光學經緯儀應滿足 等幾何條件

1、經緯儀概況

經緯儀是架空線路基礎工程主要測量儀器之一，可用來測量水平角度、豎直角度、距離和高程。經緯儀的種類很多，它的結構也是多種多樣的，一般常用的普通經緯儀有遊標和光學兩種。目前，輸配電線路工程測量中主要用RTK或全站儀測量，但還是部分施工單位採用經緯儀測量。經緯儀測量大多采用光學經緯儀和電子經緯儀。本次主要針對經緯儀測量進行詳細闡述，若需學習其他測量方法的我們將在今後找機會再作介紹。

線路工程上常用的光學經緯儀有DJ1、DJ2、DJ6 等幾種型別。

“D”、“J”分別為大地測量和經緯儀的漢語拼音第一個字母，數字“1”、“2”、“6”是表示儀器的精度等級，即該類儀器的一測回水平方向中的誤差，以秒為單位來表示。數字越小，儀器精度越高。

1.

望遠鏡反光手輪

2.

讀數顯微鏡

3.

照準部水準管

　4.

照準部制動螺旋

5.

軸座固定螺旋

　6.

望遠鏡制動螺旋

7.

光學瞄準器

8.

測微輪

9.

望遠鏡微動螺旋

10.

換像手輪

11.

照準部微動螺旋

12.

水平度盤變換手輪

13.

腳螺旋

14.

豎盤反光鏡

15.

豎盤指標水準管觀察鏡

16.

豎盤指標水準管微動螺旋

17.

光學對中器目鏡

18.

水平度盤反光鏡

2、經緯儀對中

對中就是將經緯儀水平度盤的中心安置在測站點的鉛垂線上。方法步驟如下：

1.

測站點上安置經緯儀，目估大致對中；（記）

2.

旋轉光學對點器的目鏡，使分劃板清晰；

　3.

拉出或推進對中器的物鏡管，使測站點的標誌成像清晰；

4.

雙手各提腳架一條腿前後、左右擺動眼觀對中器尋找目標，使測站點標誌的影像精確位於分劃板小圓圈的中心。

3、經緯儀的整平

整平的目的是使儀器的豎軸處於豎直位置，水平度盤處於水平位置，其操作步驟如下：

1)

使基面處於水平狀態，（記）

來回調節三角架的三條腿的長短，使基面圓水準器的氣泡落在小圓圈內。（粗平）

注意： 調節三腳架架腿時，要使用雙手操作，避免因操作用力不當，大幅度地晃動儀器會出現損壞儀器的現象。同時，要注意三腳架的三個腿要踩實。

2)

在圓水準器氣泡居中的前提下，轉動儀器，使照準部水準管平行於任意兩個腳螺旋的連線線方向。

3)

兩手同時向內或向外旋轉這兩個腳螺旋，使水準管的氣泡居中（注意：氣泡移動的方向和轉動腳螺旋時左手大拇指運動方向相同）。

4)

氣泡居中後，將儀器照準部旋轉90°，再 用第三個腳螺旋使氣泡居中。

5)

按上述步驟反覆進行，直至長水準管在任 何位置氣泡偏離中央不超過半格為止。

6)

架頭上移動儀器，精確對中 。

7)

反覆（2）——（4）步驟，既滿足精確對中， 又滿足氣泡居中。

整平的操作方法：（氣泡的走向與左手母指的旋轉方向一致）

4、經緯儀瞄準目標

1.

目鏡調焦對光：

鬆開經緯儀望遠鏡、水平制動和豎直制動螺旋，使望遠鏡朝向天空或較遠處，轉動目鏡調焦螺旋，直至望遠鏡內十字絲清晰。

注意： 若同一個人觀測，在觀測過程中，不需要對目鏡再進行對光調整。否則，就需要對儀器進行檢校。

2.

照準標誌：

測量角度時，儀器安置點稱為測站點，遠方目標點稱為照準點，在照準點上必須設立照準標誌便於瞄準。測角度時用的照準標誌有花杆、視距尺、塔尺或測釺、垂球線等。

3.

粗瞄準目標：

使用望遠鏡上的缺口和準星（或瞄準器）照準目標，使觀測目標在望遠鏡的視場內，即旋緊望遠鏡和各制動螺旋。

4.

