任务三 竖直角观测方法

一、竖盘的构造

为测竖直角而设置的竖直度盘(简称竖盘)固定安置于望远镜旋转轴(横轴)的一端，其刻划中心与横轴的旋转中心重合，在望远镜作竖直方向旋转时，度盘也随之转动。另外有一个固定的竖盘指标，以指示竖盘转动在不同位置时的读数，这与水平度盘是不同的。

竖直度盘的刻划也是在全圆周上刻为360°，但注字的方式有顺时针及逆时针两种。通常在望远镜方向上注以0°及180°，如图3-18所示。在视线水平时，指标所指的读数为90°或270°。竖盘读数也是通过一系列光学组件传至读数显微镜内读取。

对竖盘指标的要求，是始终能够读出与竖盘刻划中心在同一铅垂线上的竖盘读数。为了满足这个要求，它有两种构造形式：一种是借助于与指标固连的水准器的指示，使其处于正确位置，在早期的仪器都属此类；另一种是借助于自动补偿器，使其在仪器整平后，自动处于正确位置。

1.指标带水准器的构造

指标带水准器的构造如图3-19所示，指标装在一个支架上，支架套在横轴的一端，因而可以绕横轴旋转。在支架上方安装一个水准器，下方安装一个微动螺旋，旋转微动螺旋，指标可绕横轴作微小转动，同时水准器的气泡也发生移动,当气泡居中时，指标即居于正确位置。

2.指标带补偿器的构造

补偿器的构造有两类形式，但都是借助重力作用，以达到自动补偿而读出正确读数的目的。一类是液体补偿器，利用液面在重力作用下自动水平，以达到补偿的目的；另一类是利用吊丝悬挂补偿元件，在重力作用下稳定于某个位置，以达到补偿的目的。现只对液体补偿器的补偿原理加以说明。

液体补偿器的构造原理如图3-20所示。补偿原件是一个盛有透明液体的容器。如果仪器的竖轴位于铅垂位置，则容器内的液体表面水平，容器的底也是水平的，液体相当于一块平面平行玻璃板，而指标I也位于过竖盘刻划中心的铅垂线上，如图3-20(a)所示，当视线水平时，则指标成像于竖盘的90°处。如果仪器有少许倾斜，如图3-20(b)所示，则指标I偏离过竖盘刻划中心的铅垂线，液体容器的底也发生倾斜，但液体表面仍处于水平位置，这时液体实际形成了一个光楔，如果视线是水平的，则指标I的成像通过光楔的折射，仍然成像于度盘的90°处，这就达到了自动补偿的目的。

二、竖直角的观测方法

由竖直角的定义已知，它是倾斜视线与在同一铅垂面内的水平视线所夹的角度。由于水平视线的读数是固定的，只要读出倾斜视线的竖盘读数，即可求算出竖直角值。但为了消除仪器误差的影响，同样需要用盘左、盘右观测。其具体观测步骤如下：

（1）在测站上安置仪器，对中，整平。

（2）以盘左照准目标，如果是指标带水准器的仪器，必须用指标微动螺旋使水准器气泡居中，然后读取竖盘读数L，这称为上半测回。

（3）将望远镜倒转，以盘右用同样方法照准同一目标，使指标水准器气泡居中后，读取竖盘读数R，这称为下半测回。

如果用指标带补偿器的仪器，在照准目标后即可直接读取竖盘读数。根据需要可测多个测回。

三、竖直角的计算

竖直角的计算方法，因竖盘刻划的方式不同而异。但现在已逐渐统一为全圆分度，顺时针增加注字，且在视线水平时的竖盘读数为90°。现以这种刻划方式的竖盘为例，说明竖直角的计算方法，如遇其他方式的刻划，可以根据同样的方法推导其计算公式。

如图3-21所示，当在盘左位置且视线水平时，竖盘的读数为90°［图3-21(a)］，如照准高处一点A［图3-21(b)］，则视线向上倾斜，得读数L。按前述的规定，竖直角应为“+”值，所以盘左时的竖直角应为

当在盘右位置且视线水平时，竖盘读数为270°［图3-21(c)］，在照准高处的同一点A时［图3-21(d)］，得读数R。则竖直角应为

取盘左、盘右的平均值，即为一个测回的竖直角值，即

如果测多个测回，则取各个测回的平均值作为最后成果。观测结果应及时记入手簿，手簿的格式见表3-3。

四、竖盘指标差

如果指标不位于过竖盘刻划中心的铅垂线上，则如图3-22所示，视线水平时的读数不是90°或270°，而相差x。这样用一个盘位测得的竖直角值即含有误差x，这个误差称为竖盘指标差。为求得正确角值α，需加入指标差改正,即

解上两式可得

从（3-12）式可以看出，取盘左、盘右结果的平均值时，指标差x的影响已自然消除。将式（3-7）、式（3-8）代入式（3-13），可得

即利用盘左、盘右照准同一目标的读数，可按上式直接求算指标差x。如果x为正值，说明视线水平时的读数大于90°或270°；如果x为负值，则情况相反。

以上各公式是按顺时针方向注字的竖盘推导的，同理也可推导出逆时针方向注字竖盘的计算公式。

在竖直角测量中，常常用指标差来检验观测的质量，即在观测的不同测回中或不同的目标时，指标差的较差应不超过规定的限值。用DJ6级经纬仪做一般工作时，指标差的较差要求不超过25″。此外，在单独用盘左或盘右观测竖直角时，按式(3-10)或式(3-11)加入指标差x，仍可得出正确的角值。