整理《矿山测量学》课程实验指导书.docx
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整理《矿山测量学》课程实验指导书
江西理工大学
矿山测量学
实
验
指
导
书
2009.8
江西理工大学
《矿山测量学》课程实验指导书
前言
本书作为应用型本科院校非测量专业《矿山测量学》的配套教材，主要用于矿山测量学课程的课间实验教学。
测量实验是“矿山测量学”课堂教学期间讲授某一章节以后安排的实践性教学环节。
通过测量实验，加深对测量基本概念的理解，初步掌握测量工作的实际操作技能，也为课程后续内容的学习打下好的基础。
全书共分四部分，第一部分为绪论；第二部分为基本实验指导，本书根据《矿山测量学》的教学大纲的实验要求，共列出4个实验项目，其顺序基本上按照《矿山测量学》的教学次序安排。
实验项目应由教师在每次布置实验课任务时通知，以便预习，在实验前明确实验的内容和要求；第三部分为实验报告；第四部分为参考文献。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏及错误，诚请使用本书的教师和同学及其他读者批评指正。
第一部分绪论
第二部分基本实验指导
第三部分实验报告
第四部分参考文献
第一部分绪论
本实验指导书是根据《矿山测量学》课程实验教学大纲编写，适用于采矿工程专业。
一、本课程实验的作用与任务
1.课程实验的作用
⑴通过测量实验不仅可以让学生熟悉测量仪器的构造和使用方法，培养学生进行测量工作的基本操作技能，而且可以使学到的书本理论知识与实践紧密相结合起来，进一步验证、巩固在课堂上所学的知识。
⑵通过测量实验可以激发学生的学习热情和积极性，进而促进课堂教学，提高教学的效果和质量。
2.课程实验的任务
⑴水准仪的认识及使用
⑵普通水准测量（闭合路线）
⑶经纬仪的认识及使用
⑷测回法观测水平角
3.课程实验的要求
⑴实验之前必须复习教材中所学的相关内容，认真仔细地阅读实验指导书，明确实验的目的要求、实验操作的方法步骤及实验过程中的注意事项，以确保教学实验按时、按质、按量的完成。
⑵实验分小组进行，组长负责本组的组织与协调工作，办理所用仪器和工具的借领和归还手续。
⑶实验在校内指导教师规定的时间和地点进行，无故不得缺席或迟到早退，不得擅自更改实验的内容要求。
⑷在实验过程中或结束时，发现仪器或工具有损坏或遗失等情况，应及时报告给指导教师，同时要查明原因，根据事由情节的轻重，给予适当的处理或赔偿。
⑸实验结束时，应经实验指导教师检查实验记录，同意后方可交还仪器和工具，在交还仪器和工具时，应经实验室管理教师检查和清点仪器和工具，确认无损坏或遗失等情况后，方可离开实验室。
⑹实验结束以后，应按上课教师的要求，提交书写工整、规范的实验报告或作业记录。
二、本课程实验的基础知识
水准测量的基本原理与方法、角度测量的基本原理与方法、距离测量的基本原理与方法、极坐标法测设点的平面位置的方法等。
三、本课程实验教学项目及要求
序
号
实验项目名称
学
时
实验类别
实验要求
实验类型
每组人数
主要设备名称
目的和要求
一
水准仪的认识及使用
2
基础
必开
验证
4-5
水准仪、水准尺
掌握水准仪的构造，安置，读数
二
普通水准测量
（闭合路线）
2
基础
必开
综合
4-5
水准仪、水准尺
掌握等外闭合水准测量的选点、观测、记录、计算
三
经纬仪的认识及使用
2
基础
必开
验证
4-5
经纬仪
掌握经纬仪的构造、观测、记录、计算
四
测回法观测水平角
2
基础
必开
验证
4-5
经纬仪
掌握测回法测量水平角的观测、记录、计算
第二部分基本实验指导
实验一水准仪的认识和使用
一、实验目的
1.了解DS3型水准仪的构成部件、名称、功能作用及操作要领。
2.熟悉水准仪的安置、瞄准和读数。
3.掌握地面两点间高差的计算。
二、实验原理——水准测量原理（一站式）
水准测量不是直接测定地面点的高程，而是先测出两点间的高差，然后求得未知点的高程。
