《土木工程测量学》实验指导书.docx
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《土木工程测量学》实验指导书
《土木工程测量学》实验指导书
适用于矿物、土木、交通、建环等非测量专业
编著：
白萍宫雨生
辽宁科技大学资源与土木工程学院
2010年12月
出版讲明
《测量学实验指导书》是针对矿物、土木、交通、建环等非测量专业的测量学课程实验教学而编写的配套教材。
测量学实验是安排在课堂教学期间、某一章节内容讲授之后的课内实践性教学环节，通过测量实验能够加深学生对测量概念的明白得，巩固课堂所学的差不多理论和差不多方法，初步把握测量工具的操作技能，也为本课程的实习打好基础，以便更好地把握测量课程的差不多内容。
《测量学实验指导书》共列五项实验，其中第二项实验为设计性实验，其余均为验证性实验。
实验指导书上所列各实验项目，可按照不同专业的需要和教学安排适当选择。
不同专业测量学基础实验名称可能不同，但内容差不多相同，任课教师可在原有实验指导书基础上进行适当修改。
每项实验的学时数均为2学时，实验小组人数一样为4~5人，但也应按照实验的具体内容以及仪器设备条件作灵活安排，以保证每人都能进行观测、记录、做辅助工作等实践。
每项实验的观测要求均列在注意事项中。
在每项实验后列出了测量实验报告及相应的观测记录表格形式，在实验中应做到随时测量、随时记录、随时运算检核，实验完成后能够裁减下来，以便上交。
《测量学实验指导书》的明显特点是详细、准确，是对该课程理论教学的专门好补充，必将对测量学这门实践性专门强课程的教学和实践性环节的教学起到更大的主动作用。
适用于矿物、土木、交通、建环等非测量专业。
测量学实验须知
一、实验目的及有关要求
1.测量实验的目的一方面是为了验证和巩固课堂所学的知识；另一方面是熟悉测量仪器的构造和使用方法，从而培养学生进行测量工作的差不多操作技能，使学到的理论与实践紧密接合。
2.在实验前，应复习教材中的有关内容，认真认真地预习实验指导书，明确目的、要求、方法、步骤及注意事项，以保证按时完成实验任务中相应项目。
3.实验分小组进行，组长负责组织和和谐实验工作，办理仪器工具的借领和归还手续。
组内成员必须认真、认真地操作，培养独立工作能力和严谨的科学态度，同时要发扬互相协作精神。
实验应在规定时刻内进行，不得无故缺席或迟到早退；不得擅自改变地点或离开现场。
实验过程中或终止时，发觉仪器工具有遗失、损坏情形，应赶忙报告指导老师，同时要查明缘故，按照情节轻重，给予适当赔偿和处理。
4.实验终止时，应提交实验记录，经指导教师批阅同意后，才可交还仪器工具，终止工作。
5.课后应及时提交书写工整、规范的实验报告。
二、使用测量仪器、工具注意事项
以小组为单位到指定地点领取仪器、工具，借领时，应当场清点检查，如有缺损，能够报告实验室治理员给予补领或更换。
1.携带仪器前，注意检查仪器箱是否扣紧、锁好，拉手和背带是否牢固，并注意轻拿轻放。
开箱时，应将仪器箱放置平稳。
开箱后，记清仪器在箱内安放的位置，以便用后按原样放回。
提取仪器时，应双手握住支架或基座轻轻取出，放在三脚架上，保持一手握住仪器，一手拧紧连接螺旋，使仪器与三脚架牢固连接。
仪器取出后，应关好仪器箱，严禁箱上坐人。
2.不可置仪器于一旁而无人看管。
应撑伞，防止仪器日晒雨淋。
3.若发觉透镜表面有灰尘或其它污物，须用软毛刷和镜头纸轻轻拂去。
严禁用手帕、粗布或其它纸张擦拭，以免磨坏镜面。
4.各制动螺旋勿拧过紧，以免损害，各微动螺旋勿旋转至尽头，防止失灵。
