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测量学实验讲义
测量学实验指导书
孙效功张晶丁咚
中国海洋大学海洋地球科学学院
2007年9月
实验总则与注意事项.......................................................................1
实验一经纬仪的使用.....................................................................3
实验二水平角的观测.....................................................................5
实验三竖直角的观测.....................................................................8
实验四视距测量.............................................................................10
实验五水准仪的使用与水准测量................................................12
实验六光电测距...........................................................................19
实验七全站仪的认识与使用.......................................................21
实验八海上定位、测深系统的认识与使用...............................24
实验九GPS静态控制测量以及RTK测量..............................25
实验总则与注意事项
《测量学》的理论教学和实验教学都是课程的重要的教学环节。
坚持理论与实践的紧密结合,认真进行测量仪器的操作应用和测量实践训练,才能真正掌握测量的基本原理和基本技术方法。
一、实验与实习一般要求
1、实验或实习课前,应阅读教材中有关内容和预习《测量学实验指导书》中相应项目。
了解学习的内容、方法和注意事项。
2、实验或实习时分小组进行。
各班长向任课教师提供分组的名单,确定小组负责人。
3、实验和实习是集体学习行动,任何人不得无故缺席或迟到;应在指定场地进行,不得随便改变地点。
4、在实验和实习中认真的观看指导老师进行的示范操作,在使用仪器时严格按操作规则进行。
二、使用测量仪器规则
测量仪器是精密光学仪器,或是光、机、电一体化贵重设备,对仪器的正确使用,精心爱护和科学保养,是测量人员必须具备的素质,也是保证测量成果的质量、提高工作效率的必要条件。
在使用测量仪器时应养成良好的工作习惯,严格遵守下列规则。
1、仪器的携带
携带仪器前,检查仪器箱是否扣紧,拉手和背带是否牢固。
2、仪器的安装
(1)安放仪器的三脚架必须稳固可靠,特别注意伸缩腿稳固。
(2)从仪器箱提取仪器时,应先松开制动螺旋,用双手握住仪器支架或基座,放到三脚架上。
一手握住仪器,一手拧连接螺旋,直至拧紧。
(3)仪器取出后,应关好箱盖,不准在箱上坐人,搬站时携带好仪器箱以及所有的附件。
3、仪器的使用
(1)仪器安装在三脚架上之后,无论是否观测,观测者必须守护仪器。
(2)应撑伞,给仪器遮阳。
雨天禁止使用仪器。
(3)仪器镜头上的灰尘、污痕,只能用软毛刷和镜头纸轻轻擦去。
不能用手指或其他物品擦,以免磨坏镜面。
(4)旋转仪器各部分螺旋要有手感。
