控制测量实验指导书.docx
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控制测量实验指导书
大地测量基础
实验指导书
（适用专业测绘工程）
矿业工程学院
测绘工程教研室编制
目录
第一部分实验须知
第二部分实验项目
实验一J2、T3光学经纬仪认识及读数练习
实验二水平角观测（方向观测法）
实验三图解法测定归心元素
实验四精密水准仪和水准尺的认识及使用
实验五精密水准测量
实验六全站仪的一般认识与正确使用
实验七电子水准仪的认识及使用
实验八计算机在控制测量中的应用
第一部分实验须知
一、测量实验的一般规定
1、实验分小组进行，组长负责组织和协调实验工作，凭组长和组员的学生证办理所用仪器和工具的借领及归还手续。
2、实验应在规定时间内进行，不得无故缺席或迟到、早退，应在指定的场地进行，不得擅自改变地点。
3、必须遵守实验的要求与规定，听从指导教师的指挥，认真、按时、独立地完成任务。
4、测量记录应用正楷书写文字和数字，不得潦草，用2H或3H铅笔记录。
记录者听取观测者报出的仪器读数后，应向观测者回报读数来确认，以免记错。
5、记录数字如发现有错误，不得涂改，也不得使用橡皮擦拭，而应用细横线划去错误数字，在原数字上方写出正确数字，并在备注中说明原因。
6、记录的数据应准确的表示到观测精度。
表格上各项内容应填写齐全，并由观测者和记录人员负责签名。
7、根据观测结果，应当场做必要的计算，并进行必要的成果检核，以决定观测成果是否合格，是否需要进行重测。
8、若一测回或测站观测成果不合格（观测误差超限），则用斜细线划去该栏记录数字，并在备注栏内说明原因。
9、实验结束后，应把观测记录和实验报告送交指导教师审阅，做好仪器的清理与清洁工作，向实验室归还仪器和工具，结束实验。
二、仪器的使用规则和注意事项
测量仪器是比较贵重的设备，尤其目前仪器正向精密光学、机械化、电子化方向发展，在其功能日益完善的同时，器价格也更为昂贵。
对测量仪器的正确使用、爱护与保养，是测量工作人员必须具备的基本素质，是保证测量成果的质量、发挥仪器性能和延长使用年限的必要条件。
因此，有关测量仪器的使用规则和注意事项，在测量实验中应严格遵守和执行。
1、仪器借用时的注意事项
1）以实验小组为单位借用测量仪器和工具，按小组的编号在指定地点凭学生有效证件向实验室管理人员办理借用手续。
2）借用时，按本次实验仪器工具清单现场点清，检查实物与清单是否相符，器件是否完好，然后领出。
3）搬运前，必须检查仪器箱是否锁好，搬运时，必须轻取轻放，避免剧烈震动和碰撞。
4）实验结束后，应及时收装仪器和工具，消除接触土地部件上的泥土，送还借用处检查验收。
如有遗失或损坏，应写出书面报告说明情况，登记并按有关规定进行处理赔偿。
2、仪器安装时的注意事项
1）将仪器的三脚架在地面安置稳妥，先应拧紧三脚架的固定螺旋，但不应用力过大以免造成螺旋滑丝，要防止螺旋未拧紧而脚架自行收缩而摔坏仪器。
2）取出仪器时，应先松开制动螺旋，用双手握住支架，将仪器轻轻安置到三脚架上。
一手握住仪器，一手立即拧紧中心连接螺旋，使仪器和三脚架连接牢固。
3）安置好仪器后，随即关闭仪器箱，防止灰尘等异物进入箱内。
4）仪器大多为薄型材料制成，不能承重，因此严禁将重物堆放在仪器箱上，更不允许有人坐在仪器箱上。
3、仪器使用时的注意事项
1）仪器安置在三脚架上之后，不论是否观测，必须有人守护，严禁无关人员拨弄仪器，避免路过的行人和车辆碰撞到仪器。
