5.2 光学经纬仪的使用
5.2.1 光学经纬仪各个部件的功能及使用方法
图5.3中的DJ6光学经纬仪，3个脚螺旋的作用是整平照准部。照准部整平后将水准管反光镜打开面向观测者时可以看到竖盘指标水准管的气泡影像，此时转动竖盘指标水准管微动螺旋可使竖盘指标水准管的气泡居中，竖盘指标水准管气泡居中时竖盘方向值读数指针（即竖盘指标线）的位置才正确，竖盘方向值读数才有效。竖盘指标水准管的作用类似于水准仪的长水准器，微倾式水准仪有个读数原则是“读数必调抛物线”，经纬仪同样有个竖直度盘读数原则“读‘竖’必调指标管”。圆水准器的作用是确保照准部概略水平（粗平），用处不大，照准部水准管的作用是确保照准部严格水平（精平），圆水准器和照准部水准管的气泡居中均借助3个脚螺旋实现。照准部严格水平时水平度盘才会水平，竖盘才会铅直，竖盘指标水准管的气泡才能调整，通过脚螺旋使照准部严格水平的操作称为“整平”。照准部能够横向转动，可通过照准部制动扳钮锁定照准部使其无法横向转动。照准部微动螺旋在制动照准部后才有效，搬下照准部制动扳钮制动照准部后旋转照准部微动螺旋可使照准部在一定范围内左、右移动。照准部微动螺旋有一个移动范围，微动螺旋应轻拧、缓慢拧，拧不动时应反扭以免损坏仪器。经纬仪望远镜上有物镜、目镜、望远镜调焦筒，物镜、目镜的作用及调节方法同水准仪，望远镜调焦筒的作用与水准仪的调焦螺旋相同，旋转望远镜调焦筒即可调焦使目标清晰。望远镜调焦筒也有一个移动范围，调焦筒应轻拧、缓慢拧，拧不动时应反扭以免损坏仪器。经纬仪望远镜旁边有读数显微镜，读数显微镜是用来读平盘及竖盘方向值的，由于经纬仪竖盘、平盘均密闭在仪器腔内，必须有光进入才能看到度盘的刻度，因此，借助读数显微镜读数时必须先打开度盘照明反光镜（进光窗），使光线照亮度盘，进光窗不打开读数显微镜里一片漆黑，度盘照明反光镜可以纵向360°旋转、横向180°仰俯，通过旋转、仰俯度盘照明反光镜可使读数显微镜中亮度适中，读数显微镜目镜的作用及操作方法同水准仪目镜，通过旋转读数显微镜目镜可使经纬仪度盘的影像清晰以便利读数。望远镜与读数显微镜连在一起，二者可在经纬仪照准部的U形架中纵转，望远镜纵转的旋转轴即为横轴，望远镜纵转可通过望远镜制动扳钮锁定。望远镜微动螺旋在制动望远镜后才有效，搬下望远镜制动扳钮制动望远镜后旋转望远镜微动螺旋可使望远镜在一定范围内上、下移动。望远镜微动螺旋也有一个移动范围，微动螺旋应轻拧、缓慢拧，拧不动时应反扭以免损坏仪器。光学经纬仪基座的形式及作用与水准仪相同。光学经纬仪的轴座固定螺旋是锁紧基座与照准部的，测量时应务必确保轴座固定螺旋处于锁紧状态，否则会导致水平角测量结果出现错误。测微轮的作用是移动读数显微镜中的度盘影像使其满足读数条件，类似于精密水准仪的测微轮，有测微轮的测量仪器（包括水准仪、经纬仪等）读数前均必须转动测微轮满足读数条件后才能读数。光学经纬仪的复测扳手是用来锁定水平度盘的，复测扳手搬下时水平度盘会被锁定在照准部上（即与照准部连为一体），此时照准部转动、读数指标线及水平度盘也同步转动，任何位置的水平度盘读数均是相同的、水平角无法测量；复测扳手搬上时水平度盘与照准部脱离，此时照准部转动、读数指标线同步转动但水平度盘不动，水平角可以测量。经纬仪配盘就是借助复测扳手实现的。其粗瞄器的形式和操作跟水准仪一样。
图5.4中的DJ2级光学经纬仪的外观部件与图5.3中的DJ6光学经纬仪差不多，同种部件的操作方法相同，下面只介绍不同之处。粗瞄准器为十字型光瞄准器，瞄准时应睁开双眼同时兼顾目标和光瞄准器十字竖丝，当十字竖丝与目标在一条线上时就瞄准了。DJ2光学经纬仪平盘、竖盘光路相互独立，即从读数显微镜里只能看到一个盘的像 （要么平盘，要么竖盘），因此，读数时要选择盘类，盘类选择借助度盘换像旋钮实现。度盘换像旋钮上有一条直径线，直径线竖起来时读数显微镜里可看到竖盘影像，直径线横起来时读数显微镜里可看到平盘影像。DJ2光学经纬仪平盘、竖盘光路相互独立导致其必须有两个进光窗，对竖盘读数时必须打开与调整竖盘照明反光镜 （进光窗）；对平盘读数时必须打开与调整水平度盘照明反光镜 （进光窗）。