化学系《环境工程测量》实验指导

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      环境工程测量学实验与实习指导     胡华科编        地理系GIS实验室(工业中心大楼C208测量与制图实验室) 2007年9月    第一部分测量实验与实习须知 测量学的理论教学、实验教学和实习教学是测量学课程的三个重要的教学环节。坚持理论与实践的紧密结合，认真进行测量仪器的操作应用和测量实践训练，才能真正掌握测量学的基本原理和基本技术方法。第一部分实验课的一般要求一、上课须知1．准备工作(1)上课前应阅读本任务书中相应的部分，明确实验的内容和要求。(2)根据实验内容阅读教材中的有关章节，弄清基本概念和方法，使实验能顺利完成。(3)按本任务书中的要求，于上课前淮备好必备的工具，如铅笔、小刀等。2．要求(1)遵守课堂纪律，注意聆听指导教师的讲解。(2)实验中的具体操作应按任务书的规定进行，如遇问题要及时向指导教师提出。(3)实验中出现的仪器故障必须及时向指导教师报告，不可随意自行处理。二、仪器及工具借用办法1.每次实验所需仪器及工具均在任务书上载明，学生应以小组为单位于上课前凭学生证向数字测图实验室借领。2.借领时，各组依次由1～2人进人室内，在指定地点清点、检查仪器和工具，然后在登记表上填写班级、组号及日期。借领人签名后将登记表及学生证交管理人员。3.实验实习过程中，各组应妥善保护仪器、工具。各组间不得任意调换仪器、工具。若有损坏或遗失，视情节照章处理。4.实验实习完毕后，应将所借用的仪器、工具上的泥土清扫干净再交还实验室，由管理人员检查验收后发还学生证。三、测量仪器、工具的正确使用和维护1．领取仪器时必须检查(1)仪器箱盖是否关妥、锁好。(2)背带、提手是否牢固。(3)脚架与仪器是否相配，脚架各部分是否完好，脚架腿伸缩处的连接螺旋是否滑丝。要防止因脚架未架牢而摔坏仪器，或因脚架不稳而影响作业。2．打开仪器箱时的注意事项(1)仪器箱应平放在地面上或其他台子上才能开箱，不要托在手上或抱在怀里开箱，以免将仪器摔坏。(2)开箱后未取出仪器前，要注意仪器安放的位置与方向，以免用毕装箱时因安放位置不正确而损伤仪器。3．自箱内取出仪器时的注意事项(1)不论何种仪器，在取出前一定要先放松制动螺旋，以免取出仪器时因强行扭转而损坏制、微动装置，甚至损坏轴系。(2)自箱内取出仪器时，应一手握住照准部支架，另一手扶住基座部分，轻拿轻放，不要用一只手抓仪器。 (3)自箱内取出仪器后，要随即将仪器箱盖好，以免沙土、杂草等不洁之物进入箱内。还要防止搬动仪器时丢失附件。(4)取仪器和使用过程中，要注意避免触摸仪器的目镜、物镜，以免玷污，影响成像质量。不允许用手指或手帕等物去擦仪器的目镜、物镜等光学部分。4．架设仪器时的注意事项(1)伸缩式脚架三条腿抽出后，要把固定螺旋拧紧，但不可用力过猛而造成螺旋滑丝。要防止因螺旋未拧紧而使脚架自行收缩而摔坏仪器。三条腿拉出的长度要适中。(2)架设脚架时，三条腿分开的跨度要适中；并得太靠拢容易被碰倒，分得太开容易滑开，都会造成事故。若在斜坡上架设仪器，应使两条腿在坡下(可稍放长)，一条腿在坡上(可稍缩短)。若在光滑地面上架设仪器，要采取安全措施(例如用细绳将脚架三条腿连接起来)，防止脚架滑动摔坏仪器。(3)在脚架安放稳妥并将仪器放到脚架上后，应一手握住仪器，另一手立即旋紧仪器和脚架间的中心连接螺旋，避免仪器从脚架上掉下摔坏。(4)仪器箱多为薄型材料制成，不能承重，因此，严禁蹬、坐在仪器箱上。5．仪器在使用过程中要做到(1)在阳光下观测必须撑伞，防止日晒和雨淋(包括仪器箱)。雨天应禁止观测。