2）仪器镜头上的灰尘，应该用仪器箱中的软毛刷拂去或用镜头纸轻轻擦去，严禁用手帕或其他纸张等用品擦拭，以免损坏镜面。
观测结束后，应及时套上镜头盖。
3）在阳光下观测，应撑伞防晒，雨天禁止观测。
对于电子测量仪器，在任何情况下均应注意防护。
4）转动仪器时，应先松开制动螺旋，然后平稳转动。
使用微动螺旋时，应先拧紧制动螺旋（但切不可过紧），微动螺旋不要旋转到顶端，应只使用中间的一段螺纹。
5）若仪器在使用中发生故障时，应及时向指导教师报告，不得擅自处理。
4、仪器搬迁时的注意事项
1）在行走不便的地段搬迁测站或远距离迁站时，必须将仪器装箱后在搬迁。
2）近距离或在行走方便的地段迁站时，可以将仪器连同三脚架一起搬迁。
先检查连接螺旋是否拧紧，松开各制动螺旋，收拢三脚架腿，左手托住仪器的支架或基座，右手抱住脚架，稳步行走，严禁将仪器斜扛在肩上进行搬迁。
3）迁站时，应带走仪器配套的所有附件和工具等其他物品，防止遗失。
5、仪器装箱时的注意事项
1）实验结束后，仪器使用完毕应先清除仪器上的灰尘并套上镜头盖。
2）仪器装箱前，先松开各制动螺旋，将脚螺旋调至中间位置，并使各脚螺旋所处位置大致等高。
一手握住仪器支架或基座，一手将中心连接螺旋拧开，双手从脚架头上取下仪器放入箱内。
3）仪器放入箱内，使其正确就位，试关箱盖，确认放妥后，关箱、搭扣、上锁。
4）清除箱外的灰尘和三脚架上的泥土。
第二部分实验项目
实验一J2、T3光学经纬仪认识及读数练习
一、实验目的
了解T3光学经纬仪的基本结构及各螺旋的作用，学会读数的方法。
二、实验要求
1．将T3光学经纬仪与书本上相应图进行对照，了解仪器各部分的名称及其作用。
2．提高整置仪器的熟练程度。
3．观察了解制、微动机构的关系、构造和原理。
4．在读数显微镜中观察度盘及测微器成象情况，学会重合读数方法。
三、仪器及工具
每组轮流领用一台T3经纬仪（带脚架），一块记录板。
四、实验步骤
1．将经纬仪由箱中取出，双手握住仪器的支架；或一手握住支架，一手握住基座，严禁单手提取望远镜部分。
2．整平仪器，整置方法同普通经纬仪一样，要体会精密光学经纬仪长水准气泡的灵敏性，反复整平，直至仪器转到任何位置时气泡都居中，或者离开中心位置不超过一格。
3．熟悉各螺旋的用途，练习使用。
图1-1
4．练习用望远镜精确瞄准远处的目标，检查有无视差，如有视差，则转动对光螺旋消除之。
5．练习水平度盘的读数。
读数举例见图1-1。
说明：
水平度盘每度间隔刻有15个分格，每格格值为4′；测微盘一周相当于2′，共刻60大格，600小格，即每大格之值为2″，小格格值为0.2″。
因此，T3经纬仪可直接读至0.2″（若以大格为单位，则为0.1格，一般写成0.1g）。
6．练习配置水平度盘的方法。
五、注意事项
1．实验前要复习课本上有关内容，了解实验的内容及要求。
2．严格遵守测量仪器的使用规则。
3．T3光学经纬仪是精密测角仪器，在使用过程中必须倍加爱护。
除了在思想上重视外，在工作过程中还要采取有效措施，以确保仪器正常工作，杜绝损坏仪器的事故发生。
六、实验报告编写提纲
1．实验名称、目的、时间和地点；
2．所用仪器名称及编号；
3．附各次读数记录及读数窗中的影像图；
4．简要叙述在度盘上置数的方法和步骤，并画出10°20′30.0″，181°34′52.0″，357°43′41.7″的影像图。
5．体会与建议
实验二水平角观测（方向观测法）
一、实验目的
1．用J2经纬仪按方向法进行观测练习，以掌握用方向观测法进行三、四等水平方向观测与记录的方法和操作步骤。
