测量学实验讲义.docx
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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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