测量学实验导书.docx
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测量学实验导书
《测量学》
实验教学指导书
课程编号:
XXXXXXX
撰写人:
刘正才
审核人:
湘潭大学
土木工程与力学学院
二○○七年十二月二十八日
前言
一、实验总体目标
《测量学》实验教学是将理论知识和实践相结合的重要教学环节,重在培养土木工程专业本科学生关于工程测量上的测、算、绘等基本技能。
《测量学》实验教学共包括十二个实验,其中验证性实验8个,演示性实验2个和综合性实验2个,涵盖了《测量学》课程的水准测量、角度测量、距离测量与直线定向、全站仪及GPS的使用、小地区控制测量、地形测量和建筑施工测量等知识面的主要的实验性教学环节,是实习前必需的教学过程。
二、适用专业年级
适用于土木工程专业本科第二年级(第4学期)的学生。
三、先修课程
高等数学、画法几何、大学物理、计算机文化基础、工程数学等。
四、实验项目及课时分配
实验项目
实验要求
实验类型
每组人数
实验学时
实验一
DS3水准仪的认识和使用
必修
验证性
4-5
1
实验二
水准测量
必修
验证性
4-5
1
实验三
水准仪的检验与校正
必修
验证性
4-5
2
实验四
DJ6光学经纬仪的认识和使用
必修
验证性
4-5
1
实验五
测回法测量水平角
必修
验证性
4-5
1
实验六
方向观测法测量水平角
必修
验证性
4-5
2
实验七
竖直角与视距三角高程测量
必修
验证性
4-5
2
实验八
钢尺量距与罗盘仪的使用
必修
验证性
4-5
2
实验九
全站仪使用
选修
演示性
--
2
实验十
GPS操作
选修
演示性
--
2
实验十一
地形测量(量角器配合经纬仪法)
必修
综合性
4-5
2
实验十二
建筑物轴线交点放样
必修
综合性
4-5
2
五、实验环境
根据我校招生规模,每届有土木工程专业学生6个班,约200人。
以分2个批次进行测量学实验为原则,需配备:
DJ6级光学/或电子经纬仪30台,其中实时可用的20台,备用10台;DS3级水准仪30台,其中实时可用者20台,备用10台;供演示用的全站仪多套,GPS接收机一套;应配备带空调和抽湿机等电器设备的仪器室和仪器维修室,还应有其它配套工具和设备等。
六、实验总体要求
通过实验教学,达到以下几点总体要求:
1、让学生掌握常用测量仪器(经纬仪、水准仪等)的使用、记录和手薄计算方法;
2、让学生理解常用测量仪器的检验校正方法;
3、让学生掌握水准测量、角度测量、距离测量和地形测量等基本方法、操作程序和限差要求;
4、让学生理解和掌握建筑物轴线交点的放样的基本方法、操作程序和限差要求。
七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议
本课程实验的重点:
经纬仪、水准仪、全站仪等常用测量仪器的操作和使用。
本课程实验的难点:
经纬仪的操作、地形测量和建筑物轴线的测设。
教学方法建议:
1、加强实验室建设,增加一些现场常用的仪器,如全站仪、GPS接收机等;
2、按学生操作熟练程序评定某些实验(水准测量、水平角观测、竖直角和视距测量)的成绩;
3、逐步建立和完善《测量学》课程实训基地。
实验一:
DS3水准仪的认识和使用
一、实验目的和要求
⒈ 了解DS3级水准仪的基本构造,认清其主要部件的名称及作用;
⒉ 练习水准仪的安置、瞄准与读数;