2．领会规范中对方向观测所制定的各项规定。
3．了解测站各项限差要求，学会对方向观测的成果质量进行判别及处理的方法。
二、实验要求
1．预习方向观测法的观测程序。
2．弄清方向观测法记录表格的填写次序和方法。
3．每人至少观测1~2个合格测回，全组完成一套9个测回合格成果。
4．限差要求（对J2仪器而言）
两次重合读数差3″；
半测回归零差8″；
一测回2C互差13″；
各方向归零后的测回互差9″。
5．对不合格的成果返工重测。
三、仪器与工具
每个实验小组借用J2型经纬仪一台（带脚架）、测伞一把、记录板一块。
自备铅笔、小刀、小三角板或直尺、记录表格。
四、实验步骤
一测回的操作步骤（以三等观测为例）
1．先选择好远距离的边长均匀的四个以上方向的目标。
2．安置仪器后，将仪器照准零方向，按下列度盘位置表配置度盘和测微器：
测回数
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
度盘位置
0°00′
2004
4008
6012
8016
10020
12024
14028
16032
测微器位置
03
10
17
23
30
37
43
50
57
3．顺转照准部1~2周后精确照准零方向，进行水平度盘和测微器读数（重合对径分划两次）；
4．顺转照准部，精确照准2方向，仍按上述方法读数；顺转照准部依次进行3、4……n方向的观测，最后闭合至零方向（当观测方向数≤3时，可不必闭合至零方向），以上构成上半测回；
5．纵转望远镜，逆转照准部1~2周后，精确照准零方向，按上法读数；
6．逆转照准部，按上半测回的相反次序依次观测n、n-1、……3、2直至零方向。
构成下半测回。
上、下半测回构成一个测回。
五、注意事项
1．观测程序及记录要严守操作规程。
2．观测中要注意消除视差。
3．记录者向观测者回报后再记，记录中的计算部分应训练用心算进行。
4．测微器读数不许涂改。
六、上交资料
每组上交一份大于4个方向9个测回的合格成果（所有原始记录一律上交）。
七、注意观察
在方向法观测的诸方向中，条件许可时，有意识地选择一目标，让其视线紧靠烟囱、水塔或高建筑物等障碍物旁通过，以考察旁折光对水平角观测成果的影响（附注：
计算重测、补测测回时，可不考虑该方向观测值的成果）。
八、实验报告编写提纲
1．写明本次实验的名称、目的、时间及地点；
2．写明所用仪器的名称及编号；
3．附观测记录成果；
4．对一个测站上的观测成果进行质量分析，提出重测、补测和取舍的具体意见；
5．进行测站平差，得出一个测站上合格的水平角观测成果；
6．实验心得与体会。
九、观测手簿（见表2-1）。
水平角观测记录表表2-1
第测回仪器№点名等级日期：
月日
天气：
观测者：
Y=B觇标类型：
开始：
时分
成象：
记簿者：
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
备注
盘左
盘右
（°）（′）
（″）
（″）
（°）（′）
（″）
（″）
（″）
（″）
（°）（″）（″）
归零差Δ左=Δ右=
实验三图解法测定归心元素
一、实验目的
通过实验深入理解归心元素的含义；练习和掌握用图解法测定归心元素的方法。
二、实验要求
1．实验前要复习有关内容，如何使用小平板将仪器中心、照准圆筒中心和标石中心投影到同一个平面上。
2．每组完成一个点上的投影工作，每人至少在一个位置上进行观测工作。
三、仪器及工具