5.近距离搬站，应放松制动螺旋，一手握住三脚架放在肋下，一手托住仪器，放置胸前稳步行走。
不准将仪器斜扛肩上，以免碰伤仪器。
若距离较远，必须装箱搬站。
6.仪器装箱时，应松开各制动螺旋，按原样放回后试关一次，确认放妥后，再拧紧各制动螺旋，以免仪器在箱内晃动，最后关箱上所。
7.水准尺、标杆不准用作担抬工具，以防弯曲变形或折断。
8.使用钢尺时，应防止扭曲、打结和折断，防止行人踩踏和车辆碾压，以免尺身着水。
携尺前进时，应将尺身离地提起，不得在地面上拖行，以防损坏刻划。
用完钢尺，应擦净、涂油，以防生锈。
三﹑记录与运算规则
1.实验所得各项数据的记录和运算，必需按计录格式用2H或3H铅笔认真填写。
字迹应清晰并随观测随记录。
不准先记在草稿纸上，然后抄入记录表中，更不准伪造数据。
2.观测者读出数字后，记录者应将所记数字复诵一遍，以防听错、记错。
3.记录错误时，不准用橡皮擦除，不准在原数字上涂改，应将错误的数字划去并把正确的数字写在原数字的上方。
记录成果修改后或观测成果废去后，应在备注栏标明缘故（如测错、记错或超限等）。
4.禁止连续更换数字，例如：
水准测量中的红、黑面读数；角度测量中的盘左、盘右读数；距离丈量中的往测与返测结果等，均不能同时更换，否则，必须重测。
5.简单的运算与必要的检核，应在测量现场及时完成，确认无误后方可迁站。
6.数据运算应按照所取数字，按“四舍六入，五前单进、双舍”的规则进行数字凑整。
实验一
一、实验项目名称、类不、目的及要求
实验名称：
水准仪的认识与使用
实验类不：
验证性必修实验
目的及要求：
了解DS3微倾式水准仪的差不多构造、各操作部件的名称及其作用；
把握DS3水准仪的安置、瞄准和读数方法；
练习一般水准测量一测站的观测、记录和运算方法。
二、实验原理
利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。
图1-1水准测量原理图
三、仪器和设备
每组借DS3微倾式水准仪1台，水准尺1对，尺垫2个，记录板1块。
四、实验内容、方法及步骤
1．实验内容：
（1）认识DS3微倾式水准仪，了解各操作部件的名称和作用，并熟悉使用方法；
（2）一测站水准测量练习。
2．方法及步骤：
（1）水准仪的认识
图1.1所示为型微倾式水准仪的外形和各部件名称。
图1.1DS3微倾式水准仪
（2）水准仪的使用
水准仪在一个测站上的操作顺序为：
安置仪器——粗略整平（即粗平）——瞄准水准尺——精确置平——读数。
安置仪器在测站上打开三脚架，按观测者的身高调剂三脚架腿的高度，使三脚架架头大致水平。
如果地面比较松软则应将三脚架的三个脚尖踩实，使脚架稳固。
然后将水准仪从箱中取出平稳地安放在三脚架架头上，一手握住仪器，一手赶忙用连接螺旋将仪器固连在三脚架架头上。
粗平粗平即初步地整平仪器，通过调剂三个脚螺旋使圆水准器气泡居中，从而使仪器的竖轴大致铅垂。
在整平过程中，气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋时的移动方向一致。
如果地面较坚实，可先练习固定三脚架两条腿，移动第三条腿使圆水准器气泡大致居中，然后再调剂脚螺旋使圆水准器气泡居中。
瞄准水准尺
目镜调焦：
将望远镜对着明亮的背景（如天空或白色明亮物体），转动目镜调焦螺旋，使望远镜内的十字丝像十分清晰。
精平转动微倾螺旋，从气泡观看窗内看到符合水准器气泡两端影像严密吻合（气泡居中），现在视线即为水平视线。
注意微倾螺旋转动方向与符合水准器气泡左侧影像移动的规律，见图1-2。
图1-2符合水准器气泡移动的规律
读数仪器精平后，应赶忙用十字丝的中丝在水准尺上读数。
