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测量学实验指导书

《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