控制测量学实验教学指导书综述.docx
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控制测量学实验教学指导书综述
控制测量学实验教学指导书
实验学时：
10
实验个数：
5
适用对象：
测绘工程专业
先修课程：
测量学，测量平差基础
实验一精密光学经纬仪的认识和使用
一、实验目的
l.认识仪器的主要部件，了解其名称和作用。
2.练习使用光学对点器安置仪器。
1.竖盘采光镜；2.指标差调整盖板；3.补偿器锁紧轮；4.水平度盘采光镜；5.照准部制动手轮；6.机座锁紧轮；7.望远镜物镜；8.水准管校正螺丝；9.照准部水准管；10.水平度盘变换轮；11.水平度盘堵盖；12.脚螺旋；13.望远镜制动轮；14.测微器手轮；15.读数目镜；16.垂直微动手轮；17.度盘变换手轮；18.水平物镜堵盖；19.水平底棱镜堵盖；20.照准部微动手轮；21.圆水准器校正螺丝；22.瞄准器；23.竖盘；24.望远镜目镜；25.垂直物镜调整盖板；26.对点器校正螺丝；27.对点器目镜；28.圆水准器
图1-1北光DTJ2光学经纬仪
3.学习度盘及测微器读数。
4.掌握配置度盘位置的方法。
二、实验设备、人员、学时
1.设备：
每组1台J2型光学经纬仪（附脚架），每班合用照准用觇牌若干块。
2.人员：
每组2人，轮流观测和记录。
3.学时：
课内学时2学时。
三、实验内容及方法
1.认识仪器
我国目前使用的J2级经纬仪型号较多，图1-1是北京光学仪器厂生产的DTJ2光学经纬仪外形及部件说明，图1-2是它的读数窗视场图。
2.仪器的安置（光学对中法）
使用光学对点器对地面点进行对中时，对点器的视线铅垂有赖于仪器的整平。
因此对中和整平是同时进行的。
具体操作步骤如下：
①三脚架置于地面点位上方，将经纬仪紧固于三脚架之上。
图1-2DTJ2经纬仪读数窗视场
②调整光学对点器的目镜，使分划板上的小圆圈清晰；调整对点器的物镜（拉伸对点器镜管），使地面点成像清晰。
③操作者将三脚架的一只架腿置于前方并踩实，然后用双手将其它两只架腿略为提起，目视对点器目镜，移动该两架腿（注意使三脚架平台保持水平），至对点器目镜中小圆圈对准地面点（为容易在对点器中寻找并对准地面点，操作者可将一只脚向前伸出，脚尖对准地面点做为指示），将两只架腿放下，踩实。
踩实后，若目镜中小圆圈与地面点有少许偏离，旋转仪器脚螺旋使其重新对准，
④伸缩三脚架的架腿，使经纬仪基座上的圆水准器气泡居中。
这样，完成了仪器的初步对中和粗平。
⑤调整经纬仪脚螺旋使照准部水准管气泡居中（仪器精平），此时，若对点器目镜中小圆圈与地面点又有偏离，可略为松开连接螺旋，平移基座，使其对中后，再旋紧连接螺旋（仪器精确对中）。
3.水平方向读数（重合法读数）
①调节换向螺旋，使读数窗显示水平度盘影像。
②调节水平度盘采光镜，使读数窗视场光线明亮均匀。
③调节读数显微镜目镜，使度盘、测微尺分划线及指标线清晰。
④转动测微螺旋，使度数对径180°分划线的正倒像（注记字头朝上为正像，字头朝下为倒像）重合。
⑤读定水平方向读数：
J2级光学经纬仪水平度盘格值为20′。
正倒像相对栘动一格，则正像倒像各移动半格，即10′。
与其相对应，测微尺移动全长600格，所以，测微尺格值为1″。
读数时，转动测微螺旋，使度盘对径分划线重合，由度盘注记窗读取度及整十分值，由测微尺读取分和秒值。
然后将两部分相加得到完整的方向值。
例：
图1-2读数为89°14′45″
4.将度盘及测微器某一位置安置于目标方向（以度盘及测微器位置0°00′10.0″为例）
①转动测微螺旋，将测微尺凋至0′10.0″。