观测者应先估读水准尺上的毫米数（小于一格的估值），然后再将全部读数报出，一样应读出四位数，即米、分米、厘米及毫米数，且以毫米为单位。
如1.568m应读记为1568；0.860m应读记为0860。
读数应迅速、果断、准确，读数后应赶忙重新检视符合水准器气泡是否仍旧居中。
若仍居中，则读数有效，否则应重新使符合水准器气泡居中后再读数。
（3）一测站水准测量练习
在地面选定两点分不作为后视点和前视点，放上尺垫并立尺，在距两尺距离大致相等处安置水准仪，粗平，瞄准后视尺，精平后读数；再瞄准前视尺，精平后读数。
数据记录、运算应填入表1中。
换一人变换仪器高再进行观测，小组各成员所测同一测段高差之差不得超过±10mm。
五、上交资料
各组上交水准测量读数练习记录一份（表1）。
六、报告要求和有关摸索题
报告要求：
1.报告项目必须填写齐全；
2.书写实验报告必须严肃认真，字迹工整，独立完成；
3.不准修改实验成果。
摸索题：
1.何为视准轴？
何为视差？
产生视差的缘故是什么？
如何样排除视差？
2.水准仪上圆水准器与管水准器的作用有何不同？
何为水准器分划值？
3.水准仪有哪些要紧轴线？
它们之间应满足什么条件？
什么是主条件？
什么缘故？
实验纪律和有关注意事项
1.水准仪安放到三脚架上必须赶忙将中心连接螺旋旋紧，严防仪器从脚架上掉下摔坏。
2.在读数前，注意排除视差；必须使符合水准器气泡居中（微倾式水准仪水准管气泡两端影像符合）。
七、成绩考核标准及方法
每次实验完成一次实验报告，按照实验报告的质量、实验报告上交的时刻、出缺勤情形、实验成果质量及成果的制造性等打分。
成绩按五级分评定（优，良，中，及格，不及格），最后与期末考试、课后作业等一同汇总为本学期总成绩。
（表1）水准测量读数练习记录
日期仪器观测者
班级记录者
测站
测点
视距
水准尺读数
高差
mm
后视读数
前视读数
+
mm
-
mm
精度分析:
是否符合精度要求:
实验二
一、实验项目名称、类不、目的及要求
实验名称：
等外水准测量
实验类不：
设计性必修实验
目的及要求：
学习用DS3水准仪作一般水准测量的实际作业方法；
把握一般水准测量一个测站的工作程序和一条闭合（或附合）水准路线的施测方法；
把握一般水准测量手簿的记录及水准路线闭合差的运算方法。
二、实验原理
已知HA，求高程HB，中间临时放置标尺的过度点1，2….称为转点,起高程传递作用，常用TP表示，实测时转点上应使用尺垫。
每测站高差：
各测站高差之和：
待定点B点高程：
图2-1水准测量原理
三、仪器和设备
每组借DS3水准仪1台，双面水准尺1对，尺垫2个，记录板1块。
四、实验内容、方法及步骤
实验内容：
DS3水准仪作一般水准测量的实际作业方法；
一般水准测量一个测站的工作程序和一条闭合（或附合）水准路线的施测方法；
一般水准测量手簿的记录及水准路线闭合差的运算方法。
方法及步骤：
1．由教师指定已知水准点，选定一条闭合（或附合）水准路线，其长度以安置8个测站为宜。
一人观测、一人记录、两人立尺，施测两个测站后组员应轮换工种。
一般水准测量施测程序如下：
（1）以已知高程的水准点作为后视，在施测路线的前进方向上选取第一个立尺点（转点）作为前视点，水准仪置于距后、前视点距离大致相等的位置（用目估或步测），在后视点、前视点上分不竖立水准尺，转点上应放置尺垫。
（2）在测站上，观测员按一个测站上的操作程序进行观测，即：
安置——粗平——瞄准后视尺——精平——读数——瞄准前视尺——精平——读数（此次实验可只读水准尺黑面）。