⒊ 测定地面两点高差。
⒋ 自选相距约80米以内A、B两点立尺,仪器安置大致在AB两点的中点处。
改变仪高,两次安置仪器求高差,高差较差在±5mm内,则取平均值作为A、B两点高差。
二、仪器和工具
DS3级水准仪1台,水准尺2根,伞1把,记录板一块。
三、方法和步骤
1.安置仪器
将脚架张开,使其高度适当,架头大致水平,并将脚尖踩入土中。
再开箱取出仪器,将其固连在三脚架上;
2.认识仪器
指出仪器各部件的名称,了解其作用并熟悉其使用方法,同时弄清水准尺的分划与注记。
3.粗略整平
粗平的目的是使圆水准器气泡居中,竖轴铅直、视线大致水平。
方法一:
先用双手同时向内(或向外)转运一对脚螺旋,使圆水准器气泡移动到中间,再转动另一只脚螺旋使圆气泡居中,通常须反复进行。
注意气泡移动的方向与左手拇指或右手食指运动的方向一致。
方法二:
如果在平整坚实的地面进行观测,可利用一条架腿,先左右,后前后地挨地拖动使圆水准器气泡居中或大致居中。
4.瞄准水准尺、精平与读数
⑴瞄准
粗瞄:
甲立水准尺于某地面点上,乙松开水准仪制动螺旋。
先将望远镜指向明亮的背景(天空或白色物体),转动目镜对光螺旋进行对光,使十字丝分划清晰。
用准星和照门粗略瞄准水准尺,固定制动螺旋,用微动螺旋使水准尺大致位于视场中央。
再转动物镜对光螺旋使水准尺成象清晰;
精瞄:
转动水平微动螺旋,使十字丝纵丝靠近水准尺一侧,若存在视差,则应仔细进行物镜对光予以消除;(视差——物镜调焦后,眼睛在目镜前上下作少量移动,出现十字丝与目标有相对运动。
产生视差的原因是目标通过物镜所成的像没有与十字丝平面重合。
视差的存在将影响观测结果的准确性,应予消除。
消除的方法是仔细地反复进行目镜和物镜调焦)
⑵精平
精平的目的是使视准轴处于精确水平位置。
转动微倾螺旋使符合水准器气泡两端的景象吻合(即成一圆弧状),也称精平。
⑶读数
注意认清水准尺刻划注记形式和特点、水准仪的正像或倒像。
用中丝在水准尺上读取4位读数,即米、分米、厘米及毫米位。
读数时应先估出毫米数,然后按米、分米、厘米及毫米,一次读出4位数。
读数要快准。
5.测定地面两点的高差
⑴在地面选定A、B两个较坚固的点;
⑵在A、B两点之间安置水准仪,使仪器至A、B两点的距离大致相等;
⑶竖立水准尺于点A上。
瞄准A上的水准尺,精平后读数,此为后视读数,记入表中测点A一行的后视读数栏下。
⑷再将水准尺立于B点,瞄准B上的水准尺,精平后读取前视读数,并记入表中测点B一行的前视读数栏下。
⑸计算A、B两点的高差hAB=后视读数-前视读数
四、记录格式
实验一 水准仪的认识与使用
日期天气班级小组
仪器编号地点___________观测记录
测
站
测
点
后视
读数
前视
读数
高差(m)
备注
+
-
1
A
B
2
A
B
识别下列部件并写出它们的功能
部件名称
功 能
准星和照门
目镜对光螺旋
物镜对光螺旋
制动螺旋
微动螺旋
微倾螺旋
脚螺旋
圆水准器
管水准器
实验二:
水准测量
一、目的
1.练习等外水准测量的观测、记录、计算与检核方法。
2.测定已知点与待求点两点高差,计算待求点高程。
二、要求
从一个已知高程点BM.A开始,经待定高程点B、C、D,进行闭合水准路线测量,求出待定高程点B、C、D的高程。
高差闭合差的容许值为
fh容=±12n1/2mm
或fh容=±40L1/2mm
式中
n——测站数
L——水准路线的公里数。