②转动照准部至目标方向，制动照准部后，旋转照准部微动螺旋，用十字丝精确切准目标，此时测微尺0′10.0″已安置于目标方向。
③调节水平度盘变位螺旋，使读数窗显示0°00′，并观察对径分划线窗，使其与180°00′（倒像）重合，此时0°00′10.0″已安置于目标方向。
四、注意事项
1.用光学对中法安置经纬仪时，第2目第⑤款操作应注意仪器基座要尽量严格平移，不得有旋转。
尽管如此，因为不能保证绝对平移，有时仍需反复此款操作。
另外，如果仪器的初步对中与粗平偏差较大，仪器基座须平移到三脚架平台边缘方能达到精确对中、整平。
为避免这种仪器的不良安置，应重新进行③、④款的操作。
2.北光厂的DTJ2读数如图1-2，分秒值为14′50″，若上窗同时出现89°和90°，则读数显然应为90°14′50″。
3.测微螺旋和照准部微动螺旋的最后转动方向一定要为旋进方向。
五、实验要求
1.每位同学以光学对中法独立进行仪器的对中、整平。
2.每位同学进行如下操作若干次：
照准一清晰目标，旋进测微螺旋重合对径分划线，读数；旋出测微螺旋少许，再旋进测微螺旋重合对径分划线，读数，两次读数之差不超过3″。
3.每位同学进行如下操作至熟练掌握操作程序：
将一特定度盘和测微器位置（如：
0°00′10″）安置在一清晰的目标方向上。
思考题
1.自测：
对照仪器，说出J2经纬仪各部件的名称、功能。
2.光学对中法与垂球法安置经纬仪各有什么优缺点？
3.为什么转动测微螺旋使正倒像重合的最后转动方向要为旋进方向？
4.为什么规定进行精确瞄准时，照准部测微螺旋的最后转动方向要为旋进方向?
5.为什么规定（第五项第2目）两次读数之差不超过3″?
实验二全圆方法观测水平角
一、实验目的
1.掌握全圆方向法的观测程序和仪器的操作方法。
2.熟悉全圆方向法手簿的记录和计算。
3.熟记全圆方向法的各项测站限差。
二、实验设备、人员、学时
1.设备：
每组1台J2型光学经纬仪（附脚架），白色测伞1把，记录板1块，每班合用照准用觇牌若干块。
2.人员：
每组2人。
3.学时：
课内学时2学时+课外学时2学时＝4学时。
三、实验内容及方法
1.测站的设置及测前准备
①设站：
将仪器安置于测站点上方，对中整平；
②仪器准备：
调节换像螺旋使读数窗显示水平度盘读数，打开水平度盘采光镜使读数窗视场明亮，调整读数显微镜目镜使度盘及测微尺的分划、注记及指标线清晰；调整望远镜目镜，使十字丝清晰；
③选一清晰且距离远近适中的觇牌（各觇牌与测站的距离应大致相等）作为“零方向”，照准零方向仔细调整望远镜物镜焦距，消除视差；
④转动照准部寻找其它目标，照准后，从望远镜准星观测目标方向，记住地物特征，以便正式观测时用望远镜准星初步瞄准目标。
⑤编制度盘位置表
全圆方向法的观测应均匀分布在测微器的各个位置上进行。
DJ2型经纬仪各测回度盘位置按下式计算：
式中m—测回数；
j—测回序号（j=1，2，3，…，m）；
i′—测回之间分的变动量，DJ2型经纬仪i′﹦10′；
ω—测微器以秒记的总分格值，DJ2型经纬仪ω﹦600″
全圆方向法的测回数是根据控制网的等级和所用的仪器的型号确定的。
2.一测回的操作程序
①盘左：
望远镜照准零方向目标，按度盘位置表对好度盘和测微器；
②顺时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零目标方向进行水平方向读数（重合对径分划线2次，读数2次）；
③顺时针方向旋转照准部，依次精确照准2，3，4，…，n方向目标，并按②款方法进行读数，最后闭合至零方向进行观测，至此，完成了上半测回的观测；