水平度盘拨盘手轮的作用是旋转水平度盘，移开水平度盘拨盘手轮护盖，用手拨动拨盘手轮可使读数显微镜里的水平度盘影像移动、读数改变，从而可使水平度盘读数变成你想要的任何一个数。经纬仪配盘就是借助水平度盘拨盘手轮实现的。DJ2级光学经纬仪的竖盘指标水准器采用了同水准仪一样的抛物线形式，从竖盘指标水准器观察镜中可观察与拼合抛物线。DJ2级光学经纬仪的光学对中器是用来对中的，所谓 “对中”就是使经纬仪的水平度盘圆心位于水平角顶点的铅垂线上。光学对中器实际是个小型望远镜，其使用方法与水准仪望远镜类似，其屈光度调节通过旋转光学对中器目镜实现，其调焦通过抽拉光学对中器实现。现代测量仪器光学对中器的使用与经纬仪望远镜完全相同，对中器既有屈光度调节螺旋也有调焦螺旋。
图5.8 常见经纬仪的十字丝
经纬仪的望远镜十字丝的刻划方式如图5.8所示。
5.2.2 常见光学经纬仪的读数方法
（1）J6经纬仪的分微尺法读数。
分微尺法也称带尺显微镜法或显微带尺法，从读数显微镜中看到的图像为图5.9，其中H代表水平度盘、V代表竖直度盘，每个度盘图像内均有一个貌似6cm长的小尺子（即显微带尺），H中当度盘31°刻度线移动到到6cm处时32°刻度线就会移动到0cm处，即6cm长与度盘1°的刻划宽度相同，因此有关系式1°=6cm=60mm，即1′=1mm，也就是说“显微带尺一小格（1mm）相当于角度1′”，读数时在6cm小尺子上的刻划值即为要读的“度”（从尺子起点0开始到该刻划值的mm格数就是要读的“分”，可估读到0.1mm，即估读到0.1′=6″），图5.9中水平度盘读数为32°03.7′、竖直度盘读数为91°37.3′。
图5.9 分微尺法读数
（2）J6经纬仪的单平板玻璃测微器法读数。
如图5.3所示经纬仪采用单平板玻璃测微器法读数，其读数显微镜中看到的影像（也称读数窗影像）如图5.10所示，3个方窗中间的贯通线（单线或双线）为读数线。该仪器水平度盘和竖直度盘各均匀刻划了720条分划线，即将一个圆周均分了720份，相邻分划线的间隔是0.5°=30′。其测微窗分划尺基本分划的总格数是30个大格，每个大格再均分成3个小格，总计90个小格，30个大格对应度盘一格的格值30′，即测微窗分划尺基本分划一大格格值为1′、一小格格值为一大格的1/3（即20″），估读测微分划尺时可读到一小格格值的1/10（即测微分划尺最小读数为2″）。图5.10（b）为双指标线未夹住任何一个度盘分划线的情况，此时不能读数；图5.10（a）为转动测微手轮使双指标线夹住水平度盘一个分划线的情况，此时可读水平度盘读数，读数为317°（母盘读数）+14′14″（测微读数）=317°14′14″；图5.10（c）为再次转动测微手轮使双指标线夹住竖直度盘一个分划线的情况，此时可读竖直度盘读数，读数为92°30′（母盘读数）+5′44″（测微读数）=92°35′44″。
图5.10 国产DJ6-1型光学经纬仪的读数窗影像
（a）平盘已夹线；（b）未夹线；（c）竖盘已夹线
（3）J2经纬仪的对径符合读数法读数。
所谓“对径”是指度盘一根直径线两侧的刻度值，即度盘对径刻划线是指相差180°的2个度盘刻划线。对径符合读数的读数方法如图5.11所示，其只能看到一个度盘的影像，要看另一个度盘时必须借助度盘换像旋钮换像。图5.11（a）是不能读数的，因底窗横线上下的度盘刻划线未对齐。转动测微手轮使底窗横线上下的度盘刻划线对齐后方可读数，即将图5.11（a）变成图5.11（b）。读数的要领是：①在底窗上找度盘对径刻划线，图5.11（b）中有2对对径刻划线，一对是139°和319°、另一对是140°和320°；②底窗上度盘对径刻划线符合正像在左、倒像在右、相距最近标准的那对对径刻划线的正像刻划注记值就是要读的度（°），很显然，在2对对径刻划线中只有139°和319°符合标准，故度数值为139°；③符合标准的那对对径刻划线间夹的格数就是要读的整拾分数，对径刻划线139°和319°之间夹了4个格，故整拾分数值为40′；④从顶窗（测微窗）上读出不足拾分的值，测微窗上注记数字有2排，上边一排是分值（′）、下边一排是秒值（″），不难理解，测微窗每小格的格值是1″（可估读到0.1″），因此，顶窗读数为4′11.8″；⑤将②、③、④值相加即为最终度盘读数（方向值），图5.11（b）的正确读数为139°+40′+4′11.8″=139°44′11.8″。