如图2-l-1所示，在两个点上分别竖立水准尺，利用一种称为水准仪的测量仪器提供的一条水平视线，在水准尺上读数，求得两点间的高差，从而由已知点高程推求未知点高程。
设已知A点高程为HA，今用水准测量方法求未知点B的高程HB。
在A、B两点中间安置水准仪，并在A、B两点上分别竖立水准尺，根据水准仪提供的水平视线在A点水准尺上的读数为a，在B点水准尺上的读数为b，则A、B两点间的高差为
hAB＝a－b（2.1.1）
图2-1-1水准测量原理
设水准测量是由A点向B点进行，如图2-1-l中的箭头所示，则规定A点为后视点，其水准尺读数a为后视读数，B点为前视点，其水准尺读数b为前视读数。
由此可见，两点之间的高差是“后视读数”减“前视读数”。
如果a＞b，则高差hAB为正，表示B点比A点高；如果a＜b，则高差hAB为负，表示B点比A点低。
在计算高差hAB时，一定要注意hAB下标AB的顺序：
hAB表示A点至B点的高差，hBA则表示B点至A点的高差，两个高差绝对值相同而符号相反，即
hAB＝－hBA（2.1.2）
测得A、B两点间高差hAB后，则未知点B的高程HB为
HB=HA十hAB=HA十（a－b）（2.1.3）
由图2-1-1可以看出，B点高程也可以通过水准仪的视线高程（也称为仪器高程）来计算，视线高程Hi等于A点的高程加A点水准尺上的后视读数a，即
Hi=HA十a（2.1.4）
则HB=HA十hAB=（HA十a）－b=Hi－b（2.1.5）
即未知点高程等于视线高减去未知点上的水准尺读数。
一般情况下，用（2.1.3）式计算未知点B的高程HB，称为高差法。
当安置一次水准仪需要同时求出若干个未知点的高程时，则用（2.1.5）式计算较为方便，这种方法称为视线高法。
此法是在每一个测站上测定一个视线高程作为该测站的常数，分别减去各待测点上的水准尺读数，即可求得各未知点的高程，这在建筑工程中经常用到。
三、主要仪器及耗材
1.DS3型水准仪每组一台，水准尺一副，尺垫一对。
四、实验内容和步骤（设计性项目可无此项目）
1.实验内容
⑴了解DS3型水准仪的构成部件、名称及功能作用。
⑵练习水准仪的安置、瞄准和读数。
⑶测量地面两点间的高差。
⑷完成实验报告一的编写，每人提交一份。
2.实验步骤
1安置仪器
将三脚架张开，使其高度适当，架头大致水平，并将脚架尖踩入泥土中，然后用连接螺旋将仪器固定连接在三脚架上。
2认识仪器
了解仪器各构成部件的名称及其功能作用，并熟悉其使用方法。
与此同时，了解并熟悉水准尺的分划注记。
3粗略整平
先对向转动两只脚螺旋，使圆水准器气泡向其连线的中间移动并居中；居中后，再转动另一个脚螺旋，使气泡居于圆水准器的中间。
4瞄准
转动目镜调焦螺旋，使十字丝影像清晰；转动仪器，先用准星和照门瞄准水准尺，拧紧制动螺旋，再转动微动螺旋，使水准尺清晰成像在十字丝平面上。
当影像不太清晰时，应转动对光螺旋，使目标影像清晰，并消除视差。
5精平与读数
在水准管视域窗口观察，转动微动螺旋，使符合水准器气泡两端的半影像吻合。
此时视线处于精确水平状态，在同一时间用中丝在水准尺上直接读取m、dm、cm，估读mm，即读出四位有效数字。
五、实验注意事项
⑴不能在没有消除视差的情况下读数。
⑵在水准尺上读数时，符合水准器气泡必须严格符合，不能用脚螺旋来调符合水准器，使其气泡居中。
六、思考题
l．用水准仪测定A、B两点间高差，已知A点高程为HA=108.016m，A尺上读数为1.164m，B尺上读数为1.828m，求A、B两点间高差hAB为多少？
B点高程HB为多少？
绘图说明。
2.DS3型水准仪有哪几条主要轴线？
它们之间应满足哪些几何条件？
为什么？
3．水准测量中为什么要求前后视距相等？
实验二水准测量
一、实验的目的
1.掌握普通水准测量的观测、记录、计算和检核的方法。
2.掌握水准测量的闭合差的调整与分配
3.掌握各待定点高程的计算方法。
二、实验原理——水准测量原理（多站式或连续水准测量）