对于电子测量仪器，在任何情况下均应撑伞防护。(2)任何时候仪器旁必须有人守护。禁止无关人员拨弄仪器，注意防止行人、车辆碰撞仪器。(3)如遇目镜、物镜外表面蒙上水汽而影响观测（在冬季较常见），应稍等一会或用纸片扇风使水汽散发。如镜头上有灰尘应用仪器箱中的软毛刷拂去。严禁用手帕或其他纸张擦拭，以免擦伤镜面。观测结束应及时套上物镜盖。(4)操作仪器时，用力要均匀，动作要难确、轻捷。制动螺旋不宜拧得过紧，微动螺旋和脚螺旋宜使用中段螺纹，用力过大或动作太猛都会造成对仪器的损伤。(5)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，应先旋紧制动螺旋。6．仪器迁站时的注意事项(1)在远距离迁站或通过行走不便的地区时，必须将仪器装箱后再迁站。(2)在近距离且平坦地区迁站时，可将仪器连同三脚架一起搬迁。首先检查连接螺旋是否旋紧，松开各制动螺旋，再将三脚架腿收拢，然后一手托住仪器的支架或基座，一手抱住脚架，稳步行走。搬迁时切勿跑行，防止摔坏仪器。严禁将仪器横扛在肩上搬迁。(3)迁站时，要清点所有的仪器和工具，防止丢失。7．仪器装箱时的注意事项(1)仪器使用完毕，应及时盖上物镜盖，清除仪器表面的灰尘和仪器箱、脚架上的泥土。(2)仪器装箱前，要先松开各制动螺旋，将脚螺旋调至中段并使大致等高。然后一手握住一起支架或基座，另一手将中心连接螺旋旋开，双手将仪器从脚架上取下放入仪器箱内。(3)仪器装入箱内要试盖一下，若箱盖不能合上，说明仪器未正确放置，应重新放置，严禁强压箱盖，以免损坏仪器。在确认安放正确后再将各制动螺旋略为旋紧，防止仪器在箱内自由转动而损坏某些部件。(4)清点箱内附件，若无缺失则将箱盖盖上、扣好搭扣、上锁。8．测量工具的使用(1)使用钢尺时，应防止扭曲、打结，防止行人踩踏或车辆碾压，以免折断钢尺。携尺前进时，不得沿地面拖拽，以免钢尺尺面刻划磨损。使用完毕，应将钢尺擦净并涂油防锈。(2)使用皮尺时应避免沾水，若受水浸，应凉干后再卷入皮尺盒内。收卷皮尺时，切忌扭转卷入。(3)水准尺和花杆，应注意防止受横向压力，不得将水准尺和花杆斜靠在墙上、树上或电线杆上，以防倒下摔断。也不允许在地面上拖拽或用花杆作标枪投掷。(4)小件工具如垂球、尺垫等，应用完即收，防止遗失。四、测量资料的记录要求 1.观测记录必须直接填写在规定的表格内，不得用其他纸张记录再行转抄。2.凡记录表格上规定填写的项目应填写齐全。3.所有记录与计算均用铅笔(2H或3H)记载。字体应端正清晰，字高应稍大于格子的一半。一旦记录中出现错误，便可在留出的空隙处对错误的数字进行更正。4.观测者读数后，记录者应立即回报读数，经确认后再记录，以防听错、记错。5.禁止擦拭、涂改与挖补。发现错误应在错误处用横线划去，将正确数字写在原数上方，不得使原字模糊不清。淘汰某整个部分时可用斜线划去，保持被淘汰的数字仍然清晰。所有记录的修改和观测成果的淘汰，均应在备注栏内注明原因（如测错、记错或超限等）。6.禁止连环更改，若已修改了平均数，则不准再改计算得此平均数之任何一原始数。若已改正一个原始读数，则不准再改其平均数。假如两个读数均错误，则应重测重记。7.读数和记录数据的位数应齐全。如在普通测量中，水准尺读数0325；度盘读数4°03′06″，其中的“0”均不能省略。8.数据计算时，应根据所取的位数，按“4舍6入，5前单进双不进”的规则进行凑整。如1.3144，1.3136，1.3145，1.3135等数，若取三位小数，则均记为1.314。9.每测站观测结束，应在现场完成计算和检核，确认合格后方可迁站。实验结束，应按规定每人或每组提交一份记录手簿或实验报告。