每个实验小组借用小平板仪一套（包括小平板一块（带脚架）、投影仪一副）、J6经纬仪一台（带脚架）、测伞一把。
自备铅笔、直尺、胶带纸、投影用纸及量角器。
四、实验步骤
本实验是用图解法来测定归心元素
和
。
其实质是将同一个测站的标石中心B、仪器中心Y和照准圆筒中心T同时沿垂直线投影在一张置于水平位置的归心投影用纸上，然后在图纸上量取归心元素。
1．在标石上方安置小平板，并将归心投影用纸固定在平板上，再用垂球使平板中心与标石中心初步对准。
这时以使B、Y、T三点沿垂线投影点均能落在投影用纸上为原则。
然后整平平板，并使投影用纸的上方朝北。
2．一般在三个位置用经纬仪进行投影，三个位置的交角应接近于120°或60°（如图3-1所示），以提高投影的交会精度。
安置经纬仪时必须使每一投影位置都能看到标石中心（或与其对中的垂线）、仪器中心和照准圆筒中心。
3．以投影标石中心为例说明其投影方法（仪器中心和照准圆筒中心的投影与标石中心的投影方法相同）。
（1）在第Ⅰ个投影位置上，盘左照准标石中心后，固定照准部，上仰望远镜对准平板，依照准方向指挥平板处的作业员在投影用纸的边缘标出前后两点。
倒转望远镜、用盘右照准标石中心，用同样方法依盘右照准方向在投影用纸的边缘标出前后两点。
然后连接前两点的中心和后两点的中点，这条线就是在投影位置Ⅰ照准标石中心在投影用纸上的投影方向线。
图3-1
（2）在投影位置Ⅱ、Ⅲ分别用盘左、盘右照准标石中心，按同样的方法将照准方向线描绘在投影用纸上，在三个位置上得到三条投影方向线的交点就是标石中心在投影用纸上的投影B。
（3）三条投影方向线应相交在一点，但由于仪器校正的残余误差和操作误差的影响，三条投影方向线往往不相交于一点，而形成一个三角形，称为示误三角形。
示误三角形的大小反映了投影的质量。
规范规定，示误三角形的最长边长对于标石中心B和仪器中心Y应小于5mm，对于照准圆筒中心T应小于10mm。
若在限差以内，则取示误三角形内切圆的中心作为投影点的位置。
（4）用同样的方法，将仪器中心Y和照准圆筒中心T也投影到投影用纸上。
为了避免线条和注记太多，容易混淆，所以它们的投影方向线不用全部画出，但应将全部方向线和注记标出。
4．将B、Y、T在投影用纸上标定后，保持平板不动，用照准仪的直尺边缘分别切于Y点和T点描绘出测站上一个目标比较清晰的方向线，最好是观测时的起始方向，用Y0和T0表示。
为了防止描绘方向线时发生粗差，另外还应在Y点和T点上描绘一条指向另一个任意邻点观测方向的方向线，这条方向线叫做检查方向线，两个方向线之间夹角的图解值与观测值之差应小于2°。
5．
、
代表仪器、圆筒的投影中心至标石投影中心的距离，称为偏心距，量至毫米。
和
依次代表以仪器、圆筒投影中心为角顶，由偏心距顺时针方向量至零方向线的角度，称为偏心角，量至15′。
6．限于地形情况，当使用图解法测定归心元素时，如选择三个投影位置有困难，则可以选定两个投影位置，垂直投影面的交角宜接近于90°（50°~130°）。
在每一投影位置投影一次后，稍许改变投影位置再投影一次，这样两个投影位置对每点作出四条投影方向线，称示误四边形，其对角线长度：
对于标石中心B和仪器中心Y的投影应小于5mm，对于照准圆筒中心T的投影应小于10mm。
五、注意事项
1．本项实验仪器多，人员分工要明确，事先一定做好充分准备工作，预习好实验指导书上的内容。
2．投影照准圆筒中心T时，必须注意瞄准照准圆筒的中线，由于距离近，圆筒很粗，一般取照准圆筒左右边缘的读数的中数作为照准中线的方向。