水准测量不是直接测定地面点的高程，而是先测出两点间的高差，然后求得未知点的高程。
如设已知A点高程为HA，今用水准测量方法求未知点B的高程HB。
但由于A、B两点间高差可能较大或相距较远从而视线超过了允许的长度，安置一次水准仪（一个测站）不能测定这两点间的高差。
此时可在沿A点至B点的水准路线中间增设若干个必要的临时立尺点，称为转点，根据水准测量原理依次连续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，最后取各个测站高差的代数和，即求得A、B两点间的高差值，这种方法称为连续水准测量。
如图2-2-1所示，欲求A、B两点间高差hAB，在A点至B点水准路线中间增设（n－l）个临时立尺点（转点）TP.1～TP.n－l，安置n次水准仪，依次连续地测定相邻两点间高差h1～hn，即
图2-2-1连续水准测量
h1＝a1－b1
h2＝a2－b2
…
hn＝an－bn
则hAB＝h1+h2+h3+…+hn＝∑h＝∑a-∑b（2.2.1）
（2.2.1）式∑a为后视读数之和，∑b为前视读数之和，则未知点B的高程为
HB=HA十hAB=HA十（∑a-∑b）（2.2.2）
A、B两点间增设的转点起着传递高程的作用。
为了保证高程传递的正确性，在连续水准测量过程中，转点须安放尺垫，而且在相邻测站的观测过程中，要保持转点（尺垫）稳定不动；同时要尽可能保持每个测站的前后视距大致相等；还要通过调节前、后视距离，尽可能保持整条水准路线中的前视视距之和与后视视距之和基本相等，这样有利于消除（或减弱）地球曲率和某些仪器误差对高差的影响。
三、主要仪器及耗材
1.DS3型水准仪每组一台，水准尺一副，尺垫一对。
四、实验内容和步骤（设计性项目可无此项目）
1.实验内容
⑴在实验场地内选定一条闭合水准路线，其长度安排5-6站为宜，中间转点均视为待定点。
⑵从已知点A出发，水准测量依次至各个中间转点，然后再回到A点。
根据已知A点的高程（或假设高程）及各个测站观测所得的高差，计算水准路线的高差闭合差，检查其闭合差是否超限。
若超限，应重测；反之，应对其闭合差进行调整与分配，求出各待定点的高程。
⑶完成实验报告二，每人上交一份报告。
2.实验步骤
⑴其推求值与已知值应当相等，以此作为高程计算正确性的检核。
选定水准路线的前进方向，在A——A点中间要设立若干个转点。
第一站安置在A点至转点1之间，其间距应不超过100米，注意仪器安置的前、后视距大约相等。
⑵操作程序是后视A点上的水准尺，精平后用中丝读取后尺读数，记入实验报告二的表1中；前视转点1上的水准尺，精平后读取前尺的读数，记入实验报告二的表1中；然后，计算该站的高差。
⑶迁至第2站，即转点1至转点2之间，继续重复上述操作程序，依次直至回到A点。
⑷根据已知点A的高程及各测站计算所得的高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查高差闭合差是否超限。
①闭合水准路线（A——A）闭合差的计算
平地：
mm
②等外水准测量的高差闭合差允许值
山地：
mm
式中：
L——附合水准路线A、B间的距离（km）
n——测站数
⑸若高差闭合差在容许范围内，则对高差闭合差进行调整与分配。
① 分配的前提条件：
＜
② 具体的分配办法
闭合水准路线高差闭合差的分配，一般是按与测站数成正比将闭合差反号分配到各测段高差中，或按与路线长度成正比分配闭合差。
设第
测段的改正数为
，则根据上述法则就有：
或
式中
——所有测段测站数总和；
——第
测段的测站数；
——水准路线总长度，km；
——第
测段长度，km。
闭合差分配后，可用下式检核计算的正确性：
⑹计算各待定点的高程
消除闭合差后，即可根据已知水准点的高程和改正后的高差逐一推算出水准点的高程。
当推求至最后一个已知点时，
五、实验注意事项
⑴在每次读数之前，要消除视差，并使符合水准器气泡严格居中。