第二部分环境工程测量学实验实验一常规测量仪器的认识与使用（水准仪、光学经纬仪、全站仪）（验证性实验、6课时）教师先示范性操作，讲解操作要点，注意事项等，然后由学生练习，教师流动负责解答学生的疑问。一、目的与要求1、水准仪部分（1）了解DS3微倾式水准仪的基本构造，各操作部件的名称和作用，并熟悉使用方法。（2）掌握DS3水准仪的安置、瞄准和读数方法。（3）练习四等水准测量一测站的测量、记录和计算。（4）熟悉自动安平水准仪的使用。2、经纬仪部分（1）熟悉DJ2经纬仪的基本结构及主要部件的名称、性能和作用（2）掌握DJ2光学经纬仪的基本操作和读数方法。（3）掌握用DJ2光学经纬仪按测回法测水平角、竖直角的方法及记录、计算方法，了解各项限差。3、全站仪部分（1）了解全站仪的基本结构与性能,各操作部件的名称和作用。（2）掌握全站仪的基本操作方法。二、主要仪器设备DS3微倾式水准仪、DS28自动安平水准仪、DJ2级光学经纬仪、电子全站仪（TOPCON335N2台、TOPCON335W、PENTAXPTSV2、NTS202各1台）、黑红双面3m水准尺1对、觇板4个、棱镜组8套、记录纸等。铅笔、小刀自备。三、主要步骤提示（一）水准仪部分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、 水准仪的使用水谁仪在一个测站上的操作顺序为：安置仪器--粗略整平--瞄准水淮尺--精确置平--读数。（1）安置仪器在测站上打开三脚架，按观测者的身高调节三脚架腿的高度，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，使脚架稳定。然后将水准仪从箱中取出平稳地安放在三脚架头上，一手握住仪器，一手立即用连接螺旋将仪器固连在三脚架头上。（2）粗平粗平即初步地整平仪器，通过调节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。首先相对转动两个脚螺旋，使圆水准器的水准气泡移向两脚螺旋的中间位置。再转动第三个脚螺旋，使气泡移到圆水准器的中心。熟练的操作,可以将上述二步骤合二而一,同时进行。即在相对转动两个脚螺旋的同时，转动第三个脚螺旋,使圆水准气泡居中。在整平的过程中，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，然后再调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。（3）瞄准水准尺①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。②初步瞄准：松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，大致进行物镜调焦使在望远镜内看到水准尺像，此时立即拧紧制动螺旋；③物镜调焦和精确瞄准：转动物镜调焦螺旋进行仔细调焦，使水准尺的分划像十分清晰，并注意消除视差。再转动水平微动螺旋，使十字丝的竖丝对准水准尺或靠近水准尺的一侧。（4）精平　　转动微倾螺旋，从气泡观察窗内看到符合水准器气泡两端影像严密吻合(气泡居中)，此时视线即为水平视线。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。（5）读数仪器精平后，应立即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毫米数(小于一格的估值)，然后再将全部读数报出，一般应一次读出四位数，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。