物鏡調焦對光：

轉動望遠鏡對光螺旋，使觀測的目標影像清晰，同時注意消除視差（視差的消除方法與水準儀消除視差的方法相同）。

5.

精確照準：

當目標成像較細時，可使用十字絲縱絲的單絲照準目標。轉動照準部微動螺旋，使被觀測的目標，準確地與十字絲縱絲重合。若目標是標杆或成像有一定的寬度時，可使用十字絲縱絲的雙絲照準目標，即使目標成像準確地夾在雙絲的中間。這種情況要求照準目標必須垂直，用雙絲檢查照準目標時，其左右是否對稱。

注意： 旋轉照準部微動螺旋精確照準目標時，應儘可能地使微動螺旋的旋轉方向一致，若旋轉過而沒有照準目標時，不要使用迴轉的方法照準目標，應鬆動制動螺旋，重新照準，以避免因微動螺旋有間隙差造成測量誤差。

圖 目標點瞄準方法

瞄準目標時要用十字絲的中央部位。如觀測水平角，可視目標影像的大小情況，將目標影像夾在雙縱絲內且與雙絲對稱，或用單縱絲與目標重合，如上圖所示。為了減少目標傾斜對水平角的影響，如上圖（b）、（c）的情況，應儘可能瞄準目標底部。如用垂球線作為找準的目標，應注意使垂球尖準確對正測點，並瞄準垂球線的上部，如上圖（a） 。

5 經緯儀讀數及讀數方法

1.度盤讀數

兩個度盤讀數都是用望遠鏡旁邊的讀數顯微鏡去讀取。水平度盤影像用水平度盤照明反光鏡（18）照明，豎直度盤影像用豎盤照明反光鏡（14）照明。J2光學經緯儀的讀數窗中只能看到水平度盤或豎直度盤二者之一的影象。

位於支架外側的換象手輪（10），用以變換兩度盤的影像，欲使顯微鏡中現出水平度盤影像，順時針方向轉動換象手輪（10），到轉不動為止，欲使顯微鏡中現出豎直度盤影像，則逆時針方向轉動換象手輪，到轉不動為止。

無論那個度盤的影像出現於顯微鏡中、測微小窗的影像總是出現於度盤影像的左邊，轉動讀數顯微鏡目鏡（2）可使度盤的影像清晰。

2.水平度盤讀數

放鬆止動螺旋（4）和（6），轉動照準部，用望遠鏡上的光學瞄準器（7）的十字絲粗略找準目標，輕輕鎖緊止動手輪（4）和（6），旋轉照準部微動螺旋（11）和望遠鏡微動螺旋（9），使望遠鏡分劃板十字絲精確照準目標。目標小於雙絲之間的寬度宜用雙絲瞄準，反之則用單絲瞄準。

順時針轉動換象手輪（10）到轉不動為止，使蓋面白線成水平，開啟與轉動水平度盤照明反光鏡（18），使水平度盤有均勻、明亮光線照明。調節讀數顯微鏡目鏡（2），使度盤影像清晰、明確。撥開水平度盤變換手輪的護蓋，轉動變換手輪（12），使在讀數窗內看到所需之度盤讀數。（水平調零之用）

關好護蓋，應注意在轉動變換手輪（12）時不宜用力過大，以免影響望遠鏡豎絲偏離目標。在置換度盤位置後，宜檢查一下望遠鏡內見到的目標是否移動。

測微手輪的最後轉動必須是同一順時針方向的。當轉動測微手輪至測微尺刻劃未端時，應注意不宜再繼續轉動，以免損傷測微尺。

　3.讀數方法

圖 度盤讀數（一）

J2經緯儀讀數視窗有兩種，一種如上圖（一），整度數由上窗中央或偏左的數目字讀得171°，上視窗中的小缺內的數字為整十位分數；左窗內左邊數字為整分數，右邊的數字為整十秒數，個位秒數從上數到指標線有多少格數即為整秒數。

測微尺上下共刻600格，每小格為1″，共計10′，左邊的數目字為分，右邊的數目字乘10″，再數到指標線的格數即秒數。度盤上讀得的讀數加上測微尺上讀得的讀數之和即為全部的正確的讀數。如上圖：9′+2×10″+6″=9′26″

圖 度盤讀數（二）

1)

當小視窗中的讀數為4或5時，應讀視窗中偏左或居中數值為整度數，

2)