观测员读数后，记录员必须向观测员回报，经观测员默许后方可记入记录手簿（其格式见表2），并赶忙运算高差。
以上为第一个测站的全部工作。
（3）第一站终止之后，记录员招呼后视司尺员向前转移，并将仪器迁至第二测站。
现在，第一测站的前视点便成为第二测站的后视点。
然后，依第一站相同的工作程序进行第二站的工作。
依次沿水准路线方向施测直至回到起始水准点（或另一个已知水准点）为止。
（4）运算闭合（或附合）水准路线的高差闭合差：
闭合：
附合：
起伏地区：
高差闭合差容许值±12
（mm），n为测站数。
平坦地区：
高差闭合差容许值
（mm），L为水准路线长度。
超限应重测。
五、上交资料
每组上交一般水准测量记录一份（表2）。
六、报告要求和有关摸索题
报告要求：
报告项目必须填写齐全；
书写实验报告必须严肃认真，字迹工整，独立完成；
不准修改实验成果。
摸索题：
转点在水准测量中起到什么作用？
水准测量时要求选择一定的路线进行施测，其目的何在？
水准测量时，前、后视距相等可排除哪些误差？
试述水准测量中的运算校核方法。
水准测量中的测站检核有那几种？
如何进行？
实验纪律和有关注意事项
司尺员应认真将水准尺扶直，各测站的前、后视距离应尽量相等。
读数前注意排除视差，注意水准管气泡应居中。
3．同一测站，只能用脚螺旋整平圆水准器气泡居中一次（该测站返工重测应重新整平圆水准器）。
正确使用尺垫，尺垫只能放在转点处，已知水准点和待测点上不得放置尺垫。
5．仪器未搬迁时，前、后视点上尺垫均不能移动；仪器搬迁了，后视司尺员才能携尺和尺垫前进，但前视点上尺垫仍不得移动。
6．若采纳双面尺法，每一测站黑、红面高差之差不应大于±10mm。
七、成绩考核标准及方法
每次实验完成一次实验报告，按照实验报告的质量、实验报告上交的时刻、出缺勤情形、实验成果质量及成果的制造性等打分。
成绩按五级分评定（优，良，中，及格，不及格），最后与期末考试、课后作业等一同汇总为本学期总成绩。
（表2）一般水准测量手簿
日期仪器观测者
班级记录者
测站
测点
视距
水准尺读数
高差
高程
m
备注
后视读数
前视读数
+
m
-
m
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
∑
运算检核
精度分析:
∑h=fh限=是否符合精度要求:
实验三
一、实验项目名称、类不、目的及要求
实验名称：
经纬仪的认识与使用
实验类不：
验证性必修实验
目的及要求：
认识DJ6光学经纬仪的差不多结构及要紧部件的名称和作用；
把握DJ6光学经纬仪的差不多操作和读数方法；
把握测回法水平角观测的观测程序及记录、运算方法。
二、实验原理
如图3-1，为地面上A点至B和C两目标方向线在水平面P上投影的夹角β，称为水平角。
地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，确实是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。
图3-1水平角测量原理
三、仪器和设备
每组借DJ6经纬仪1台，记录板1块。
四、实验内容、方法及步骤
实验内容：
DJ6光学经纬仪的差不多结构及要紧部件的名称和作用。
DJ6光学经纬仪的差不多操作和读数方法。
测回法水平角观测的程序及记录、运算方法。
方法及步骤：
1．认识DJ6型光学经纬仪的构造和各部件名称（如图3-2所示）
图3-2DJ6型光学经纬仪的构造和各部件名称
2．经纬仪的使用
经纬仪的使用包括仪器的安置（对中、整平）、瞄准目标、读数。
（1）经纬仪的安置
①对中
光学对中步骤：
对中、粗平、平移对中、精确整平
