3.2 角度測量儀器
可進行角度測量的儀器有光學經緯儀、電子經緯儀和全站儀。以前普遍使用的是光學經緯儀，隨著電子測角技術的突破，電子經緯儀得到了發展，電子測距技術的出現大大提高了測量的野外工作效率，目前全站儀已經相當普及。本教材測角儀器部分簡要介紹DJ6光學經緯儀的主要結構、讀數方法，側重講述全站儀（以NIKON DTM 452C為例）測
角的操作方法。
光學經緯儀按精度不同可分為DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五個等級，其中“D”、“J”
分別是“大地測量”和“經緯儀”漢語拼音的首字母，后面的下標數字代表該儀器一測回方向中誤差，以“″”為單位。
3.2.1 DJ6光學經緯儀
3.2.1.1DJ6光學經緯儀的結構
各品牌的DJ6光學經緯儀結構大致相同，如圖32所示，主要有照準部、水平度盤和基座三部分組成。
圖32 DJ6光學經緯儀
1—對光螺旋；2—目鏡；3—讀數顯微鏡；4—照準部水準管；5—腳螺旋；6—物鏡；7—望遠鏡制動螺旋；8—望遠鏡微動螺旋；9—中心鎖緊螺旋；10—豎直度盤；11—豎盤指標水準管微動螺旋；12—光學對點器；
13—水平微動螺旋；14—水平制動螺旋；15—豎盤指標水準管；16—反光鏡；17—度盤變換手輪；
18—保險手柄；19—豎盤指標水準管反光鏡；20—托板；21—壓板
（1）照準部。照準部主要由望遠鏡及其支架、豎直度盤、照準部水準管、讀數顯微鏡和豎軸等部分組成。
1）望遠鏡：這用來瞄準遠方目標，它固定在橫軸上，可繞豎軸在水平面內轉動、由水平制動螺旋和微動螺旋控制；可繞橫軸做仰俯轉動，用望遠鏡的制動螺旋和微動螺旋控
制。經緯儀的構造要保證視準軸（CC）⊥橫軸（HH），同時橫軸（HH）⊥豎軸（VV）。
這樣，當望遠鏡繞橫軸旋轉，視線掃過的就是一個鉛垂面；
2）豎直度盤：豎直度盤與望遠鏡的橫軸連在一起，用來測量豎直角；3）照準部水準管：照準部水準管用來檢查儀器是否水平；
4）光學讀數系統：光學讀數系統由一系列棱鏡和透鏡組成，光線通過棱鏡的折射，將水平度盤和豎直度盤的刻度及分微尺的刻劃投影到讀數顯微鏡內，以便進行讀數；
5）讀數顯微鏡：讀數顯微鏡是用來讀取水平度盤和豎直度盤的讀數；
6）豎軸：這是照準部的旋轉軸，它插入水平度盤的外軸，整個照準部可以在水平度盤上轉動。
（2）水平度盤部分。水平度盤是光學玻璃制成的圓盤，圓周上順時針方向刻有0°～360°的分劃線。相鄰兩條分劃線所對的圓心角，稱為度盤分劃值，DJ6型光學經緯儀的度盤分劃值一般為1°。DJ6型光學經緯儀上安置的度盤變換手輪或復測器扳手，主要是用于角度多測回測量時，對起始角度進行配置，用以減少度盤刻劃不均勻對測量結果的影響。若采用的是度盤變換手輪，可瞄準目標，撥動度盤變換手輪，當顯示角度為所需要角度
圖33 分微尺讀數方法
時，關上保險即可。若采用的是復測器扳手，將復測器扳手扳上，此時水平度盤和照準部分離，水平旋轉照準部到需要配置角度的方向；然后扳下復測器扳手，此時水平度盤和照準部結合在一起，水平旋轉照準部，瞄準測量目標，再將復測器扳手扳上，望遠鏡瞄準方向的角度即為配置的角度。
（3）基座。基座即儀器的底部，通過腳架上的螺桿將儀器和腳架連接起來?；嫌腥齻€腳螺旋，用于整平儀器。
3.2.1.2DJ6光學經緯儀的讀數方法
DJ6型光學經緯儀度盤讀數一般采用分微尺讀數裝置和單平板玻璃測微器讀數裝置兩種。
（1）分微尺讀數裝置的讀數方法如圖33所
示，在讀數顯微鏡里的成像，度盤分劃值為1°，分微尺又分成6大格，每大格又分成10小格共60小格，每小格為1′，估讀到0.1′，即6″。讀數時首先讀出分微尺上度盤分劃線的度數，然后再讀出該分劃線在分微尺上所示的分數。如圖33示水平度盤 H讀數為
100°06′30″，豎直度盤V讀數為82°53′30″。
圖34 單平板玻璃測微器讀數方法
（2）單平板玻璃測微器讀數裝置的讀數方法如圖34所示，轉動測微輪，單平行玻璃與測微尺同時轉動，使某一分劃線夾在雙指標線中間，由雙指標線讀出整度數和半度數，不足半度的由測微尺上的單指標線所指讀數讀出，如圖34，讀數為79°+22′00″=
79°22′00″。
3.2.2 全站儀
全站型電子速測儀又稱電子全站儀，簡稱“全站儀”，是一種兼具測距、測角、計算和數據記錄及傳輸功能的自動化、數字化的三維坐標測量與定位系統，它由光電測距單元、電子測角及微處理器單元以及電子記錄單元組成，在一個測站點能快速進行三維坐標測量、定位和自動數據采集、處理、存儲等工作，較完善地實現了測量和數據處理過程的電子化和一體化，是目前廣泛應用于控制測量、地形測量、地籍與房產測量、工業測量、施工放樣及近海定位等用途的電子測量儀器。