當小視窗中讀數為0、1、2時且左邊的整度數可能看不齊，這時應讀偏右或居中的值，

3)

當小視窗中出現3數值時，上面的應讀度數一般在居中位置。

另一種如上圖，按正像在左（中心偏左或中心），倒像在右（中心偏右或中心），相距最近的一對注有度數的對徑分劃（二者相差180°）進行，正像分劃線所注度數即為要讀的度數；正像分劃線和倒像分劃線間的格數乘以整十分，即為整十位分數，不足10′的餘數則在測微尺上讀得。

J2 的讀數方法 一般採用對徑重合讀數法——轉動測微輪，使上下分劃線精確重合後讀數。

4. 豎直度盤讀數

反時針方向轉動換象手輪（10）至轉不動為止，使蓋面白線成豎直位置，開啟和轉動豎盤照明反光鏡（14），使豎直度盤有均勻、明亮光線照明，按上述讀數符合方法和讀數方法即可讀得豎直度盤的讀數。

但在每次讀數前應旋轉豎盤指標微動螺旋（16），使得在觀察稜鏡（15）內看到的豎盤水準器水泡精確符合（即望遠鏡在盤左位置，當水準器的氣泡居於中央時，豎直度盤的讀數是90°）。

6 經緯儀視距測量

在視距測量之前，應調整鏡筒處於水平狀態，即讀數視窗中出現90°0′0″（盤左）或270°0′0″（盤右）

圖 a

圖 b

調整方法：

1、

先調節讀數測尾輪（8），使右圖左視窗至零分劃線位置；

2、

利用望遠鏡上、下轉動粗調，使讀數視窗中出現如圖a所示，固定鏡筒；

3、

利用微調旋鈕（9）調整視窗中下方方格內三根豎絲上、下對齊如圖b；

4、

當滿足下圖時，即為90°0′0″，鏡筒處於水平狀態或鏡筒的中絲與塔尺成垂直狀態。

1、視準軸水平時視距測量

如上圖：在樁位中心O1安平儀器，當望遠鏡視線水平時（鏡筒處於90°0′0″或270°0′0″），視線OM和視距尺垂直相交於M點，從望遠鏡內上下視距線a、b出發的平行光線，經物鏡折射後，經過物鏡生焦點F與視距尺相遇於A、B兩點，兩點間距離R叫做視距，尺離儀器越遠，R值就越大，反之就越小，根據R值和幾何關係即可算出儀器中心O到尺間的水平距離D；