制动螺旋不要拧得太紧,微动螺旋不要旋转至尽。
4、仪器的搬迁
(1)贵重仪器或搬站距离较远时,必须把仪器装箱后再搬。
(2)水准仪近距离搬站,先检查连接螺旋是否旋紧,松开各制动螺旋,收拢三脚架,一手握住仪器基座或照准部﹐一手抱住脚架,稳步前进。
5、仪器的装箱
(1)从三脚架取下仪器时,先松开各制动螺旋,一手握住仪器基座或支架,一手拧松连接螺旋,双手从架头上取下装箱。
(2)在箱内将仪器正确就位后,拧紧需要制动的制动螺旋,关箱扣紧。
三﹑外业记录规则
1、观测数据按规定的表格现场记录。
记录应采用2
或3
硬度的铅笔。
记录者听到观测数据后应复诵一遍记录的数字,避免记错。
2、记录者记录完一个测站的数据后,当场应进行必要的计算和检核,确认无误后,观测者才能搬站。
3、对错误的原始记录数据,不得涂改,也不得用橡皮擦掉,应用横线划去错误数字,把正确的数字写在原数字的上方,并在备注栏说明原因。
实验一经纬仪的使用
一、实验目的
熟悉和掌握经纬仪的安置、操作使用与读数。
二、实验要求
每组4—5人,每人独立操作一次。
三、实验仪器
J6经纬仪一台。
四、实验步骤
l、经纬仪的安置
①对中
对中的目的是将经纬仪水平度盘中心安置在欲测角顶点上,对中的方法有二:
铅垂法和对中器法。
铅垂法:
将三脚架调至适当高度,拧紧,打开安放在测站点上,并使脚架顶面大致水平,且其中心垂线过测站点。
然后将经纬仪安装在脚架上,注意拧的不要太紧,挂上铅锤,并踩紧三个脚架,接着在脚架顶面上平移仪器直至垂球尖对准测站点标志为止,并拧紧中心螺旋即可。
其对中误差一般不大于2mm。
对中器法:
该法与铅垂法大致相同,只需把对中器的目镜进行对光调节,然后在脚架顶面上轻移仪器,直到对中器目镜中测站点标志(如小钉、十字中心等)的像与对中器的小圆圈中心相重合为止,此时即可拧紧中心螺旋,对中完毕。
②整平
安置经纬仪的第二步就是整平,其目的是使经纬仪的竖轴垂直,并使水平度盘处于水平位置。
方法:
打开水平制动螺旋,转动照准部,使水准管与一对脚螺旋连线相平行,然后同时向里或向外旋转这对脚螺旋,使水准管气泡居中,然后将照准部旋转90°,使水准管垂直于原来那对脚螺旋的连线,转动第三个脚螺旋,使气泡居中。
如此反复进行数次,直至水准管转到任何位置,气泡皆居中为止。
实用中,允许气泡偏移中心不超过一小格。
2、经纬仪的操作使用
待经纬仪对中、整平之后,下一步就是利用经纬仪照准目标,进行观测。
①望远镜的对光
将望远镜对向明亮的背景(天空或白墙等)旋转目镜调焦螺旋使十字丝显得最清晰;照准目标后,再旋转物镜调焦螺旋(对光螺旋),使目标的像也最清晰。
视差:
在对光完成后,若随着眼睛的上下移动,十字丝与目标的像也做相对移动,这一现象称为视差,视差必须消除,消除视差的方法是重新对光。
②目标的照准方法
打开经纬仪水平制动螺旋,旋转照准部,用经纬仪望远镜上的准星概略照准目标,然后旋紧水平制动螺旋,再通过旋转水平微动螺旋进一步照准目标。
所谓照准目标就是用十字丝的竖丝去平分目标(单丝)或夹准目标(双丝)。
注意:
照准目标时要尽量照准目标的底部。
它可通过竖直制动和微动螺旋配合水平制动和微动螺旋来完成。
3、经纬仪的读数
在照准目标以后,即可从位于目镜旁边的读数窗中读取观测目标方向的方向值,无论是水平还是竖直盘其读数方法是一致的,它们都是度盘上的读数与测数器(尺)上的读数之和。
如图1—1为J6级分微尺光学经纬仪读数窗中的像,其中水平表示水平盘读数、竖直表示竖直盘读数,无论是水平,还是竖直,分微尺的0线为读数指标线。
图中水平度盘读数为:
度盘上读数:
130°
分微尺上读数:
11′
分微尺上估读:
′)24″