三、仪器和工具
DS3级水准仪1台,水准尺2根,尺垫2块,伞1把,记录板一块。
四、方法和步骤
1.在地面选定B、C、D三个坚固点作为待定高程点,BM.A为已知高程点,其高程值由指导教师给定。
安置仪器于点A与转点TP.1(旋转尺垫)之间,目估前、后视距大致相等,进行粗略整平和目镜对光。
测站编号为1;
⒉ 后视A点上的水准尺,精平后读取后视读数,记入手簿;
⒊ 前视TP.1上的水准尺,精平后读取前视读数,记入手簿;
⒋ 测站检核与高差计算
变仪高法:
升高(或降低)仪器10cm以上,重复2与3步骤。
两次高差之差不超过容许值(如图根水准测量容许值为±6mm),取其平均值作为最后结果;若超过容许值,则需重测;
双面尺法:
仪器高度不变,分别测出两点的黑面尺高差和红面尺。
若同一水准尺红面读数与黑面读数+常数之差≤3mm,以及红面尺高差与黑面尺高差≤5mm,取平均值作最后结果,否则应重测。
⒌ 迁至第2测站继续观测。
沿选定的路线,将仪器迁至TP1和点B的中间,设置第二测站,TP1上的尺子不动作为后视尺,A点的水准尺搬至B点,作为第二测站的前视尺。
仍用第一站施测的方法,后视TP1,前视B点,依次连续设站,经过点C和点D连续观测,最后仍回到点A;
⒍ 计算检核:
后视读数之和减前视读数之和应等于高差之和,等于平均高差之和的二倍;
⒎ 高差闭合差的计算与调整(详见教材有关内容);
⒏ 计算待定点高程:
根据已知高程点A的高程和各点间改正后的高差计算B、C、D、A四个点的高程,最后算得的A点高程应与已知值相等,以资校核。
五、注意事项
⒈ 在每次读数之前,应使水准管气泡严格居中,并消除视差;
⒉ 应使前、后视距离大致相等;
⒊ 在已知高程点和待定高程点上不能放置尺垫。
转点用尺垫时,应将水准尺置于尺垫半圆球的项点上;
⒋ 尺垫应踏入土中或置于坚固地面上,在观测过程中不得碰动仪器或尺垫,迁站时应保护前视尺垫不得移动。
⒌ 水准尺必须扶直,不得前后倾斜。
六、记录与计算表
日期天气班级小组
仪器编号地点___________观测记录
测
站
测
点
水准尺读数
高差(m)
平均高差
高 程
备 注
后视
前视
+
-
1
2
3
4
5
计算
检核
∑
∑
∑
∑
∑
∑
1/2[(∑后视)-(∑前视)]= =1/2[(∑正高差)+(∑负高差)]= =∑平均高差
高差闭合差的计算和调整
测段编号
点名
测站数(n)
实测高差
(m)
改正数
(m)
改正后高差
(m)
高 程
(m)
备 注
1
A
2
3
4
5
A
A
∑
fh=∑h
n=
fh容=±12n1/2=
实验三:
水准仪的检验与校正
一、目的
⒈ 了解微倾式水准仪各轴线间应满足的几何条件;
⒉ 掌握微倾式水准仪检验与校正的方法;
⒊ 通过检校进一步掌握水准仪的基本技术操作。
二、要求
⒈ 检校原理清楚,步骤不乱,方法理解,测算数据正确,校正可靠;
⒉ 重点掌握主要条件检校步骤和方法,其它条件检校到误差不显著即可(即掌握方法不强求精度)。
三、仪器和工具
DS3级水准仪1台,水准尺2根,皮尺1卷,木桩(或尺垫)2块,锤子一把,拨针1枚,螺丝刀1把,伞1把,记录板一块。
四、方法和步骤
⒈ 一般性检验
安置仪器后,首先检验:
三脚架是否牢固,制动和微动螺旋、微倾螺旋、对光螺旋、脚螺旋等是否有效,望远镜成象是否清晰。
⒉ 圆水准器轴应平行仪器竖轴的检验与校正
⑴检验:
转动脚螺旋,使圆水准器气泡居中,将仪器绕竖轴旋转180°以后,如果气泡仍居中,说明此条件满足;如果气泡偏出分划圈之外,则需校正。
⑵校正:
先稍旋松圆水准器底部中央的固紧螺旋,然后用拨针拨动圆水准器校正螺丝,使气泡向居中方向退回偏离量之半,再转动脚螺旋使气泡居中,如此反复检校,直到圆水准器转到任何位置时,气泡都在分划圈内为止。
最后旋紧固紧螺旋。
⒊ 十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验与校正
⑴检验:
用十字丝交点瞄准一明显的点状目标P,转动微动螺旋,若目标点始终不离开横丝,说明此条件满足,否则需校正。
⑵校正:
旋下十字丝分划板护罩(有的仪器无护罩),用螺丝刀旋松分划板座三个固定螺丝,转动分划板座,使目标点P与横丝重合。
反复检验与校正,直到条件满足为止。
最后将固定螺丝旋紧,并旋上护罩。
⒋ 视准轴应平行于水准管轴的检验与校正
⑴检验:
在高差不大的地面上选择相距80m左右的A、B两点,打入木桩或安放尺垫。
将水准仪安置在A、B两点的中点Ⅰ处,用变仪高法(或双面尺法)测出A、B两点高差,两次高差之差<3mm时,取其平均值hAB为最后的正确结果。
再安置仪器于A点附近的Ⅱ处,距离A点2~3m,精平后分别读取A尺和B尺的中丝读数a’和b’。
因仪器仪器距A点很近,水准管轴不平行视准轴引起的读数误差可忽略不计,则可算出仪器在Ⅱ处时,B点尺上水平视线的正确读数为:
b’0=a’+hAB。
实际测出的b’与计算得到的b’0应相等,则表明水准管轴平行视准轴;否则,两轴不平行,其夹角为:
i”=(b’-b’0)ρ”/DAB。
式中ρ”=206265”,DAB为A、B两点间的距离。
DS3水准仪的i角不得大于20″,否则应进行校正。
⑵校正:
仪器仍在Ⅱ处,调节微倾螺旋,使中丝在B尺上的中丝读数移到b’0,这时视准轴处于水平位置,但水准管气泡不居中(符合气泡不吻合)。
用校正针拨动水准管一端的上、下两个校正螺钉,先松一个,再紧一个,将水准管一端升高或降低,使符合气泡吻合。
此项校正要反复进行,直到i角<20″为止,再拧紧上、下两个校正螺钉。
五、注意事项
⒈ 检校仪器时必须按上述的规定顺序进行,不能颠倒;
⒉ 校正用的工具要配套,拨针的粗细与校正螺丝的孔径要相适应;
⒊ 拨动校正螺丝时,应先松后紧,松紧适当。
六、记录格式
日期天气班级小组
仪器编号地点___________观测记录
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
⒈ 一般性检验结果:
三脚架________;制动与微动螺旋_________;
微倾螺旋______;对光螺旋______;脚螺旋_____;望远镜成像_____;
⒉ 圆水准器轴应平行于仪器竖轴的检验与校正。
检验(旋转仪器80°)次数
气泡偏离情况
检 验 者
⒊ 十字丝横丝应平行于仪器竖轴的检验与校正
检 测 次 数
偏 离 情 况
检 验 者
⒋ 视准轴应平行于水准管轴的检验与校正
仪器位置
项 目
第 一 次
第 二 次
第 三 次
在中点
测高差
A点尺上读数a
B点尺上读数b
A、B两点高差hAB=a-b
在B点附近
检 校
A点尺上读数a’
B点尺上应有读数b’0=a’+hAB
B点尺上实际读数b’
误差△h=b’-b’0
两轴不平行误差i=
实验四:
DJ6经纬仪的认识和使用
一、目的和要求