④纵转望远镜，盘右，逆时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向，按②款方法进行读数；
⑤逆时针方向旋转照准部，按上半测回的相反次序依次对各目标观测至零方向。
至此，完成了一个测回观测。
一测回的记录和计算示例见表1-1。
水平方向观测手簿表1-1
方向
盘左
盘右
左－右
（2C）
方向值
°′″
方向值平均值
°′″
°′″
″
°′″
″
1
00026
25
26
1800021
20
20
06
（22.0）
23.0
00000.0
2
741605
05
05
2541601
00
00
05
02.5
741540.5
3
1121110
12
11
2921102
00
01
10
06.0
1121044.0
4
1725152
52
52
3525150
51
50
02
51.0
1725129.0
1
000021
22
22
1800019
20
20
02
21.0
⊿左＝-4⊿右＝0
3.全圆方向法水平角的记录和计算
①观测时，找准每一个目标，读定测微器读数两次，取其平均值作为半测回方向值；
②每半测回结束时，应立即计算半侧回归零差⊿，即零方向闭合照准与起始照准时的两次读数差，在表1-1中，⊿左﹦22″﹣26″﹦－4″，并检查其是否超过限差的规定；
③在进行下半测回观测时，每测定一个方向值，应及时计算出该方向的“左﹣右（2C）”值，及该方向的一测回中数“（左﹢右）／2”；
④因为零方向有起始和闭合两个方向值，故取其平均数作为该方向的最后方向观测值。
在表1-1示例中，零方向的最后方向值为（23.0″﹢21.0″）／2﹦22.0″，填写在起始方向值23.0″上方；
⑤各方向值减去零方向的方向值得到划归同一起始方向的方向观测值，填入记录手簿“方向值”列。
⑥若观测了m个测回，则m个测回方向值的平均值计算并填写在表1-1的“方向值平均值”列。
四、实验注意事项
1.因全圆方向观测要在仪器周围面向各方向反复长时间观测，因此在设站时，要清除脚架周围的杂草、碎石，仪器整置高度要适宜，三只脚架腿的安置方向应注意，尽量避免在某一方向观测时，观测员跨乘—只脚架腿作业；
2.要选择距离适中者为零方向，并于观测开始前按零方向仔细调整好望远镜的焦距，一测回内不得调焦；
3.观测应待仪器温度与大气温度充分—致时开始进行，观测过程中，仪器不得受日光直接照射；
4.整置仪器时，应使水平气泡居中。
观测过程中，气泡中心位置偏离整置中心（DJ2型仪器）不得超过1格。
气泡偏离接近以上限度时，应在测回之间重新整置仪器；
5.在观测过程中，如发现2C的绝对值（DJ2型仪器）大于30″，应在测回之间进行视轴校正（实习学生可报告指导教师，不必进行此项校正）；
6.用十字丝竖丝精确照准目标时，应将目标置于水平丝附近，且照准各方向目标时，应使用竖丝的同一位置；
7.仪器的转动应平稳、均匀，照准部应按规定方向旋转，如果旋转过度，应继续再转一周切准目标，不可往回转。
使用微动螺旋精确瞄准和用测微螺旋精确对准分划线时，其最后旋转方向均应为旋进方向；
8.观测应认真、果断，照准和读数应敏捷而有节奏；
9.测回数m的规定，根据控制网设计所依据的规范执行。
五、实验要求
1.每组选择4个与测站距离基本相等的觇牌做为目标；
2.按一级小三角或四等观测配置度盘位置；
3.轮换观测和记录，每人至少观测两个完整的测回（未观测完全部测回，可不做测站平差），原始记录上交。
思考题
1.本实验第三项第1目第④款的要求有什么必要性？
2.叙述一测回的操作程序。
3.叙述各项记录、计算以及何时计算。
4.叙述DJ2型仪器方向法观测的各项限差。
5.对超限的成果，如何处理?