同時在望遠鏡鏡筒中絲在視距尺M點的讀數即為儀器高度。

豎直角的識讀計算

在樁位中心O1安平儀器，當望遠鏡視線水平後（鏡筒處於90°0′0″或270°0′0″），轉動望遠鏡鏡筒瞄準目標得到一個角度為α，則找正目標後的豎直θ為：

當左盤時：θ=90°—α；

當右盤時：θ=α-270°；

水平視距的計算：

望遠鏡分劃板上有上、下兩短線，它與標尺配合，可以求得測站點到標尺之間的距離。

D=KR+C

式中：

D——目標到測站點的距離（m）；

R——上下視距絲在標尺上所截長度（m）

K——視距乘常數，K=100；

C——視距加常數，C=0。

2、視準軸傾斜時視距測量：

如圖所示：在傾斜地面上進行規距測量，視線OM不能垂直尺面，而和水平線OG開成垂直角θ，不能使用視準軸水平時計算公式，要求水平距離D，就必須進行以下兩步推導：

（1）從不垂直於尺面的視距AB求出垂直於尺面的Aˊ、Bˊ求出斜距離OM。

AˊBˊ= A B cosθ= R cosθ

OM = KRcosθ + C

（2）從斜距離OM求出水平距離D

D = OM×cosθ =（KRcosθ + C）×cosθ =KRcos2θ + Ccosθ

內對光望遠鏡，式中Ccosθ可以省略，水平 距離計算公式為：

D = KRcos2θ

式中：

D——O1和P之間水平距離；

R——望遠鏡內兩視距絲所截得的長度；

K——望遠鏡的視距常數，K=100；

θ——傾斜視準軸線和水平線間豎直角。

7、線路高差測量

1、視準軸水平時高差及高程的測量：

從圖中可以看出，樁位中心O1和P點間高差及高程為；

H=i-t

HP=HO1+H

式中：

H——P點相對於樁位中 心O1點高差。

i——儀器高度；

t——P點的視線高；

HO1——O1點的高程；

HP——P點的高程。

2、視準軸傾斜時高差及高程的測量

由圖可看出，O1和P點間高差及高程為：

H = h + I - t

H = KRcosθ×Sinθ = KRsin2θ / 2

Hp = H01 + H

式中 h—儀器旋轉中心至尺上照準點的垂直距離，稱初算高差，仰角時為正，俯角時為負。

為簡化計算，在觀測時，常使t=i，則

H=h

8、導線交叉跨越距離的測量

測量對障礙物淨空距離：

可將經緯儀架設在橫線路 方向的適當位置處。調整好儀器，將塔尺分別立在

導線垂直下方的A點和房屋最高點B點的地面上，測量並標出儀器至導線的水平距離S2和儀器至房屋的水平距離S1，然後測出房屋高度角θ1和導線高度角θ2。

導線對障礙物的淨空距離為：

S1——-測點到障礙物最高點水平距離

S2——-測點到導線與障礙物間最近點的水平距離

S2tgθ2——-導線對測點的高差

S1tgθ1——-障礙物最高點與測點的高差

9、叉跨越距離的測量方法

測量線路交叉跨越距離時，可將經緯儀架設線上路交叉點交叉角的近似等分線的適當位置上。調整好儀器，並在被測線路交叉點垂直下方立好塔尺。先讀取中絲h和視距s，然後沿垂直方向轉動望遠鏡筒，使鏡筒內“十”字分劃線的橫線分別切於交叉點的上線和下線，從而得到兩個垂直角θ1和θ2，

1—儀器 ；

2—交叉點 ；

3—交跨導線

經緯儀至交叉點的水平距離為：

S=100L

交叉點間的垂直距離：

H1=S（tgθ2——tgθ1）

10、直線角鋼塔鐵塔基礎分坑測量

1、

正方形基礎分坑的引數計算：

已知：a為基礎根開，d為坑口邊長，P為 鐵塔中心，

　2、

分坑前首先算出L0、 L1、 L2值分別為：

　3、

分坑方法：

1)

在中心點P安平經緯儀並前視相鄰杆塔位中心樁無誤後，固定水平度盤得到初始水平角：為×°×′×″並記錄；

2)

然後將儀器順轉45°（初始角加45°）定出KⅢ、KⅠ兩輔助樁，繼續順轉至135°定出KⅣ、KⅡ兩輔助樁，

3)

自P點沿P KⅢ方向分別量水平 距離L1、L2定出d1點和d3點，

　4)

然後取尺長為2d，將兩端頭分別置於d1點和d3點，用手鉤住皮尺中部d處向外拉直即得出d2點，再折向另一側得出d4點，d1-d4點的連線即為坑口位置。

5)