⒈ 了解DJ6级经纬仪的基本构造及其主要部件的名称及作用;
⒉ 练习经纬仪对中、整平、瞄准与读数的方法,并掌握基本操作要领;
⒊ 要求对中误差<3mm,整平误差<1格。
二、仪器和工具
DJ6级经纬仪1台,木桩1根,锤子一把,伞1把,记录板一块。
三、方法和步骤
⒈ 经纬仪的安置
⑴ 在地面打一木桩,桩顶钉一小钉或划十字作为测站点;
⑵ 松开三脚架,安置于测站上,使高度适当,架头大致水平。
打开仪器箱,双手握住仪器支架,将仪器取出,置于架头上。
一手紧握支架,一手拧紧连接螺旋;
⑶ 对中 挂上垂球,平移三脚架,使垂球尖大致对准测站点,并注意架头水平,踩紧三脚架。
稍松连接螺旋,两手扶住基座,在架头上平移仪器,使垂球尖端准确对准测站点,再拧紧连接螺旋;
⑷ 整平 目的是使仪器度盘中心与测站点同在一条铅垂线上,水平度盘水准管气泡居中,此时,竖轴铅直,度盘水平。
松开水平制动螺旋,转动照准部,使水准管平行于任意一对脚螺旋的连线,两手同时向内(或向外)转动这两只脚螺旋,使气泡居中。
将仪器绕竖轴转动90°,使水准管垂直于原来两脚螺旋的连线,转动第三只脚螺旋,使气泡居中。
如此反复调试,直到仪器转到任何方向,气泡中心不偏离水准管零点1/2格为止。
⒉ 瞄准目标
⑴ 将望远镜对向天空(或白色墙面),转动目镜使十字丝清晰;
⑵ 用望远镜上的概略瞄准器瞄准目标,再从望远镜中观看,若目标位于视场内,可固定望远镜制动螺旋和水平制动螺旋;
⑶ 转动物镜对光螺旋使目标影象清晰,再调节望远镜和照准部微动螺旋,用十字丝的纵丝平分目标(或将目标夹在双丝中间);
⑷ 眼睛微微左右移动,检查有无视差,若有,转动物镜对光螺旋予以消除。
⒊ 读数
⑴ 调节反光镜使读数窗亮度适当;
⑵ 旋转读数显微镜的目镜,使度盘及分微尺的刻划清晰,莘区别水平度盘与竖盘读数窗;
⑶ 读取位于分微尺上的度盘刻划线所注记的度数,从分微尺上读取该刻划线所在位置的分数,估读至0.1分(即6秒的整倍数)。
盘左瞄准目标,读出水平度盘读数,纵转望远镜,盘右再瞄准该目标读数,两次读数之差约为180°,以此检核瞄准和读数是否正确。
四、记录格式
经纬仪的认识和使用
日期天气班级小组
仪器编号地点___________观测记录
测 站
目 标
盘左读数
盘右读数
水平角
备 注
A
B
C
D
E
F
识别下列部件,并写出它们的功能
部 件 名 称
功 能
水平制动螺旋
水平微动螺旋
望远镜制动螺旋
望远镜微动螺旋
竖盘指标水准管
竖盘指标水准管微动螺旋
照准部水准管
度盘变换手轮
实验五:
测回法测量水平角
一、目的和要求
⒈ 掌握测回法测量水平角的方法、记录及计算;
⒉ 每人对同一角度观测一测回,上、下半测回角值之差不得超过±40″,各测回角值互差不得大于±24″。
二、仪器和工具
DJ6级经纬仪1台,木桩1根,锤子一把,伞1把,记录板一块。
三、方法和步骤
⒈ 每组选一测站O安置仪器,对中、整平后,再选定A、B两个目标;
⒉ 如果度盘变换器为复测式,盘左,转动照准部使水平度盘读数略而在于零,将复测扳手扳向下,再去瞄准A目标,将扳手扳向上,读取水平盘读数a1,记入手簿。
如为拨盘式度盘变换器,应先瞄准目标A,后拨度盘变换器,使读数略而在于零;
⒊ 顺时针方向转动照准部,瞄准B目标,读数b1并记录,盘左测得∠AOB为β左=b1-a1;
⒋ 纵转望远镜为盘右,先瞄准B目标,读数b2并记录,逆时针方向转动照准部,瞄准A目标,读数a2并记录,盘右测得∠AOB为β右=b2-a2;