完整的读数为:
130°11′24″
图中竖直度盘读数则为:
87°22′06″
图1-1J6级分微尺光学经纬仪读数窗
实验二水平角的观测
一、实验目的
熟悉并掌握水平角观测的方法:
测回法和方向法的观测步骤与水平角的记录、计算。
二、实验要求
采用方向法观测四个方向间的水平角,每组4—5人,每人至少测记各一测回。
三、实验仪器
J6光学经纬仪一台。
四、实验步骤
测回法适用于两个方向间的单角测量,而方向法适用于三个及其以上方向的水平角测量,若观测方向多于三个时,须归零。
方向法的观测步骤为:
1、如图2—l,在测站点O安置经纬仪对中、整平;
2、将经纬仪置于盘左位置,瞄准起始目标A(注意:
照准目标时尽量照其底部,下同),将水平度盘读数调到略大于0°,读数并记于水平角观测手簿(表2—1)第二栏;
3、顺时针转动照准部,依次照准B、C、D点读数并记于表2—1第二栏;
4、顺时针再次瞄准A并读数记录,这一步称为归零。
(以上为盘左测回)
5、倒转望远镜以盘右位置逆时针旋转照准部,依次瞄准A、D、C、B、A各方向读数并记于表2—1第三栏(此乃盘右下半测回)。
注意:
各测回盘左照准起始方向A时,要按180°/n变换度盘,n为测回数。
图2-1方向法的观测
表2-1水平角观测手簿(方向法)
第测回仪器№点名等级日期月日
天气观测者觇标类型开始时分
成象记录者归心用纸№结束时分
方向号数名称
及照准目标
读数
左--右
(2C)
方向值
附注
盘左
盘右
°
′
″
°
′
″
″
″
°′″
A
0
01
12
180
01
12
0
B
C
D
A
0
01
24
180
01
36
-12
12
24
A
45
A
90
A
135
五、方向法的计算步骤
l、计算两倍照准误差2c值
2c=盘左读数—(盘右读数±180°)
按上式计算出各方向的2c值并填于表2—1第四栏。
其技术要求见表2—2,注意这里采用的是J6经纬仪。
表2-2:
水平角方向观测的技术要求
仪器
半测回
归零差(″)
一测回内
2C互差(″)
同一方向值
各测回互差(″)
J2
12
18
12
J6
18
30
24
2、计算各方向的平均读数
平均读数=[盘左读数+(盘右读数±180°)]/2
将各方向平均读数计算值填于表2—l第五栏。
3、计算归零后的方向值
将各方向的平均读数减去起始方向0A的平均读数,即得各方向的“归零方向值”,填于表2—l第六栏。
4、计算各测回归零后方向值的平均值
可将其记入附注栏或其它合适位置。
5、计算各水平角值
将相邻两方向值相减即得水平角,并填于记录簿合适位置。
6、注意:
计算时若三项限差超过表2—2之要求,须重测。
实验三竖直角的观测
一、实验目的
熟悉并掌握中丝法观测竖直角的方法与步骤,以及竖直角的记录、计算。
二、实验要求
每组4—5人,每人至少观测记录两测回。
三、实验仪器
J6经纬仪一台。
四、实验步骤
l、将经纬仪安置在测站上,对中、整平;
2、盘左,瞄准观测目标,即通过竖直制动、微动螺旋使十字丝横丝精确地切准目标顶端,然后转动指标水准管微动螺旋,使指标水准管气泡居中,再查看中丝是否仍切准目标,若切准,读取竖盘读数并记入竖直角观测手薄(表3—1)(以上为盘左上半测回)。
3、倒转望远镜,盘右,仍切准目标同一点,与盘左时一样读数、记录(此乃盘右下半侧回)。
注意:
竖直角一般需观测两个测回。
五、竖直角的计算
l、计算半测回竖直角
δ左=90°—L;δ右=R—270°
将各方向按上式计算出竖直角后记入表3—1第五栏。
2、计算两倍指标差2x
2x=δ左—δ右
将其记入表3—l第六栏,注意两倍指标差在同一测站上不能超过1'。
3、计算一测回竖直角δ
