)±0.1'，即不超過(guò)±6″。為使讀數(shù)誤差控制在上述范圍內(nèi)，觀測(cè)時(shí)必須仔細(xì)操作，準(zhǔn)確估讀。

3)外界條件的影響。外界條件的影響很多，也比較復(fù)雜。如松軟的土壤和大風(fēng)影響儀器的穩(wěn)定;日曬和溫度變化影響水準(zhǔn)管氣泡的運(yùn)動(dòng);大氣層受地面熱輻射的影響會(huì)引起目標(biāo)影像的跳動(dòng)等等，這些都會(huì)給觀測(cè)水平角帶來(lái)誤差。要想完全避免這些因素的影響是不可能的，為了削弱此類誤差的影響，應(yīng)選擇有利的觀測(cè)時(shí)間和設(shè)法避開(kāi)不利的因素。例如，選擇雨后多云的微風(fēng)天氣下觀測(cè)最為適宜，在晴天觀測(cè)時(shí)，要撐傘阻光，防止暴曬儀器。

3 注意事項(xiàng)

測(cè)量工作是一項(xiàng)膽大心細(xì)的工作，測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確需要我們耐心的做好每一個(gè)步驟，認(rèn)真的做好每一個(gè)細(xì)節(jié)。

1)觀測(cè)前應(yīng)檢校儀器。

2)安置儀器要穩(wěn)定，應(yīng)仔細(xì)對(duì)中和整平。一測(cè)回內(nèi)不得再對(duì)中整平。

3)選擇有利的觀測(cè)時(shí)間和避開(kāi)不利的外界條件。應(yīng)時(shí)刻保護(hù)好安放好的儀器設(shè)備。DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀是非常貴重的儀器，儀器不僅自己在使用過(guò)程中不讓它受一點(diǎn)損害，也要確保不讓外界的任何人或物損壞儀器。再有，要保證不讓外界影響儀器的安放位置，如不讓好奇的人觀測(cè)或觸摸儀器。

4)目標(biāo)應(yīng)豎直，盡可能瞄準(zhǔn)目標(biāo)低部，嚴(yán)格遵守各項(xiàng)操作規(guī)定和限差要求。

5)觀測(cè)時(shí)盡量用十字絲中間部分。水平角用豎絲，豎直角用橫絲。

6)讀數(shù)應(yīng)果斷、準(zhǔn)確。特別應(yīng)注意估讀數(shù)。當(dāng)場(chǎng)計(jì)算，如有錯(cuò)誤或超限，應(yīng)立即重測(cè)。要認(rèn)真準(zhǔn)確的記錄好度盤讀數(shù)，及時(shí)的把原始數(shù)據(jù)記入表中。原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性決定著測(cè)量工作的成敗。

7)組員之間要團(tuán)結(jié)，要以大局為重，把測(cè)量工作做到井然有序。

［1］梁?jiǎn)⒂?公路工程測(cè)量［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［2］李仕東.工程測(cè)量［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［3］王景峰.工程測(cè)量［M］.北京:人民交通出版社，2012.