⑵在已知点和待定点上不能放尺垫，但转点上必须放尺垫；在仪器迁站时，前视点的尺垫不能移动。
六、思考题
1．安置水准仪在A、B两固定点之间等距处，已知A、B两点相距80m，A尺读数a1=1.522m，B尺读数b1=1.318m，然后搬水准仪至B点附近，又读A尺上读数a2=1.495m，B尺上读数b2=1.266m。
问：
水准管轴是否平行于视准轴？
如果不平行，当水准管气泡居中时，视准轴是向上倾斜还是向下倾斜？
i角值是多少？
2．如图2-2-2所示闭合水准路线，图上注明各测段观测高差及相应水准路线测站数，试计算改正后各点高程？
图2-2-2闭合水准路线略图
实验三经纬仪的认识和使用
一、实验的目的
1.熟悉DJ6型光学经纬仪各主要构成部件、名称及其功能作用。
2.掌握经纬仪的对中、整平、瞄准和读数的方法，并掌握其基本的操作要领。
3.了解掌水平角、竖直角的构成原理。
二、实验原理——水平角与竖直角的构成概念
1.水平角就是地面上某点到两目标的方向线铅垂投影在水平面上所成的角度，其取值是0°～360°。
2.在同一竖直面内，地面某点至目标的方向线与水平视线间的夹角，称为竖直角。
目标的方向线在水平视线的上方，竖直角为正（＋α），称为仰角；目标的方向线在水平视线的下方，竖直角为负（－α），称为俯角。
所以竖直角的取值是0°～±90°。
三、主要仪器及耗材
实验仪器设备为每组DJ6型光学经纬仪一台，及其相关配套附件。
四、实验内容和步骤（设计性项目可无此项目）
㈠实验内容
1.了解DJ6型光学经纬仪各主要构成部件、名称及其功能作用。
2.练习经纬仪的对中、整平、瞄准和读数的方法，并掌握其基本的操作要领。
3.练习水平角的观测与计算。
4.完成实验报告三的编写，每人提交一份实验报告。
㈡方法和步骤
1.经纬仪的安置
⑴松开三脚架，安置于测点上，使其架头面大约在齐胸处，并使架头面大致水平，踩紧脚架。
⑵打开仪器箱，取出仪器置于三脚架头上，一手握紧仪器支架，一手拧紧连接螺旋。
2.熟悉经纬仪的各构成部件、名称及其功能作用。
3.经纬仪的使用
⑴对中：
采用光学对中器对中，先利用三脚架使仪器大致对中，再利用脚螺旋使光学对中器精确对中。
⑵整平：
升降三角架使圆水准器居中，使仪器大致水平。
此时，检查仪器是否对中，如果仪器不对中，重复上一步骤，使仪器对中；再利用升降三角架粗平仪器，最后利用脚螺旋精平仪器。
整平和对中是一项连带而又十分重要的工作。
⑶瞄准：
瞄准的方法与水准的操作基本相同。
⑷读数：
打开反光镜，调节反光镜使读数窗的亮度适当，对读数窗的目镜调焦，以看清读数窗的分划，根据使用仪器的具体情况进行读数。
4.测回法测水平角
⑴配置度盘：
若要测N个测回，则第i个测回的度盘位置为略大于（i-1）×180°/N。
例如，若测二个测回，根据公式计算可知，第一个测回的起始读数稍大于0°，第一个测回的起始读数稍大于90°。
⑵测回观测
①盘左（正镜）：
瞄准左目标A，读取水平度盘读数，记为a1；顺时针方向转动照准部，瞄准右目标B，读取水平度盘读数，记为b1；计算上半测回值
。
按上述正镜程序测量水平角一次，称为半测回（即上半测回）。
②盘右（倒镜）：
倒转望远镜，使竖盘位于盘右位置。
这次，用望远镜先精确瞄准B点，读取水平度盘读数，记为b2；松开水平制动扳钮，逆时针方向转动照准部，用望远镜先精确瞄准A点,读取水平度盘读数，记为a2；计算下半测回角值
。
按上述倒镜程序测量水平角一次，称为半测回（即下半测回）。
上、下两个半测回合在一起，称为一个测回。
③检查上、下半测回的角值互差是否超限，其限差要求：
经纬仪两个半测回差值不超过
。
若超限，则重测；反之，则计算一测回水平角值。
④结果处理：
满足要求时，取其平均值作为最后的结果。
⑶若是多测回观测，则测站观测完后，还应检查各测回间角值是否超限。
五、实验注意事项
1.瞄准目标时，尽可能瞄准目标的底部。
2.同一测回观测时，切勿动度盘配置器。
3.注意仪器的安全使用。
六、思考题
1．何谓水平角?