δ=(δ左十δ右)/2
将其记入表3—1第七栏
4、计算各测回平均竖直角
将各测回所侧竖直角取平均,记入表3—l第八栏。
表3-1竖直角观测手簿
日期月日观测者
天气仪器记录者
测站
目标
竖盘位置
竖盘读数
°′″
半测回竖角
°′″
两倍指标差
(δ左-δ右)
°′″
一测回竖角
°′″
各测回平均竖角
°′″
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
实验四视距测量
一、实验目的
通过实验掌握视距测量的外业观测步骤及其计算。
二、实验要求
每组4—5人,每人至少观测记录各一次。
三、实验仪器
J6经纬仪一台,视距尺(水准尺)一根。
四、实验步骤
1、将经纬仪安置在测站点上,对中、整平;
2、量取仪器高i(量至厘米即可);
3、将视距尺(水准尺)立于待测点上,用望远镜瞄准视距尺,并使指标水准管气泡居中,读取上、中、下三丝读数和竖盘读数(注意:
上丝加下丝读数取平均一般应等于中丝读数,若不等,其差值不得大于6mm)并记入观测手簿(表4—1)。
4、视距测量的计算
(1)计算尺间隔t
t=下丝读数—上丝读数
(2)计算竖直角
盘左:
δ=90°—L
盘右:
δ=R—270°
(3)计算两点间的距离D
D=CtCOS2δ
(4)计算两点间的高差
hAB=Dtgδ十i—L
(5)计算测点高程
HB=HA十hAB
表4-1视距测量观测手簿
日期测站名称仪器观测者
天气测站高程仪器高记录者
测点
下丝读数
上丝读数
视距间隔
t
中丝读数
竖盘读数
°′
竖角
°′
水平距离
D(m)
高差
h(m)
测点高程H(m)
实验五水准仪的使用与水准测量
一、实验目的
熟悉并掌握水准仪的使用方法以及三、四等和等外水准测量的外业作业方法及其记录、计算。
二、实验要求
每组至少4人,选一闭合水准路线,按四等水准测量的要求进行施测,每人至少观测、记录两站。
三、实验仪器
S3型普通水准仪一台或AP-128自动安平水准仪一台,水准尺一付(两根),尺垫两个。
四、实验步骤
(一)S3型普通水准仪
l、S3型普通水准仪的使用
(1)水准仪的安置
安置好脚架并使脚架头大致水平,然后取出水准仪装在脚架上,并拧紧中心螺旋;
(2)整平
通过转动三个脚螺旋,使圆水准器气泡居中,方法同整平经纬仪。
(3)瞄准水准尺
松开制动螺旋,瞄准水准尺,进行目镜和物镜调焦(要消除视差),使十字丝的竖丝靠近尺面一侧,以便读数;
(4)精确整平及读数
转动微倾螺旋,使符合水准器气泡符合,读取中丝读数(共四位数,即米、分米、厘米、毫米,对于普通水准测量,其最末位毫米数是估读的,因水准尺的最小分划为厘米)。
2、S3型普通水准仪水准测量的作业步骤
水准测量是分测站进行施测的,无论是闭合、附合还是往返水准路线,其作业步骤皆为:
①将两根水准尺分别立于后、前转点上,分别称为后尺和前尺,尺下需垫尺垫,若该点不是转点,而是已知的水准点或待测高程点,则不能垫尺垫。
②将水准仪安置于两水准尺之间,且使水准仪到前、后尺的距离大致相等,并整平水准仪;
③用望远镜照准后尺黑面,转动微倾螺旋使符合水准器气泡符合,读取下、上、中三丝读数,并记入观测手簿(表5—2);
④调转望远镜照准前尺黑面,转动微倾螺旋使气泡符合,读取中、下、上三丝读数并记入观测手薄,然后再照准前尺红面,仅读取中丝读数并记录;
⑤再调转望远镜照准后尺红面,并使符合水准器气泡居中,读取中丝读数并记录。
以上乃是一个测站的观测顺序,简称“后前前后”,对于等外水准测量也可采用“后后前前”的观测顺序。
⑥该测站的各项指标经检查合格后,即可迁站。
迁站时将后尺变为前尺,前尺不动而作为后尺,并按前述相同的方法安置水准仪、观测、记录、校核。