读数时应迅速、果断、准确，读数后应立即重新检视符合水准器气泡是否仍旧居中，如仍居中，则读数有效，否则应重新使符合水准气泡居中后再读数。竖立标尺的要求是：一要竖直；二要稳当。立尺者应密切注意观测者的示意，及时做出响应。3、一测站四等水准测量练习按四等水准技术要求，在地面选定两点分别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，并完成测站记录、计算。变换仪器高再进行观测，两次所测高差之差不得超过±6mm。4、自动安平水准仪的认识及使用自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋。利用圆水准器粗平后，借助自动补偿器的作用可迅速获得水平视线的读数。操作简便，可防止微倾式水准仪在操作中忘记精平的失误。自动安平水准仪无制动螺旋，靠摩擦制动，操作过程与DS3微倾式水准仪大致相同，无需精平。（二）光学经纬仪部分1、认识DJ2光学经纬仪认识DJ2经纬仪的基本结构及主要部件，熟悉其性能和作用，包括基座、水平度盘、照准部等。DJ2级光学经纬仪读数设备的特点：（1）为了消除照准部偏心的影响，提高读数精度，采用符合读数的方法。使用时旋转测微手轮使对径分划线重合。（2）在读数显微镜内只能看到水平度盘或竖盘数的一种影像，通过度盘光路转换钮，分别看到它们的像。（3）为了简化操作程序，提高观测精度，现代DJ2级光学经纬仪都采用竖盘指标自动归零补偿器代替竖盘管水准器。2、光学经纬仪的安置首先指导教师在指定地点的地面上每组设立固定的地面点标志。在距离地面点标志 100米左右的二个方向上设置目标，即安置标杆(花杆)。（1）仪器安置将三脚架安置在地面标志点上。要求高度适当，架头概平，大致对中，稳固可靠。目估实现大致对中。从仪器箱中取出经纬仪放在三脚架架头上(手不放松)，位置适中。另一手把中心螺旋(在三脚架头内)旋进经纬仪的基座中心孔中，使经纬仪牢固地与三脚架连接在一起。（2）对中首先进行光学对中器对光(转动或拉动目镜调焦轮)，使之看清光学对中器的分划板和地面，同时根据地面情况辨明地面点的大致方位。踏紧三脚架一条脚腿，双手分别抓住三脚架的另二个脚腿适当位置，前后左右移动脚腿，同时眼睛在光学对中器目镜中观察分划板标志与地面点的相对位置不断发生变化情况，直到分划板标志与地面点重合为止。（3）粗平观察圆气泡的偏离方向，踏着该方向三脚架一条脚腿脚蹬处，左手别住脚腿螺栓处，右手松开脚腿固定螺栓，升降脚腿调整圆气泡居中。升降脚腿时不能移动脚腿地面支点。升降时左手指抓紧脚腿上半段，大拇指按住脚腿下半段顶面，并在松开箍套旋钮时以大拇指控制脚腿上下半段的相对位置实现渐进的升降。一般仅调整一条脚腿难于使圆气泡完全居中，在上一步操作中，若不能使圆气泡一步居中，则将其调整到另一条腿的升降方向，继续采用同样的方法调整。一般调整两次即可。此时应再检查一下对中的情况，若偏离不超过中心1格，可继续进行下一步。若偏离较大，则先稍微松动三脚架中心螺旋（注意：不是完全松开），在三脚架面上平移基座，同时眼睛在光学对中器目镜中观察分划板标志与地面点的相对位置不断发生变化情况，直到分划板标志与地面点重合为止。（4）精平任选二个脚螺旋，转动照准部使管水准轴与所选二个脚螺旋中心连线平行，相对转动二个脚螺旋使管水准器气泡居中。管水准器气泡在整平中的移动方向与转动脚螺旋左手大拇指运动方向一致。转动照准部90°，转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中。重复这两步使水准器气泡在任何方向都精确居中。整平工作视需要应重复一二次。