何谓竖直角?
它们取值范围为多少?
2．J6型光学经纬仪由哪几个部分组成?
3．经纬仪有哪几条主要轴线?
它们应满足什么条件?
为什么?
实验四水平角测量
一、实验的目的
⒈掌握DJ6型光学经纬仪按测回法观测水平角的方法及工作程序。
⒉掌握测回法观测水平角的记录、计算方法和各项限差要求。
二、实验原理
——水平角测量原理
如图2-4-l所示，A、O、B为地面上高程不同的三个点，沿铅垂线方向投影到水平面P上，得到相应的A1、O1、B1点，则水平投影线O1A1与O1B1构成的夹角β，称为地面方向线OA与OB两方向线间的水平角。
所以，水平角就是地面上某点到两目标的方向线铅垂投影在水平面上所成的角度，其取值是0°～360°。
为了测定水平角的大小，设想在O点铅垂线上任一处O′点水平安置一个带有顺时针均匀刻划的水平度盘，通过左方向OA和右方向OB各作一竖直面与水平度盘平面相交，在度盘上截取相应的读数为a和b（如图2-4-1所示），则水平角β为右方向读数b减去左方向读数a，即
β=b－a。
图2-4-1水平角测量原理
三、主要仪器及耗材
实验设备为每组DJ6型光学经纬仪一台及其它附属配件
四、实验内容和步骤（设计性项目可无此项目）
1.实验内容
⑴在一个测站上，选择几个目标，每人用测回法各观测两个目标之间的水平夹角一测回。
注：
在一测回中，要求上、下半测回角值互差不超过±40′；若一个组全部人员所测各角构成一个圆，根据各人所测角度之和与360°之差是否满足要求进行成果校核。
⑵完成实验报告三的编写，每人提交一份实验报告。
2.方法和步骤
⑴首先对中、整平仪器。
⑵对中、整平仪器。
后，每人选择相邻两个目标A和B，按测回法进行观测。
⑶测回法观测步骤。
1配置度盘：
共测n个测回，则第i个测回的度盘位置为略大于（i－1）×180°/n。
若测两个测回，根据公式计算第一测回起始读数稍大于0度，第二测回起始读数稍大于90度。
2测回法一测回观测程序：
盘左：
瞄准左目标A，进行读数记a1，记入表格（表2-4-1）；顺时针方向转动照准部，瞄准右目标B，进行读数记b1，计算上半测回角值β左=b1-a1。
盘右：
瞄准右目标B，进行读数记b2，逆时针方向转动照准部，瞄准目标A，进行读数a2，计算下半测回角值β右=b2-a2。
检查上、下半测回角值互差是否超限（β左-β右≤±40″），若没超限，则成果合格。
取上、下半测回角值的均值β=（β左+β右）/2作为一测回角值。
换1人按同样的方法观测其他各角。
当
，全组成果合格。
五、实验注意事项
⑴测回法每个单角起始方向盘左应将度盘配置在0°附近。
⑵方向观测法应选择距离稍远、易于照准的清晰目标作为起始方向（零方向）。
⑶瞄准目标时，尽可能瞄准目标底部。
⑷随时注意水准管气泡是否居中。
⑸观测过程中，同一测回上、下半测回之间一般不允许重新整平，确有必要时（如照准部水准管气泡偏离居中大于一格），则重新整平后需要重测该测回。
不同测回之间允许在测回间重新整平仪器。
⑹同一测回观测时，切勿动度盘配制器。
⑺记录员听到观测员读数后应向观测员回报，经观测员默许后方可记入受簿，以防听错而记错。
⑻方向观测法测回间盘左零方向的水平度盘读数应变动180°/n（n为测回数）。
⑼注意仪器的安全使用。
六、思考题
1．测量水平角时，为什么要用盘左、盘右两个位置观测?