图5.11 对径符合读数的读数窗影像
（a）底窗刻线未对齐；（b）底窗刻线已对齐
（4）J2经纬仪的光学半数字化读数。
光学半数字化读数如图5.12所示，中间小窗为度盘直径两端的刻划影像，上面的小窗可直接读取度数及整拾分数值，下面小窗即为测微分划尺的影像。图5.12（a）是不能读数的，因中间小窗横线上下的度盘刻划线未对齐。转动测微手轮使中间小窗横线上下的度盘刻划线对齐方可读数，即使图5.12（a）变成图5.12（b）。读数的要领是：①上面小窗（T型）第一排显示完全的3位数的度盘刻划注记值就是要读的度（°），上面小窗下端扣住并显示的数字就是要读的整拾分数，图5.12（b）读数为39°50′；②从底窗（测微窗）上读出不足拾分的值，测微窗上注记数字有2排，上边一排是分值（′）、下边一排是秒值（″），不难理解，测微窗每小格的格值是1″（可估读到0.1″），因此，顶窗读数为9′19.8″；③将①、②值相加即为最终度盘读数（方向值），图5.11（b）的正确读数为39°50′+9′19.8″=39°59′19.8″。
“光学半数字化读数”有很多变异形式，不仅2″级光学经纬仪有“光学半数字化读数”方式，3″级、5″级和6″级光学经纬仪也都有“光学半数字化读数”方式，限于篇幅，在此不作过多介绍，大家熟悉了上述各种读数方法后，其他的触类旁通应该是没有问题的。
图5.12 “光学半数字化读数”的读数窗影像
（a）中窗刻线未对齐；（b）中窗刻线已对齐
（5）Wild（威特）T3经纬仪平盘读数方法。
由光学经纬仪光路和测微器结构原理可知，精密光学经纬仪一般都采用对径分划（即度盘某直径两端的刻度值）同时成像方式，通过测微器使度盘对径分划线作相向移动并作精确重合，用测微盘量取对径分划像的相对移动量，这种读数方法叫做重合读数法。重合读数法的基本步骤有4步，即：先从读数窗中了解度盘和测微盘的刻度与注记并确定度盘的最小格值，度盘对径最小分格值G=1°/（2×度盘上1°的总格数），测微盘的格值T=度盘对径最小分格值G/测微盘总格数；转动测微螺旋使度盘正倒像分划线精确重合后读取靠近度盘指标线左侧正像分划线的度数N°；读取正像分划线N°到其右侧对径180°的倒像分划线（即N°±180°）之间的分格数n；读取测微盘上的读数c（c等于测微盘零分划线到测微盘指标线的总格数乘测微盘格值T）。最终的读数M为M=N°+nG+c。
Wild （威特）T3经纬仪的平盘读数窗如图5.13所示，图5.13 （a）的度盘读数为55°28′、测微尺第一次读数为37.7″、测微尺第二次读数为38.0″，完整读数为55°28′75.7″（即55°29′15.7″）；图5.13（b）的度盘读数为178°48′、测微尺第一次读数为13.3″、测微尺第二次读数为13.0″，完整读数为178°48′26.3″。
图5.13 Wild（威特）T3经纬仪平盘读数
（a）典型窗口1；（b）典型窗口2
图5.14 Wild（威特）T2经纬仪平盘读数
（6）Wild（威特）T2经纬仪平盘读数方法。
如图5.14所示，平盘读数为28°42′27.0″。
（7）ZEISS（蔡司）010经纬仪平盘读数方法。
如图5.15所示，平盘读数为218°49′56.0″（其中，度盘读数为218°40′、测微尺第一次读数为9′57.0″、测微尺第二次读数为9′55.0″，完整读数为218°49′56.0″）。
（8）第二代Wild（威特）T2经纬仪读数方法。
第二代Wild（威特）T2经纬仪采用“光学半数字化读数”，如图5.16所示，一看便知读数应为94°12′46.0″。
图5.15 ZEISS（蔡司）010经纬仪平盘读数
图5.16 第二代Wild（威特）T2经纬仪读数窗