利用同樣的方法，可以分別定出其餘三個坑口的位置。

精確地定出A、B、C、D四個控制樁：

1）將儀器安置於中心樁O點，瞄準前、後線路方向輔 助樁無誤後，在此方向上確定A、B兩點，使 ：

AO=BO=（x+y）/2。

x、y分別為矩形塔腿的長、短根開的距離。

2）將儀器鏡筒旋轉90°，在橫線路方向上定出C、D控 制樁，

同樣使：CO=DO=（x十y）/2。

3）將儀器安置於A點，瞄準D點即得AD線，在此線上 量取 PD=O。707（y+a），

QD=0。707（y一a），得P、Q兩點。a為基坑邊長。

4）取2a線長，將兩端分別置於P、Q兩點， 拉緊線的中點即得M點，反方向即得N 點。

5）取石灰粉沿NPMQ在地面上畫白線，即得 第三隻基坑。

6）儀器仍在A點，將儀器鏡筒從D點旋轉90°觀測到C點，同樣從AC線上可以畫出第 二隻基坑白粉線。

7）將儀器置於B點，依同樣方法劃第一隻和 第四隻基坑。

8）複核圖紙及整個塔基尺寸，完全正確無誤 後，用鐵鍬沿粉線在四周挖土。

9）在 AD線上，若自A點開始量取P、Q點，

AP=O。707（x一a），AQ=O。707（x+a），

同樣可得基坑的四角NPMQ。從B點起 量亦相同。

11、不等高塔腿基礎分坑

如上圖所示：不等高塔腿基礎根開有三個值，假定分別為a、b、c，坑口邊長為d，

計算出L1、L0、L2、以及H1、H2、H0分別為；由此可按上述正方形基礎（或矩形基礎）分坑法劃出各坑口位置。

12、觀測弧垂的方法

1、等長法觀測弧垂：

等長法以稱平行四邊形法，是最常用的方法。

1）從觀測檔兩側架空線懸點垂直向下量取選定的弧垂觀測值，綁上弧垂板，調整架空的拉力，當架空線與弧垂板相切時，中間弧垂即為施工要求的弧垂。

2）當溫度變化而引起弧垂變化時，可移動一側弧垂板調整，調整量是弧垂變化值⊿f的2倍。

3）若氣溫變化較大時，（大於10℃）則需要重新在觀測檔兩側設定弧垂板。

4）等長法觀測弧垂精度隨著兩懸掛點的高差的增大而降低，當高差為零時精度最高，當高差大於h>10%·L時，等長法觀測會造成較大的誤差，應選用異長法觀測。

2、異長法觀測弧垂：

a。 採用異長法觀測弧垂時，選擇一側懸掛點弧垂板綁紮點的距離a值，（a≠f，使視線切點儘量靠近弧垂最低點）

根據關係式：√a+√b=2√f，

得：

式中：

a-觀測檔一端所選的架空線路懸掛 點至弧垂板的距離。

b-觀測檔另一端架空線懸點至弧垂 板的距離。

f-觀測檔的弧垂。

b。 在觀測檔的另一側在懸掛點垂直下方量 b值，綁弧垂板調整架空線的拉力，當 架空線與弧垂板相切時，中間弧垂即為 施工弧垂。

c。 當氣溫發生變化時弧垂也隨至變化，可移動一側弧垂板調整，調整量

⊿a=2⊿f· √a∕f

例：設已知f=8m，a=4m，求b值。

解：b=（2×√8-√4）2=13。4m

設原綁弛度板時的弛度f=8。0m， a=4。8m，因氣溫變化新弛度值f′=8。5m， ⊿f=0。5m求⊿a值。

解： ⊿a=2×⊿f× （√a∕f）=2×0。5×（√4。8/8）=0。775m

3、

角度法觀測弧垂：

角度法是用經緯儀觀測弧垂的方法，可分檔端、檔外、檔內、檔側多種角度觀測法，線上路施工中常用檔端觀測法。下圖中（a）為檔端仰角觀測法，圖（b）為檔端俯角觀測法

檔端觀測方法：

a)

經緯儀安置在檔端低懸掛點的下方：

圖中：

a——儀器中心至A的垂直距離；

f——根據觀測弧垂時的氣溫選出的檔距中點弧垂；

θ——儀器視線與導線相切時的垂直角，仰角為正， 俯角為負；

α——儀器安置在A點，瞄準B點時的垂直角度；

L——檔距，米；

b)

經緯儀安置在檔端高懸掛點下方：

Tgθ=-（tgα-b/L）

根據懸掛點的高差，可直接計算θ值，

θ=tg-1（±h-4f+4√af）/L

式中：高h：儀器在低懸掛點時，h取”+”

儀器在低懸掛點時，h取“-”

檔端觀測方法：

　1)

安置儀器於觀測檔架空線懸掛垂直下方A’點，取長度a，

　2)

調整經緯儀觀測值（根據溫度變化調整），

　3)

調整架空線的張力，使架空線與儀器中橫絲相切，這時架空線的中點弧垂就是施工弧垂，

　4)

水平偏轉望遠鏡筒，使邊線與橫絲相切，即為邊線弧垂，

　5)

溫度變化時調整觀測值：適用範圍：

由公式√a-√b=2√f可得：

當b≤0時，4f≤a，角度法和異長法都不適用，說明角度法適用範圍為b<0，a>4f，當b值越小此法的精度越高。

例：設儀器安置在低懸掛點垂直下方A′點，已知觀測檔的弧垂f=12。5m，檔距L=275m，導線懸掛點高差h=25。72m，導線懸掛點至儀器的中心垂直距離a=25m，求弛度觀測角θ。

解： θ=tg-1（±h-4f+4√af）/L

儀器在低懸掛下方h取”+“，代入資料：

θ= tg-10。16883=9。58°