任务五 竖直角的观测
一、竖盘读数系统
光学经纬仪的竖盘读数系统如图3-10所示，竖盘8固定在横轴上与望远镜一道转动。竖盘上0°和180°的对径分划线与望远镜视准轴在竖盘上的正射投影重合。竖盘分划线通过一系列棱镜和透镜组成的光具组10，与分微尺一起成像于读数窗内。光具组和竖盘指标水准管7固定在一个微动支架上，并使其指标水准管1垂直于光具组光轴4。光轴相当于竖盘的读数指标；观测时，就根据光轴照准的位置进行读数。当调节指标水准管微动螺旋5使其气泡居中时，光具组的光轴则处于竖直的位置。竖直度盘也是由光学玻璃制成，其度盘刻划按0°～360°注记，其形式有顺时针和逆时针方向注记两种。不论何种注记形式，当视准轴水平、竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数应为90°或90°的整倍数。
图3-10 竖盘读数系统
1—指标水准管；2—水准管校正螺丝；3—望远镜；4—光具组光轴；5—指标水准管微动螺旋；6—指标水准管反光镜；7—指标水准管；8—竖盘；9—目镜；10—光具组的透镜和棱镜
二、竖直角计算公式
竖直角的计算公式可以按下述方法确定：将望远镜放在大致水平的位置，观察视线水平时的读数（90°或90°的整倍数），然后逐渐仰起望远镜，观测竖盘读数是增加还是减少。若读数增加，则竖直角的计算公式为
α=瞄准目标时的读数-视线水平时的读数
若读数减少，则
α=视线水平时的读数-瞄准目标时的读数
图3-11为常用的DJ6型光学经纬仪的竖盘注记形式。设盘左时照准目标的读数为L，盘右时照准目标的读数为R。由图中可知，盘左位置，视线水平时竖盘读数为90°，当望远镜逐渐仰起时，读数逐渐减少；盘右位置，视线水平时竖盘读数为270°，当望远镜逐渐仰起时，读数逐渐增加。于是竖直角计算公式可写成
盘左
盘右
平均竖角值为
图3-11 DJ6光学经纬仪竖盘注记形式
三、竖直角观测方法
在测站上安置经纬仪，首先按上述方法确定竖直角的计算公式，然后进行竖直角观测。一个测回的观测程序如下：
（1）以正镜中丝照准目标，调节指标水准管微动螺旋使气泡居中，读数、记录，即为上半测回。
（2）以倒镜中丝照准目标，调节指标水准管微动螺旋使气泡居中，读数、记录，即为下半测回。
竖直角观测手簿见表3-3。观测完毕后，先根据预先确定的竖直角计算公式计算出盘左、盘右半测回竖直角值，记入表中相应栏目中。表3-2中所用竖直角的计算公式分别为式（3-2）、式（3-3）及式（3-4）。
表3-2 竖直角观测手簿
和水平角观测相类似，为了提高观测结果的精度，竖直角也可以做多个测回的观测。对于J6级经纬仪，同一方向各个测回观测的竖直角值之差不应超过±24″。
在上述竖直角观测中，每次读数之前都必须转动竖盘指标水准管微动螺旋，使水准管气泡居中，指标处于正确位置，才能读数，否则读数就不正确。这样，操作费事，影响工效，有时甚至因遗忘了这一操作而发生错误。为了克服这个缺点，近年来有些工厂生产的经纬仪，其竖盘指标采用自动补偿装置代替，即使仪器稍有倾斜，竖盘指标也自动居于正确位置，可以随时读数，从而提高了竖直角观测的速度和精度。这种自动补偿装置的原理与自动安平水准仪补偿器基本相同。
四、竖盘指标差
在竖直角的计算中，认为当视准轴水平、竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数是个定值，即90°的整倍数。但实际上这个条件往往不能满足，如图3-12所示，竖盘指标不是指在90°或270°上，它与90°或270°的差值x角，即为竖盘指标差（竖盘指标偏离正确位置的差值称为竖盘指标差）。
图3-12（a）为盘左位置，由于存在指标差，当望远镜照准目标时，读数大了一个x值，正确的竖直角为
同样，在盘右位置用望远镜照准同一目标，读数仍然大了一个x值，则正确的竖直角值为
式（3-5）和式（3-6）取平均值，得
由此可知，在测量竖直角时，用盘左、盘右观测取平均值的办法可以消除竖盘指标差的影响。
将式（3-5）与式（3-6）相减得
图3-12 竖盘指标差
式（3-7）为竖盘指标差的计算公式。
竖直角观测中，同一仪器观测各个方向的指标差应当相等，若不等则由于照准、整平和读数存在误差所致。其中最大指标差和最小指标差之差称为指标差的变动范围，对于J6级仪器，应不超过±24″。