实验三经纬仪检验：
光学测微器行差的测定（选做）
一、实验目的
1.本检验项目被规范列为每期作业开始前必须进行的检验项目之一，通过本实验应掌握和熟悉这一检验项目的原理和方法。
2.通过使用测微螺旋按旋进方向精确重合对径分划线，提高手感准确性及目测能力，达到提高读数精度的目的。
二、实验设备、人员、学时
1.设备：
每组1台经纬仪（J1型或J2型），记录板1块。
2.人员：
每组2人。
3.学时：
课内学时2学时+课外学时1学时=3学时
三、实验内容及方法
1.行差定义
按仪器设计要求，度盘对径分划线相对移动一格，对应测微分划盘转动全部分格，即由0分划转至最末n0分划。
若度盘影像放大不正确，宽度过大或过小，则当度盘对径分划线相对移动一格时，测微分划盘转动了n格（n≠n0）。
n0与n之差就是测微器的行差，以r表示。
r﹦n0-n（3-1）
若以秒表示，则
r″﹦（n0-n）u0（3-2）
式中u0为测微分划盘一分格之值。
因为度盘对径分划是通过不同光路到达读数窗的。
所以它们的成像宽度也下尽相同，因而分划正像和倒像的行差也不同。
通常取它们的中数做为测微器行差值。
即：
r″﹦r″正+r″倒（3-3）
2.行差的测定
①转动测微手轮，将测微器指标对准0′00″，转动照准部至度盘整置位置A，用照准部水平微动螺旋使对径分划线（A与A±180°）重合。
②转动测微手轮，按下列顺序重合对径分划线，并进行测微器读数：
a—A与A±180°两分划线重合。
此读数极接0分划线。
b—A﹣i与A±180°两分划线重合。
此读数极接近60格（T3）或600″（J2）分划线。
c—A与A±180°﹣i两分划线重合。
此读数极接近60格（T3）或600″（J2）分划线。
读数示例见图3-1。
③以上读数应按下述要求
1）读取测微器读数时，应旋转测微螺旋（最后旋转方向应为旋进方向）精确对准分划线两次，读数两次，T3经纬仪取两次读数之和，J2经纬仪取两次读数之中数；
2）测微器读数以0分划和60格分划（T3）或10′分划（J2）为准，大于它的读为正值，小于它的读为负值；只读格（T3）或秒（J2），不读分。
为减小读数误差和度盘分划误差的影响，应取多个测回的平均值作为最后结果，且多个测回中，A应均匀分布在度盘的不同位置。
J2经纬仪照准部的位置见表3-1。
3.行差的计算
正像行差r正﹦（a﹣b）μ0﹢i／2（3-4）
倒像行差r倒﹦（a﹣c）μ0﹢i／2（3-5）
式中μ0为测微嚣分划值。
相对于上述读数方法
r正﹦a﹣b（3-6）
r倒﹦a﹣c（3-7）
仪器的行差
r﹦（r正（中数）﹢r倒（中数））／2（3-8）
仪器的正倒象行差之差
⊿r﹦r正（中数）﹣r倒（中数）（3-9）
规范规定，r与⊿r的绝对值，对J1型仪器不回超过1″，对J2型仪器，不得超过2″。
行差的测定示例见表3-1。
四、实验注意事项
1.配置度盘位置时，应旋转照准部配置度盘位置A。
2.转动测微螺旋从测微分划盘—端至另一端时，不可用力过猛，否则，转到尽头强力受阻使手轮轴与袖套相对位移，造成回到另一端时不能读数。
五、实验要求
1.每人独立完成全部测回的检验操作。
2.每人（相互）做一套完整的记录并计箅，现场完成检验报告上交。
思考题
1.行差产生的原因是什么?
2.a﹣b和a﹣c分别为度盘分划的正倒像行差，依据是什么？
3.如果r值超过规范规定，用该仪器观测时，应采取什么措施?
4.为什么规范对⊿r值做出限制?
5.测回间变换度盘位置时，应转动照准部还是应转动度盘变换钮?