打开三脚架，使架头中心粗略对准地面点，装上经纬仪；
调剂光学对点器，使其十字丝分划板清晰，地面影像清晰；
固定三脚架一脚，双手持脚架另二脚并持续调整其位置，同时观测光学对点器十字丝分划，使其对准测站标志，踩实脚架；
伸缩三脚架腿，调平仪器，使圆气泡居中；
观看对中情形，未完全对中，松开连接螺旋，在架头上平移仪器，使对中器十字丝中心完全对准地面点。
②整平
整平的目的是使经纬仪的竖轴铅直，亦即使水平度盘水平。
整平——使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂面内。
整平误差＜1格。
图3-3
如图3-3所示，用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调剂水准管气泡居中（反复）。
（2）瞄准目标——用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。
1）目镜调焦：
将望远镜对向白色或明亮背景（例如白墙或天空），转动目镜调焦螺旋，使十字丝最清晰；
2）查找目标：
松动水平和垂直制动螺旋，通过望远镜上的瞄准器大致对准目标，然后制紧水平制动螺旋和垂直螺旋；
3）物镜调焦：
转动物镜调焦环，使目标的像最清晰，旋转水平或垂直微动螺旋，使目标像靠近十字丝；
4）排除视差：
上下或左右移动眼睛，观看目标像与十字丝之间是否有相对移动；发觉有移动，则存在视差，讲明目标与十字丝的成像不在同一平面上，就不可能精确地瞄准目标。
因此，需要排除视差；
（3）读数
打开度盘照明镜，调整开度和方向，照亮读数窗口。
3.测回法水平角观测
A
O
β
B
测回法是测定某一水平角最常用的方法。
将经纬仪安置在测站O上，光学对中（误差小于1mm），整平（水准管气泡偏离不超过1格），用竖丝瞄准目标；左方向目标为A，右方向目标为B，测定水平角β的步骤如下：
（1）经纬仪安置于测站O，通过对中和整平，盘左位置瞄准左目标A，得读数α左，记下该水平度盘读数；
（2）松开照准部制动螺旋，瞄准目标B，得读数b左,记下该水平度盘读数；
（3）运算盘左位置半测回测得的水平角值：
β左=b左-a左；
（4）倒转望远镜成盘右位置，瞄准右目标B，得读数b右，记下该水平度盘读数；
（5）松开照准部制动螺旋，瞄准左目标A，得读数α右，记下该水平度盘读数；
（6）运算盘右位置半测回测得的水平角值：
β右=b右-a右；
（7）如果β左与β右的差值不大于40″，则取其平均值作为一测回的水平角值：
（8）该角进行第二个测回时，盘左瞄准左目标后，用水平度盘位置变换轮，改变度盘读数约90°，然后再进行精确读数。
观测时，每一水平度盘读数均当场记入“测回法观测水平角记录”中，并当场运算半测回角值和平均值。
要求：
小组各成员所测同一水平角之差不得超过±60″。
五、上交资料
每组上交一份合格的水平角观测记录、运算表（表3）。
六、报告要求和有关摸索题
报告要求：
报告项目必须填写齐全；
书写实验报告必须严肃认真，字迹工整，独立完成；
不准修改实验成果。
摸索题：
分不讲明水准仪和经纬仪的安置步骤，并指出它们的区不。
什么是水平角？
经纬仪为何能测水平角？
对中、整平的目的是什么？
如何进行？
若用光学对中器应如何对中？
实验纪律和有关注意事项
实验课前要认真阅读教材中有关内容。
将经纬仪由箱中取出并安放到三脚架上时，必须是一只手拿住经纬仪的一个支架，另一只手托住基座的底部，并赶忙旋紧中心连接螺旋，严防仪器从脚架上掉下摔坏。
安置经纬仪时，应使三脚架架头大致水平，以便能较快地完成对中、整平操作。