全站儀測角精度用mβ表示，如NIKON DTM 452C全站儀的標稱測角精度為mβ=±2″。國家計量檢定規程《全站型電子速測儀檢定規程》（JJG100—2003）將全站儀的準確度等級劃分為四個等級，見表31。
表3 1
全站儀的準確度等級
圖3 5 NIKON DTM 452C全站儀結構
1—瞄準管；2—豎盤；3—物鏡調焦螺旋；4—目鏡調焦螺旋；5—目鏡；6—管水準器；7—顯示窗；
8—RS232C串口；9—基座；10—腳螺旋；11—圓水準器；12—水平制動扳手；13—水平微動螺旋；
14—豎直制動扳手；15—豎直微動螺旋；16—電池；17—望遠鏡；18—物鏡；
19—儀器中心標志；20—光學對點器及調焦螺旋
3.2.2.1 全站儀的結構
全站儀按其結構，可分為積木式與整體式兩大類。積木式結構是整臺儀器由各自獨立的光電測距頭、電子經緯儀與電子計算單元組成；整體式結構是將測距、測角與電子計算功能單元和儀器的光學與機械系統設計成整體。圖3 5所示是NIKON DTM 452C全站儀，其是整體式結構。可見測距、測角都用同一望遠鏡，瞄準目標后，可同時測距、測角。因此整體式結構全站儀，集測距、測角、電子計算等功能單元和儀器的光學與機械系統于一體，可減少儀器配件，減少儀器尺寸；而且各功能單元于一體，減少了各單元的連
接誤差，可提高觀測精度。3.2.2.2 全站儀的測角原理
全站儀電子測角的原理與光學經緯儀測角原理不同，其采用光電掃描、電子元件進行自動讀數和液晶顯示。電子測角雖然仍采用度盤，但其不是按照度盤上的分劃線用光學讀數法讀取角度值，而是從度盤上獲取電信號，再將電信號轉換為數字并顯示出來。電子測角的度盤主要有編碼度盤、光柵度盤、動態度盤三種形式，因此，電子測角就有編碼測角、光柵測角和動態測角等形式。這里只簡要介紹度盤編碼法測角原理。
度盤編碼法測角采用的是編碼度盤，是在玻璃度盤上設置n個等間隔的同心圓環，每個圓環稱為一個碼道。同時沿直徑方向將度盤圓周等分為2n個同心角扇形，此扇形區域
圖36 編碼度盤示意圖
稱為碼區，這樣構成了編碼度盤。如圖36所示為一個n=4的編碼度盤，共有4個碼道和16個碼區，每個碼區的角值為360°/16=22.5°，按一定規則將扇形圓環涂成透光和不透光的區域，分別對應用“1”和“0”表示。這樣沿徑向從里到外所經過區域可表示成1個二進制數，內圈為高位數、外圈為低位數。在編碼度盤的上方沿徑向對每個碼道安置一個發光二極管，下方每個碼道安置一個接收二極管。當這一組發光二極管和接收二極管組成的光電探測器位于某碼區時，接收二極管可收到通過透光區的光、而不透光區無光透過，各接收二極管依據是否接收到光而分別輸出電信號“1”或
“0”，從而用一組二進制數據的形式表示出了編碼度盤上碼區的位置。
編碼度盤的分辨率取決于碼道數n的多少，即確定度盤的位置只能精確到360°/2n。碼道數n越大，分辨率越高，但受制于制造工藝及儀器度盤尺寸的限制，n不可能太大。因此電子經緯儀測角是采用碼道和其他各種細分的方法結合進行讀數的。
3.2.2.3 全站儀按鍵功能簡介
本教材全站儀主要介紹NIKONDTM 452C，可以在網站www.zhinc.com.cn下載全站儀
使用說明書及模擬器進行練習使用。這樣在學習過程中，即使在沒有上實驗課的時候，也可以練習使用全站儀。全站儀操作鍵盤及顯示屏幕如圖37所示，各鍵的主要功能見表32。
圖37 全站儀操作鍵盤
表3 2
NIKON DTM 452C全站儀按鍵主要功能
續表
3.2.2.4 全站儀使用的注意事項
為確保安全生產，避免造成人員傷害及財產損失，在全站儀操作過程中應注意如下幾方面：
（1）禁止在高粉塵、潮濕環境中使用儀器，嚴禁自行拆卸和重裝儀器，嚴禁用望遠鏡觀測經棱鏡或其他反光物體反射的陽光，嚴禁用望遠鏡直接瞄準太陽。
（2）禁止使用電壓不符的電源，嚴禁給電池加熱，確保使用指定的充電器為電池充電。
（3）確保腳架的固定螺旋可靠、基座與腳架的螺桿連接可靠。
（4）確保正確上好電池，套好數據輸出接口和外接電源插口的保護套，禁止儀器受潮，保證儀器箱干燥。
（5）防止儀器遭受劇烈沖擊或震動；觀測者不得遠離儀器；遷站時必須把儀器關機再從腳架上取下，裝入箱子里拿走；儀器長期不用情況下，應至少三個月通電檢查，防止電路板受潮。