任務三 豎直角觀測方法

一、豎盤的構造

為測豎直角而設置的豎直度盤(簡稱豎盤)固定安置于望遠鏡旋轉軸(橫軸)的一端，其刻劃中心與橫軸的旋轉中心重合，在望遠鏡作豎直方向旋轉時，度盤也隨之轉動。另外有一個固定的豎盤指標，以指示豎盤轉動在不同位置時的讀數，這與水平度盤是不同的。

豎直度盤的刻劃也是在全圓周上刻為360°，但注字的方式有順時針及逆時針兩種。通常在望遠鏡方向上注以0°及180°，如圖3-18所示。在視線水平時，指標所指的讀數為90°或270°。豎盤讀數也是通過一系列光學組件傳至讀數顯微鏡內讀取。

對豎盤指標的要求，是始終能夠讀出與豎盤刻劃中心在同一鉛垂線上的豎盤讀數。為了滿足這個要求，它有兩種構造形式：一種是借助于與指標固連的水準器的指示，使其處于正確位置，在早期的儀器都屬此類；另一種是借助于自動補償器，使其在儀器整平后，自動處于正確位置。

1.指標帶水準器的構造

指標帶水準器的構造如圖3-19所示，指標裝在一個支架上，支架套在橫軸的一端，因而可以繞橫軸旋轉。在支架上方安裝一個水準器，下方安裝一個微動螺旋，旋轉微動螺旋，指標可繞橫軸作微小轉動，同時水準器的氣泡也發生移動,當氣泡居中時，指標即居于正確位置。

2.指標帶補償器的構造

補償器的構造有兩類形式，但都是借助重力作用，以達到自動補償而讀出正確讀數的目的。一類是液體補償器，利用液面在重力作用下自動水平，以達到補償的目的；另一類是利用吊絲懸掛補償元件，在重力作用下穩定于某個位置，以達到補償的目的。現只對液體補償器的補償原理加以說明。

液體補償器的構造原理如圖3-20所示。補償原件是一個盛有透明液體的容器。如果儀器的豎軸位于鉛垂位置，則容器內的液體表面水平，容器的底也是水平的，液體相當于一塊平面平行玻璃板，而指標I也位于過豎盤刻劃中心的鉛垂線上，如圖3-20(a)所示，當視線水平時，則指標成像于豎盤的90°處。如果儀器有少許傾斜，如圖3-20(b)所示，則指標I偏離過豎盤刻劃中心的鉛垂線，液體容器的底也發生傾斜，但液體表面仍處于水平位置，這時液體實際形成了一個光楔，如果視線是水平的，則指標I的成像通過光楔的折射，仍然成像于度盤的90°處，這就達到了自動補償的目的。

二、豎直角的觀測方法

由豎直角的定義已知，它是傾斜視線與在同一鉛垂面內的水平視線所夾的角度。由于水平視線的讀數是固定的，只要讀出傾斜視線的豎盤讀數，即可求算出豎直角值。但為了消除儀器誤差的影響，同樣需要用盤左、盤右觀測。其具體觀測步驟如下：

（1）在測站上安置儀器，對中，整平。

（2）以盤左照準目標，如果是指標帶水準器的儀器，必須用指標微動螺旋使水準器氣泡居中，然后讀取豎盤讀數L，這稱為上半測回。

（3）將望遠鏡倒轉，以盤右用同樣方法照準同一目標，使指標水準器氣泡居中后，讀取豎盤讀數R，這稱為下半測回。

如果用指標帶補償器的儀器，在照準目標后即可直接讀取豎盤讀數。根據需要可測多個測回。

三、豎直角的計算

豎直角的計算方法，因豎盤刻劃的方式不同而異。但現在已逐漸統一為全圓分度，順時針增加注字，且在視線水平時的豎盤讀數為90°。現以這種刻劃方式的豎盤為例，說明豎直角的計算方法，如遇其他方式的刻劃，可以根據同樣的方法推導其計算公式。

如圖3-21所示，當在盤左位置且視線水平時，豎盤的讀數為90°［圖3-21(a)］，如照準高處一點A［圖3-21(b)］，則視線向上傾斜，得讀數L。按前述的規定，豎直角應為“+”值，所以盤左時的豎直角應為

當在盤右位置且視線水平時，豎盤讀數為270°［圖3-21(c)］，在照準高處的同一點A時［圖3-21(d)］，得讀數R。則豎直角應為

取盤左、盤右的平均值，即為一個測回的豎直角值，即

如果測多個測回，則取各個測回的平均值作為最后成果。觀測結果應及時記入手簿，手簿的格式見表3-3。

四、豎盤指標差

如果指標不位于過豎盤刻劃中心的鉛垂線上，則如圖3-22所示，視線水平時的讀數不是90°或270°，而相差x。這樣用一個盤位測得的豎直角值即含有誤差x，這個誤差稱為豎盤指標差。為求得正確角值α，需加入指標差改正,即

解上兩式可得

從（3-12）式可以看出，取盤左、盤右結果的平均值時，指標差x的影響已自然消除。將式（3-7）、式（3-8）代入式（3-13），可得

即利用盤左、盤右照準同一目標的讀數，可按上式直接求算指標差x。如果x為正值，說明視線水平時的讀數大于90°或270°；如果x為負值，則情況相反。

以上各公式是按順時針方向注字的豎盤推導的，同理也可推導出逆時針方向注字豎盤的計算公式。

在豎直角測量中，常常用指標差來檢驗觀測的質量，即在觀測的不同測回中或不同的目標時，指標差的較差應不超過規定的限值。用DJ6級經緯儀做一般工作時，指標差的較差要求不超過25″。此外，在單獨用盤左或盤右觀測豎直角時，按式(3-10)或式(3-11)加入指標差x，仍可得出正確的角值。