依次类推,直至末站为止。
(二)AP-128自动安平水准仪
1、AP-128自动安平水准仪的使用
(1)自动安平水准仪的安置
安置好脚架并使脚架头大致水平,然后取出自动安平水准仪装在脚架上,并拧紧中心螺旋;
(2)整平
通过转动三个脚螺旋,使圆水准器气泡居中,方法同整平经纬仪。
(3)检查补偿器
当圆气泡位于圆的中心时,仪器瞄准远处的目标(目标与仪器的距离大约在75m左右);旋转脚螺旋直到气泡远离圆的中心1/4处观测目标,如果目标图像离开原来的位置又慢慢回到初始位置时,观测者可以确认仪器的补偿器在起作用。
再次旋转脚螺旋直到气泡移动到圆的中心,如果目标图像与仪器十字丝的关系没有改变,说明补偿器是好的。
在使用仪器前检查补偿器是十分必要的。
(4)对准目标调节焦距
用手旋转仪器对准目标的方向,使望远镜对准水准尺。
调节对焦螺旋直到尺子的图像及望远镜十字丝都成像清晰。
调节仪器的水平微动螺旋使十字丝的竖丝对准水准尺的中间位置。
2、AP-128自动安平水准仪水准测量的作业步骤
①将两根水准尺分别立于后、前转点上,分别称为后尺和前尺,尺下需垫尺垫,若该点不是转点,而是已知的水准点或待测高程点,则不能垫尺垫。
②将AP-128自动安平水准仪安置于两水准尺之间,且使水准仪到前、后尺的距离大致相等,并整平水准仪;
③用望远镜照准后尺黑面,读取下、上、中三丝读数,并记入观测手簿(表5—2);
④调转望远镜照准前尺黑面,读取中、下、上三丝读数并记入观测手薄,然后再照准前尺红面,仅读取中丝读数并记录;
⑤再调转望远镜照准后尺红面,读取中丝读数并记录。
以上乃是一个测站的观测顺序,简称“后前前后”,对于等外水准测量也可采用“后后前前”的观测顺序。
⑥该测站的各项指标经检查合格后,即可迁站。
迁站时将后尺变为前尺,前尺不动而作为后尺,并按前述相同的方法安置水准仪、观测、记录、校核。
依次类推,直至末站为止。
注意:
无论是何种水准路线,其每条路线的测站总数都应是偶数,这主要是为了消除水准尺零点分划误差。
往、返测水准路线的往测和返测测站数皆应为偶数。
五、三、四等水准测量的技术要求(见表5—1)
表5—1三、四等水准测量的各项技术要求
等
级
水准仪
水准尺
观测次数
附合路线长度(公里)
视线长度(米)
前后视距差(米)
前后视距累计差(米)
视线离地面最低高度(米)
基本分划辅助分划(红黑面)读数差
(毫米)
基本分划
辅助分划
(红黑面)
所测高差之差(毫米)
闭合差限差
与已知
点联测
附合或
闭合
平地
(毫米)
山地
(毫米)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
三
DS1
因瓦
往返
各
一次
往一次
50
75
3
6
±12
±4
DS3
双面
往返各一次
四
DS3
双面
往返各一次
往一次
16
80
5
10
±20
±6
六、水准测量的计算与检核
水准测量中各测站与路线的布设要按上述技术要求进行,其计算与检核分测站与路线两部分。
l、测站计算与检核
计算:
视距部分和高差部分的计算见表5—2后所附三(四)等水准手簿记录与计算方法说明。
检核:
前、后视距差d(17)和视距差累积∑d(18),红、黑面中丝读数差(9)和(10),红、黑面所测高差之差(13)及前、后视距离皆应满足表5—1之要求。
2、路线计算与检核
计算:
计算出路线总高差和视距总长度,具体参见表5—2后之说明。
检核:
按表5—1中的要求计算出高差闭合差的容许值(限差),若未超限,则合格,否则重
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