为什么？
水平度盘光学测微器行差的测定表3-1
仪器：
010№1035872002年4月28日
度盘位置
°′
a
/″
b
/″
c
/″
a-b
/″
a-c
/″
度盘位置
°′
a
/″
b
/″
c
/″
a-b
/″
a-c
/″
000
+0.1
-0.7
-0.6
-1.0
-0.3
+0.4
18000
0.0
+0.4
+1.0
+0.4
+1.3
+0.8
-0.3
-0.8
+0.0
+0.5
-0.3
+0.2
+0.7
+1.0
-0.5
-0.8
3020
+1.1
+1.6
+0.8
+0.1
+0.4
+0.6
21020
+0.2
0.0
0.0
-0.8
-0.3
-1.1
+1.4
+0.4
+0.5
+1.0
+0.9
+0.1
-0.4
-0.7
+0.5
+0.8
6040
0.0
+0.3
-1.0
-1.5
-1.5
-1.5
24040
-0.6
-1.0
+0.7
+1.1
+1.0
+1.0
+0.2
-1.2
-1.5
+1.4
+1.7
-0.8
+0.9
+1.0
-1.7
-1.8
9000
+0.9
0.0
-0.4
-1.1
-0.1
-0.9
27000
+1.0
+0.2
+1.9
+1.5
+1.9
+1.8
+0.4
-0.8
-0.5
+1.2
+0.9
+0.6
+1.7
+1.8
-1.1
-1.2
12020
+1.5
+1.4
+0.5
+0.5
0.0
-0.6
30020
+0.8
+1.1
+2.0
+1.5
+1.1
+1.1
+1.4
+0.5
-0.3
+0.9
+1.7
+1.0
+1.8
+1.1
-0.8
-0.1
15040
+1.0
+0.6
+1.2
0.0
+0.2
+0.2
33040
+1.7
+1.9
+1.7
+1.1
+2.0
+1.9
+0.8
+0.6
+0.2
+0.2
+0.6
+1.8
+1.4
+2.0
+0.4
-0.2
中数＋0.17＋0.18
r正﹦＋0.17″，r倒﹦＋0.18″
r﹦＋0.18″，⊿r=r正﹣r倒﹦－0.01″
实验四S1型水准仪的认识和使用
一、实验目的
1.认识仪器的主要部件，了解其名称和作用。
2.了解与仪器配套的水准尺的结构及刻划。
3.了解S1型水准仪的读数原理和方法（光学测微法）。
二、实验设备、人员、学时
1.设备：
每组1台S1型水准仪（附脚架），1对与之配套的因瓦水准标尺，尺桩1对、榔头1把、记录板1块。
2.人员：
每组4人，轮流操作。
3.学时：
课内学时2学时。
三、实验内容及方法
1.认识水准标尺的刻划与注记
图4-1（a）为与N3水准仪配合使用的水准标尺，格值为10mm。
它有两排分划，右边一排注记从0至300cm，称为基本分划；左边一排注记从300至600cm，称为辅助分划。
同一水平上的基本分划与辅助分划的读数，相差一个常数，即3.01550m，称为基辅分划读数差常数。
图4-l（b）是与国产S1水准仪、蔡司厂Ni004水准仪配合使用的水准尺。
这种尺没有辅助分划，其因瓦合金带上的两排分划，每排分划之间的间隔为10mm。
两排彼此错开5mm，所以实际格值为5mm。
这种尺的分划注记比实际数值大一倍，故每排分划之间的间隔，按注记为2cm，格值为lcm。
整尺注记从0.1mm~5.9m。
分米数和米数分别注记在木质尺面的左边和右边，因瓦合金带左排是厘米的单数分划（1、3、5、7、9cm），右排是厘米的双数分划（2、4、6、8、0cm）。
用这种水准尺所测得的高差值必须除以2才是实际的高差值。
2.认识水准仪
在S1这一精度级别的水准仪中，目前我国应用较普遍的有瑞士生产的威特N3，见图4-2，德国生产的蔡司Ni004，以及我国北京测绘仪器厂生产的Sl型水准仪，见图4-3。
按图示对照仪器找到各个部件，确认其名称。
1.望远镜目镜；2.水准器泡反光镜；3.倾斜螺旋；4.调焦螺旋；5.平板玻璃测微螺旋；6.平板玻璃旋转轴；7.水平微动螺旋；8.水平制动螺旋；9.脚螺旋；10.脚架