3、水平度盘的配置（不要求，但示范）①转动照准部使望远镜瞄准起始方向目标；②打开度盘变换钮的盖子(或控制杆)，转动变换钮，同时观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求；③关闭度盘变换钮的盖子(或控制杆)。4、瞄准目标的方法（1）一般瞄准方法:①正确做好对光工作，先使十字丝象清楚，后使目标象比较清楚；②大致瞄准，即松开水平、垂直制动螺旋(或制动卡)，按水平角观测要求转动照准部使望远镜的准星对准目标，旋紧制动螺旋(或制动卡)；③精确瞄准，即转动水平、垂直微动螺旋，使望远镜的十字丝象的中心部位与目标有关部位相符合。（2）水平角测量的精确瞄准:要求目标象与十字丝象靠近中心部分的纵丝相符合；如果目标象比较粗，则用十字丝的单纵丝平分目标；如果目标象比十字丝的双纵丝的宽度细，则目标象平分双纵丝。5、度盘读数注意事项在经纬仪瞄准目标之后从读数窗中读水平方向值。读数时应注意:（1)读数窗的视场明亮度好。如果明亮度差，则应调整采光镜，让更多的光进入光学系统，使读数窗视场清晰。（2)按不同的角度测微方式读数，精确到测微窗分划的0.1格。如按分微尺测微方式读数，直接从读数窗读度数和分微尺上的分，估读到0.1′。（3）在观测中，读数与记录应"有呼有应，有错即纠"。即记录者对读数回报无误后再记；纠正记错的原则"只能划改，不能涂改"。（4)最后的读数值应化为度、分、秒的单位。6﹑水平度盘的读数 在测站上安置好仪器，完成对中整平工作，瞄准目标后，水平度盘读数方法如下：（1）旋转光路转换钮，使轮上指示线处于水平位置。（2）打开水平反光镜，使读数镜内亮度适当。（3）调节读数目镜，使读数的分划线清晰。（4）旋转测微手轮，使上、下度盘影像作相对运动，以至达到上、下度盘刻划影像完全对齐——精确符合。（5）读度盘读数和测微器读数，合起来得到度、分、秒完整的读数。7﹑竖盘读数方法竖盘读数方法与水平盘读数基本一致，有两点区别：（1）旋转换像手轮时，使轮上的指示线处于竖直位置。（2）在读数前要旋转锁紧手轮，打开补偿器开关，使补偿器处于工作状态。（三）全站仪部分（另提供仪器操作说明书）1、了解全站仪的主要部件及作用认识全站仪的基本结构及主要部件，熟悉其性能和作用。全站仪由电子经纬仪、测距仪和微处理器三部分组合。测距仪、微处理器分别内藏在望远镜和照准部支架一侧。从外部来看经纬仪的操作旋纽，全站仪都有。两者的主要差别在于全站仪有按键和显示屏。这是操作者经常使用的部件。2﹑全站仪的使用（1）仪器的安置：全站仪安置在三脚架上（方法同经纬仪），在测站上做好仪器对中、整平工作。（2）反射器在测点做好对中、整平工作。（3）角度、距离、坐标测量方法及数据存储。另提供仪器操作手册。四、记录计算表三、四等水准测量外业记录用表观测：记录：成像：测站编号后视尺下丝前视尺下丝方向及尺号标尺读数黑+k减红高差中数备注上丝上丝后视距前视距黑面红面视距差d∑d后 前后-前后 前后-前后 前后-前 计算：复核：观测日期：水平角测量外业记录用表观测：记录：成像：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°′″盘左盘右盘左盘右盘左盘右盘左盘右计算：复核：观测日期：竖直角测量外业记录用表观测：记录：成像：测站及仪器高目标及高度度盘位置竖盘读数°′″半测回竖直角°′″指标差″一测回竖直角°′″左右左右左右左右 计算：复核：观测日期：实验二全站仪大比例尺地形图测绘（综合性实验、4课时）一、目的与要求1、进一步熟悉全站仪的基本操作方法。2、掌握用全站仪草图法进行大比例尺地面数字测图外业数据采集的作业方法，初步了解数字测图系统软件CASS7，地形图输出方法。3、熟悉大比例尺地形图数字测图基本流程。