操作仪器时，用力应平均。
转动照准部或望远镜，要先松开制动螺旋，切不可强行转动仪器。
旋紧制动螺旋时用力要适度，不宜过紧。
微动螺旋、脚螺旋均有一定调剂范畴，宜使用中间部分。
在三脚架架头上移动经纬仪完成对中后，要赶忙旋紧中心连接螺旋。
使用带分微尺读数装置的DJ6光学经纬仪，读数时应估读到0.1′，即6″，故读数的秒值部分应是6″的整倍数。
七、成绩考核标准及方法
每次实验完成一次实验报告，按照实验报告的质量、实验报告上交的时刻、出缺勤情形、实验成果质量及成果的制造性等打分。
成绩按五级分评定（优，良，中，及格，不及格），最后与期末考试、课后作业等一同汇总为本学期总成绩。
（表3）水平度盘读数记录
日期仪器班级观测者记录者
测站
竖盘位置
目标
度盘读数
°′″
半测回角值
°′″
一测回角值
°′″
备注
O
左
A
B
右
A
B
O
左
A
B
右
A
B
O
左
A
B
右
A
B
O
左
A
B
右
A
B
O
左
A
B
右
A
B
O
左
A
B
右
A
B
精度分析:
是否符合精度要求:
实验四
一、实验项目名称、类不、目的及要求
实验名称：
水平角与竖直角测量
实验类不：
验证性必修实验
目的及要求：
1．把握用DJ6光学经纬仪按方向观测法测水平角的方法及记录、运算方法，了解各项限差。
2．了解经纬仪竖盘注记形式，把握竖角及竖盘指标差的运算公式。
3．把握竖角观测、记录、运算的方法。
二、实验原理
图4-1水平角方向观测法
如图4-2，竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角。
图4-2竖直角测量原理
三、仪器和设备
每组借DJ6经纬仪1台，记录板1块。
四、实验内容、方法及步骤
实验内容：
水平角观测（4个目标用方向观测法观测两测回）。
竖角观测（4个目标用中丝法观测竖角一测回）。
方法及步骤：
每组5人，在一个测站上，一人观测一人记录。
水平角观测（4个目标用方向观测法观测两测回）。
（1）一测回操作顺序为：
上半测回，盘左的零方向水平度盘读数应配置在比0°稍大的读数处，从零方向开始，顺时针依次照准各目标、读数，归零并运算归零差。
若归零差不超过限差规定，则运算零方向平均值。
下半测回，盘右从零方向开始，逆时针依次照准各目标、读数，归零并运算归零差。
若归零差不超过限差规定，则运算零方向平均值。
运算半测回方向值及一测回平均方向值。
（2）进行第二测回观测时，操作方法和步骤与上述相同，仅是盘左零方向要变换水平度盘位置，应配置在比90°稍大的读数处。
（3）若同一方向各测回方向值互差不超过限差规定，则运算各测回平均方向值。
所有读数均应当场记人方向观测法水平角观测记录中。
（4）DJ6经纬仪方向法观测的各项限差如下：
半测回来零差：
±18"
同一方向各测回方向值互差：
±24"
2．竖角观测（4个目标用中丝法观测竖角一测回）
（1）写出竖角及竖盘指标差的运算公式：
安置仪器，转动望远镜，观测竖盘读数的变化，确定竖盘注记形式。
当望远镜视线上仰，竖盘读数增加，则竖角：
a=瞄准目标时竖盘读数—视线水平常竖盘读数
当望远镜视线上仰，竖盘读数减少，则竖角：
a=视线水平常竖盘读数—瞄准目标时竖盘读数
（2）竖角观测：
选定远处一觇标（标牌或其他明显标志）作为目标，采纳中丝法测竖角。
一人观测，一人记录，分不对4个目标用中丝法观测竖角一测回。
1）在测站上安置仪器，对中、整平。
盘左：
依次瞄准各目标，使十字丝的中
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