图4-2N3水准仪
3.水准仪的安置
图4-3S1水准仪
将仪器安置于两水准尺连线的中点。
安置仪器时，应使三脚架中两脚连线与两尺连线平行，手握第三只脚架徐徐移动，至三脚架头大致水平。
将三只脚架踩实。
若连续设站观测时应使两脚连线始终与路线方向平行，而第三只脚架交替置于路线万向的左侧和右侧。
将水准仪置于三脚架架头并联结牢固后，转动脚螺旋使仪器基座上在水平面内相互垂直的两水准管气泡居中（仪器整置水平），然后转动微倾螺旋使目镜视场内符合水准气泡两端影像对齐（视准轴整置水平）。
此时倾斜螺旋所处位置，即标准位置（零点），做上记号。
在以后的设站中，先置倾斜螺旋于零点，然后调整脚螺旋整平仪器，直至符合水准气泡两端影像的分离量小于lcm时，才可以转动倾斜螺旋精确整平视准轴。
4.光学测微法读数
①仔细调整目镜，使楔形丝清晰。
②仔细调整物镜，使水准尺影像清晰并消除视差。
③当符合水准气泡两端影像的分离量小于lcm时，转动微倾螺旋使符合水准气泡两端精确符合。
④读定水准尺读数：
因瓦合金水准尺的光学测微法读数，全值为6位数，即米、分米、厘米、毫米、0.1mm、0.01mm（估读）。
其中米、分米、厘米由尺面直接读得，不足lcm的值由测微器读得。
转动测微螺旋可使水平视线作上下平移，平移范围对N3是lcm，对S1是5mm。
就尺面的注记而言，平移范围均是lcm。
相对应这个平移范围，测微尺分为100格，故测微器分划尺每格按注记为0.1mm，可估读至0.01mm。
读数时，转动测微螺旋（最后的转动方向应为旋进方向），使目镜视场内的楔形丝夹准水准尺上的厘米分划，由尺面读得厘米以上值，由测微器读得毫米以下值，相加得最后读数。
四、实验注意事项
1.安置仪器时要注意三脚架的两只脚的连线平行干两立尺点的连线，而另一只脚架位于两水准尺连线的另一侧。
2.用脚螺旋概略整平仪器，达到转动仪器照准两水准尺时，符合水准气泡两端分离均不超过lcm，才允许使用微倾螺旋精确整平视线。
3.因测微器平行玻璃板面与水平视线正交时，测微器分划尺上的读数是5而不是0，所以每次读数均多了5mm。
在水准测量中，前后尺读数都多了5mm，对高差并无影响。
故在记录、计算中可不予考虑，但在单向读数中必须减去这个常数。
五、实验要求
1.将仪器安置于两尺连线上与两尺等距离处（以视距30m左右为宜）。
参照表4-1进行观测，本实验只读（3）、（4）、（7）、（8），读至毫米。
2.按表4-1记录并计算，其中：
（13）=（4）十K-（7）
（14）=（3）+K-（8）
（K为基辅分划读数常数。
下同。
）
（15）=（3）-（4）
（16）=（8）-（7）
（17）=（14）-（13）＝（15）-（16）（检核）
（18）={（15）十（16）}／2
3.限差：
（13）、（14）为基辅分划读数之差，应小于0.1mm（按三等水准）；（17）为基辅分划所得高差之差，应小于1.5mm（按三等水准）。
4.每人做一站观测及记录、计算，实验结束时将记录上交。
思考题
1.精密水准仪在结构上应满足哪些要求、如何满足?
2.精密水准尺应满足哪些要求?
是如何满足的?
3.Ni004和S1水准仪所配合使用的水准尺没有辅助分划，观测、记录时应如何处理?
等水准观测记录表4-1
测自：
至年月日
时刻：
始：
时分末：
时分成象：
温度：
云量：
风向风速：
天气：
土质：
太阳方向：
测站编号
后尺
下丝
前尺
下丝
方向
及
尺号
标尺读数
基+K减辅
（一减二）
备考
上丝
上丝
基本分划
（一次）
辅助分划
（二次）
后距
前距
视距差d
∑d
奇
（1）
（5）
后
（3）
（8）
（14）
（2）
（6）
前
（4）
（7）
（13）
（9）
（10）
后-前
（15）
（16）
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