二、主要仪器设备电子全站仪（TOPCON335N2台、TOPCON335W、PENTAXPTSV2、NTS202各1台）、棱镜组8套、记录纸等。铅笔、小刀自备。三、主要步骤提示教师先示范性操作，讲解操作要点，注意事项等，然后由学生练习，教师流动负责解答学生的疑问。本实验测图比例尺为1∶500。（1）安置全站仪：对中整平，检查中心连接螺旋是否旋紧。（2）开机：打开全站仪电源，设置仪器参数。（3）进入“数据采集”菜单，根据提示输入测站、后视等信息。（4）碎部测量（直接测坐标、自动储存数据），画草图。每站数据采集结束时，应对起始方向进行检测，归零差不得大于1′。（5）将全站仪原始数据文件输入计算机。（6）内业编辑成图。（教师演示，提供软件CASS6和数据供学生课余练习）（7）地形图打印输出。（教师演示）四、局部样图示例 实验三建筑与管道工程勘测与施工放样（设计性实验，2课时）一、目的与要求1、掌握水准仪高程放样基本方法。2、掌握全站仪极坐标工程放样基本方法。3、熟悉建筑物、管线放样基本工作程序。4、掌握断面展绘与线状工程土方计算方法。二、主要仪器设备每小组自动水准仪1台、水准尺1对、电子全站仪1台（TOPCON335N2台、TOPCON335W、PENTAXPTSV2各1台）、棱镜组1套、CASIOfx4500P计算器1个等。铅笔、小刀自备。三、主要步骤提示教师提供校园基本地形图（1：500）和必要的测量控制点，并提出具体作业要求，要求学生完成相关的工程勘测与施工放样过程，教师只在现场进行方法提示。1﹑室内地平标高的测设某建筑物±0海拔高为96.5m，现场指定位置要求学生实地标定。（1）将水准仪安置于A点与待定点大致等距处，立水准尺于A点，读得后视读数为a。（2）计算在测设点的应读数b=Ha+a-Ho（3）在测设点处将木桩逐渐打入土中，使立在桩顶得水准尺的前视读数最后等于b，则桩顶就是±0位置。2、全站仪极坐标法建筑基线测设给定某建筑物角点设计坐标（见附图），要求学生实地标定建筑中轴线。（1）放样元素计算；（2）全站仪拨角、测距放样；（3）实地标定点位。3、全站仪极坐标法管道中线放样给定某管道中心线（见附图），要求学生实地标定BP0+000、0+050、0+100、0+111.102。 （1）放样元素计算；（2）全站仪拨角、测距放样；（3）实地标定点位。4、管道工程纵断面展绘与土方计算给定管道设计开挖横断面（横断面为梯形，BP0+000设计开挖沟底高为94.5m，坡度-0.5%，下口宽2米，边坡1:1.5，），要求学生测量中心点地面标高（要根据实际地面起伏状况加密上述中线点），并根据设计断面计算填挖方。（1）水准仪测量管道中心点地面标高；（2）纵断面展绘；（3）横断面绘制与计算；（4）土方计算。5、上交资料（1）放样数据计算及放样简图。（2）水准测量记录计算表。（3）各桩点填挖高计算表、纵断面图、断面土方计算表。（4）实习报告。四、基本测量控制资料及图件校园平面、高程控制成果表点名标志类型等级X坐标(m)Y坐标(m)高程(m)位置JY02钢钉D级92306.773410933.65496.081新图书馆前排水沟边（正对旗杆）DL-1钢钉I级92351.072410981.97896.152学生宿舍中五栋西面三叉路口DL-2钢钉I级92368.910411087.06899.795田家炳师范大楼西面十字路口DL-7钢钉I级92247.341411088.91799.827锡昌科技楼西南角三叉路口DL-8钢钉I级92244.895410989.49095.495荣发阁西北角三叉路口DL-9钢钉I级92238.192410931.37994.523金利来阶梯教室北面三叉路口制表：检核：日期：