2．何谓竖盘指标差?
如何消除竖盘指标差?
3．试述测回法操作步骤、记录计算及限差规定?
4.水平角测量主要包括哪些误差?
为了减小测站对中和目标偏心误差，观测时应注意哪些问题?
实验五LeicaTc407全站仪的操作与使用
全站仪的测角系统是采用电子度盘，测距系统是采用红外光测距，角度和距离观测值均可保存在仪器内存中。
一、实验性质
验证性实验，实验时数安排为1~2学时。
二、实验目的
熟悉TC407全站仪各部件的名称及作用，掌握全站仪的操作方法。
三、主要仪器和耗材
每组一套TC407全站仪。
四、实验内容和步骤
1初步认识TC407全站仪
1）仪器外形结构见图2-5-1。
图2-5-1LeicaTC407的外形结构
2）仪器的安置
先使三脚架大致水平及对中，架上全站仪，打开电源（开关在望远镜支架的右侧）。
Tc407全站仪设有红外光对点器及照准部电子水准器（显示屏上有两个相互垂直的电子水准器），采用光学对中的方法来安置仪器。
先调节脚螺旋使红外光点对准地面标志，然后伸缩三脚架使圆气泡居中，这时显示屏上的电子气泡将显示；如果仪器没有粗略整平，屏幕显示如图2-5-2（a）所示的倾斜符号，而电子气泡（小黑块）不显示。
精平时，使某一个电子水准器与任意两个脚螺旋连线平行，调节这两个脚螺旋使气泡居中，不用转动照准部，然后调节第三个脚螺旋使另一个电子水准器气泡居中。
若第一个电子气泡偏离了，重复前面的步骤，直至对中、整平符合要求为止，如图2-5-2（b）所示。
（a）（b）
图2-5-2电子气泡示意图
3）了解控制面板上固定键的功能
仪器的控制面板见图2-5-3。
图2-5-3仪器的控制面板
①控制面板右侧固定键
翻页对话框有多页时，按该键翻页查看
菜单包括机载程序、设置、数据管理、检验校正、通讯参数、系统信息和数据传输
自定义键可将功能中的任一项赋予自定义键，以方便使用
常用功能支持测量工作的一些快速执行功能
退出/取消退出目前窗口或取消输入
确认键，确认输入或选择
热键有三种设置：
测距、测存、关闭，在菜单的系统设置中配置
②控制面板右侧四个三角形状按钮
这四个按钮为定位键，用于移动光标及启动修改数据
左边的三角形为INS键，它用来启动光标条及往左移动光标条，其第二功能（按SHIFT+INS）是插入字符。
其余三个三角形则分别是向右、向上或向下移动光标条。
4）“常规测量”屏幕
开机后首先显示如图2-5-4所示的“常规测量”屏幕。
最上面一行的分数“1/2”表示“常规测量”显示屏有两页，这是第一页。
按翻页键进行翻页。
5）软按钮
EDM显示EDM设置
测距仅测距、测角一次，不保存
记录记录显示的值
坐标打开坐标输入的窗口
查找查找已在内存中的点
Hz=0将水平方向值置为0°00′00″
置Hz将水平方向值置为某一特定的值
设站输入测站的有关坐标、高程、仪器高图2-5-4常规测量屏幕
确认接受显示的值，并退出对话框
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2．TC407全站仪的基本操作
1）照准、测量
TC407全站仪没有制动螺旋，微动螺旋可全程微动，分别旋转水平微动和竖直微动螺旋，观察水平度盘和竖直度盘读数的变化。
通过粗瞄器大致照准后用水平微动和竖直微动螺旋精确照准棱镜的中心，按测距钮，测量并显示测站至镜站的水平距离，但不进行记录（保存），按记录钮，记录所有观测数据，如果点号的末位为数字则点号图2-5-5字符输入
递增。
如果没有照准棱镜，屏
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