3．投影标石中心时，最好直接瞄准标石的十字叉线的中心。
但由于标石位置太低无法照准时，用一小木棍或铅笔对准中心，投影仪直接瞄准铅笔中心，但特别强调要尽量瞄准铅笔底部，且铅笔要直立。
4．仪器中心投影时，可直接照准垂球线，但遇风大时要特别仔细，以免带来其它误差影响。
5．对投影用纸上各个项目要填写清晰，纸上方向线较多，连线时要仔细，以免连错方向线。
6．每个工种每个人均要轮流操作，掌握其操作方法和要领。
六、上交资料
每组上交一份一个点上的归心投影用纸。
七、实验报告编写提纲
1．写明本次实验名称、目的、时间及三角点；
2．简要说明归心元素的测定方法；
3．附归心投影用纸；
4．对归心元素测定精度进行分析；
5．发现的问题和建议，实验心得与体会。
实验四精密水准仪和水准尺的认识及使用
一、实验目的
1．了解S1精密水准仪的基本结构以及各螺旋的作用。
2．了解精密水准标尺的基本分划，初步学会S1精密水准仪的使用方法和在水准标尺上的读数方法。
3．初步掌握精密水准仪、水准尺主要项目的检校方法。
4．明确水准仪视准轴与水准轴之间的正确关系。
5．掌握水准仪交叉误差和
角误差的检验与校正的操作程序和成果整理方法。
二、实验要求
1．将仪器与书上仪器外貌图对照，熟悉仪器各部件的名称及其作用，着重比较与精通水准仪的不同特点。
2．掌握用S1水准仪在水准标尺上的读数方法，并了解测微器的测微工作原理。
3．了解精密水准尺的特点，它与一般普通水准尺有何区别。
4．初步掌握精密水准仪、水准尺主要项目的检校方法。
重点掌握水准仪视准轴与水准轴之间的正确关系的检验与校正方法。
三、仪器及工具
每组借用S1精密水准仪一台（带脚架）、铟钢水准标尺一付、记录板一块、尺垫两只、木桩两个、测伞一把、30m钢卷尺一把，斧头一把。
自备铅笔和记录手簿。
四、实验步骤
1．领取仪器到指定地点，先集中由教师讲解精密水准仪和精密水准尺的结构特点及使用方法。
2．安置仪器，熟悉仪器结构及部件功能。
3．安置水准尺，熟悉其分划及注记特点。
4．每个同学进行读数练习并记录读数。
五、注意事项
1．精密水准仪和水准尺应检查的内容较多，在实过程中，应根据实际情况，对照书本知识认真完成。
六、上交资料
记录及计算成果。
七、实验报告编写提纲
1．写明实验名称、目的及时间、地点；
2．写明仪器名称及编号；
3．附检验记录及分析结论；
4．体会及建议。
实验五精密水准测量（二等）
一、实验目的
1．通过一条水准环线的施测，掌握二等精密水准测量的观测和记录，使所学知识得到一次实际的应用。
2．熟悉精密水准测量的作业组织和一般作业规定。
二、实验要求
1．每组选定一条0.6～1.0km的闭合水准环线，每人完成不少于一个测站上的观测、记录、打伞、扶尺、量距的工作。
2．计算环线闭合差。
三、仪器及工具
每组借用S1水准仪一台（带脚架）、水准标尺一对，尺垫一副、测伞一把，皮尺一根、记录板一块。
自备铅笔、小刀和记录手簿。
四、实验步骤
1．作业组织
精密水准观测组由7~8人组成，具体分工是：
观测一人、记录一人、打伞一人、扶尺二人、量距二人。
2．限差及作业规定
（1）视线高度不得低于0.5m，视线长度一般取50m，在某些特殊情况下视线可适当缩短，前后视距差应小于1m，测段累积差小于3m。
（2）一测段的测站数布置成偶数，仪器和前后标尺应尽量在一直线上。
（3）观测时要注意消除视差，气泡严格居中，各种螺旋均应以旋进方向终止。