⒌ 若上、下半测回角值之差不大于40″,计算一测回角值β=1/2(β左-β右);
⒍ 观测第二测回时,应将起始方向A的度盘读数拨至略大于90°。
各测回角值互差不大于±24″,则计算平均角值。
四、记录格式
测回法测水平角
日期天气班级小组
仪器编号地点___________观测记录
测
站
竖盘
位置
目标
水平度盘
读 数
半测回
角 值
一测回
角 值
各测回平
均角值
备 注
1
2
3
4
°′″
5
°′″
6
°′″
7
°′″
8
第一测回O
左
A
B
右
A
B
第二测回O
左
A
B
右
A
B
第三测回O
左
A
B
右
A
B
第四测回O
左
A
B
右
A
B
实验六:
方向观测法测水平角
一、目的和要求
⒈ 练习全圆方向观测法测量水平角的操作方法、记录及计算;
⒉ 半测回归零差不得超过±18″;
⒊ 各测回方向值互差不得超过±24″。
二、仪器和工具
DJ6级经纬仪1台,木桩1根,锤子一把,伞1把,记录板一块。
三、方法和步骤
⒈ 每组选一测站O安置仪器,对中、整平后,选定A、B、C、D四个目标;
⒉ 盘左瞄准起始目标A,并使水平度盘读数大于零,读数并记录;
⒊ 顺时针方向转动照准部,依次瞄准B、C、D、A各目标,分别读取水平度盘读数并记录,检查归零差是否超限;
⒋ 纵转望远镜,盘右,逆时针方向依次瞄准A、D、C、B、A各目标,读数并记录,检查归零差是否超限;
⒌ 计算
同一方向两倍视准误差2C=盘左读数-(盘右读数±180°);各方向的平均读数=1/2[盘左读数+(盘右读数±180°)];将各方向的平均读数减去起始方向的平均读数,即得各方向的归零方向值。
⒍ 第二人观测第二测回时,应将起始方向A的度盘读数拨至略大于90°。
同法观测第二测回。
各测回角值互差不大于±24″,计算其平均角值,作为该方向的结果。
四、注意事项
⒈ 应选择远近适中,易于瞄准的清晰目标作为起始方向;
⒉ 如果方向数只有3个时,可以不归零。
五、记录格式
方向观测法测水平角
日期天气班级小组
仪器编号地点___________观测记录
测站
测回数
目标
读数
2C=左-(右±180°)
平均读数=1/2[左+(右±180°)]
归零后的方向值
各测回归零方向值的平均值
略图及角值
盘左
盘右
°′″
°′″
°′″
°′″
°′″
°′″
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
O
1
A
B
C
D
A
O
2
A
B
C
D
A
O
3
A
B
C
D
A
O
4
A
B
C
D
A
实验二:
竖直角与视距三角高程测量
一、目的与要求
1、练习竖直角观测、记录及计算的方法;
2、练习用望远镜视距丝(上、下丝)读取标尺读数进而计算视距和三角高差的方法,视距三角高程测量原理和计算公式见教材;
3、同一测站观测标尺的不同高度时,竖盘指标差互差应在±25″以内,计算出的三角高差互差应在±2㎝以内。
二、准备工作
场地布置
在建筑物的一面墙上,固定一把3米水准标尺,标尺的零端为B点;在距离水准标尺约40~50m处选择一点作为A点,安置经纬仪。
三、仪器和工具
DJ6光学/电子经纬仪1台,小钢尺1把,记录板1块
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- 关 键 词:
- 测量学 实验