（4）视距读至1mm，基辅分划读至0.1mm，基辅高差之差＜0.6mm。
（5）上丝与下丝的平均值与中丝基本分划之差，对于0.5cm刻划标尺应≤1.5mm；对于1.0cm刻划标尺应≤3.0mm。
（6）各项记录正确整齐、清晰、严禁涂改。
原始读数的米、分米值有错时，可以整齐地划去，现场更正，但厘米及其以下读数一律不得更改，如有读错记错，必须重测，严禁连环涂改。
（7）每一站上的记录、计算待检查全部合格后才可迁站。
（8）测完一闭合环计算环线闭合差，其值应小于±4
mm，L为环线长度，以公里为单位。
3．观测程序
精密水准测量中采用如下的观测程序：
往测奇数测站的观测程序为：
后前前后
往测偶数测站的观测程序为：
前后后前
返测奇数测站的观测程序为：
前后后前
返测偶数测站的观测程序为：
后前前后
在一个测站上的观测步骤（以奇数站为例）为：
（1）首先将仪器整平（望远镜绕垂直旋转时，符合水准气泡两端影象的分离不得超过1cm）。
（2）望远镜对准后视水准标尺，转动倾斜螺旋使符合水准气泡两端影象分离不得大于2mm，用下、上视距丝平分水准标尺的相应基本分划读取视距。
读数时标尺分划的位数和测微器的第一位数共四个数字要连贯读出。
（3）接着转动倾斜螺旋使气泡影象精密符合，并转动测微螺旋使楔形丝照准基本分划，读分划线三位数与测微器二位数。
（4）旋转望远镜照准前视水准标尺，使气泡精密居中，用楔形丝照准基本分划并进行读数，然后按下、上视距丝读取视距。
（5）用楔形丝对准辅助分划进行读数。
（6）再转向后视标尺，转动倾斜螺旋使气泡影象精密符合，进行辅助分划的读数。
至此一个测站的观测工作即告结束。
以上为奇数站的后—前—前—后观测程序，偶数站的观测程序为前—后—后—前。
4．手簿记录
手簿的记录和计算见表2-14。
五、注意事项
1．观测员在观测中，不允许为通过限差规定而凑数，以免成果失去真实性。
2．记录员除了记录和计算工作以外，还必须检查观测条件是否合乎规定，限差是否满足要求，否则应及时通知观测员重测。
记录员必须牢记观测程序，注意不要记录错误。
字迹要整齐清晰，不得涂改，更不允许描字和就字改字。
在一个测站上应等计算和检查完毕，确信无误后才可离开。
3．扶尺员在观测之前必须将标尺立直扶稳。
严禁双手脱开标尺，以防摔坏标尺的事故发生。
4．量距要保证通视，前、后视距相等且有一定的视线高度，并尽量使仪器和前、后标志在一直线上。
六、上交资料
1．观测手簿
2．环线闭合差计算成果（附水准路线略图）。
七、实验报告编写提纲
1．写明实验名称、目的及时间、地点；
2．写明仪器名称及编号；
3．简述观测方法并附观测记录，做好检查计算；
4．实验中发生哪些问题，原因何在；
5．体会及建议。
水准测量观测记录手薄
测自至20年月日时刻：
始时分
天气：
温度：
成像：
末时分
云量：
风向风速：
土质：
太阳方向：
测站编号
后尺
上丝
前尺
上丝
方向
及
尺号
标尺读数
基+K
减
辅
①—②
备考
下丝
下丝
后距
前距
基本分划
①
辅助分划
②
视距差
后
前
后—前
后
前
后—前
后
前
后—前
后
前
后—前
后
前
后—前
后
前
后—前
实验六全站仪的一般认识与正确使用
一、实验目的
1．了解3~4种全站仪的应用，对全站仪测角、测距的特点、分类及精度指标有一个全面的认识。
2．以一种全站仪为例，学会正确安置仪器及反射器的方法。
2．学会水平角、斜距、平
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