《矿山测量学》课程实验指导书

江西理工大学矿山测量学实验指导书2009.8江西理工大学《矿山测量学》课程实验指导书前言本书作为应用型本科院校非测量专业《矿山测量学》的配套教材，主要用于矿山测量学课程的课间实验教学。测量实验是“矿山测量学”课堂教学期间讲授某一章节以后安排的实践性教学环节。通过测量实验，加深对测量基本概念的理解，初步掌握测量工作的实际操作技能，也为课程后续内容的学习打下好的基础。全书共分四部分，第一部分为绪论；第二部分为基本实验指导，本书根据《矿山测量学》的教学大纲的实验要求，共列出4个实验项目，其顺序基本上按照《矿山测量学》的教学次序安排。实验项目应由教师在每次布置实验课任务时通知，以便预习，在实验前明确实验的内容和要求；第三部分为实验报告；第四部分为参考文献。由于编者水平有限，书中难免存在疏漏及错误，诚请使用本书的教师和同学及其他读者批评指正。目录第一部分绪论第二部分基本实验指导第三部分实验报告第四部分参考文献第一部分绪论本实验指导书是根据《矿山测量学》课程实验教学大纲编写，适用于采矿工程专业。一、本课程实验的作用与任务1.课程实验的作用⑴通过测量实验不仅可以让学生熟悉测量仪器的构造和使用方法，培养学生进行测量工作的基本操作技能，而且可以使学到的书本理论知识与实践紧密相结合起来，进一步验证、巩固在课堂上所学的知识。⑵通过测量实验可以激发学生的学习热情和积极性，进而促进课堂教学，提高教学的效果和质量。2.课程实验的任务⑴水准仪的认识及使用⑵普通水准测量（闭合路线）⑶经纬仪的认识及使用⑷测回法观测水平角3.课程实验的要求⑴实验之前必须复习教材中所学的相关内容，认真仔细地阅读实验指导书，明确实验的目的要求、实验操作的方法步骤及实验过程中的注意事项，以确保教学实验按时、按质、按量的完成。⑵实验分小组进行，组长负责本组的组织与协调工作，办理所用仪器和工具的借领和归还手续。⑶实验在校内指导教师规定的时间和地点进行，无故不得缺席或迟到早退，不得擅自更改实验的内容要求。⑷在实验过程中或结束时，发现仪器或工具有损坏或遗失等情况，应及时报告给指导教师，同时要查明原因，根据事由情节的轻重，给予适当的处理或赔偿。⑸实验结束时，应经实验指导教师检查实验记录，同意后方可交还仪器和工具，在交还仪器和工具时，应经实验室管理教师检查和清点仪器和工具，确认无损坏或遗失等情况后，方可离开实验室。⑹实验结束以后，应按上课教师的要求，提交书写工整、规范的实验报告或作业记录。二、本课程实验的基础知识水准测量的基本原理与方法、角度测量的基本原理与方法、距离测量的基本原理与方法、极坐标法测设点的平面位置的方法等。三、本课程实验教学项目及要求序号实验项目名称学时实验类别实验要求实验类型每组人数主要设备名称目的和要求一水准仪的认识及使用2基础必开验证4-5水准仪、水准尺掌握水准仪的构造，安置，读数二普通水准测量（闭合路线）2基础必开综合4-5水准仪、水准尺掌握等外闭合水准测量的选点、观测、记录、计算三经纬仪的认识及使用2基础必开验证4-5经纬仪掌握经纬仪的构造、观测、记录、计算四测回法观测水平角2基础必开验证4-5经纬仪掌握测回法测量水平角的观测、记录、计算第二部分基本实验指导实验一水准仪的认识和使用一、实验目的1.了解DS3型水准仪的构成部件、名称、功能作用及操作要领。2.熟悉水准仪的安置、瞄准和读数。3.掌握地面两点间高差的计算。二、实验原理——水准测量原理（一站式）水准测量不是直接测定地面点的高程，而是先测出两点间的高差，然后求得未知点的高程。如图2-l-1所示，在两个点上分别竖立水准尺，利用一种称为水准仪的测量仪器提供的一条水平视线，在水准尺上读数，求得两点间的高差，从而由已知点高程推求未知点高程。设已知A点高程为HA，今用水准测量方法求未知点B的高程HB。在A、B两点中间安置水准仪，并在A、B两点上分别竖立水准尺，根据水准仪提供的水平视线在A点水准尺上的读数为a，在B点水准尺上的读数为b，则A、B两点间的高差为hAB＝a－b(2.1.1)图2-1-1水准测量原理设水准测量是由A点向B点进行，如图2-1-l中的箭头所示，则规定A点为后视点，其水准尺读数a为后视读数，B点为前视点，其水准尺读数b为前视读数。由此可见，两点之间的高差是“后视读数”减“前视读数”。如果a＞b，则高差hAB为正，表示B点比A点高；如果a＜b，则高差hAB为负，表示B点比A点低。在计算高差hAB时，一定要注意hAB下标AB的顺序：hAB表示A点至B点的高差，hBA则表示B点至A点的高差，两个高差绝对值相同而符号相反，即hAB＝－hBA（2.1.2）测得A、B两点间高差hAB后，则未知点B的高程HB为HB=HA十hAB=HA十（a－b）（2.1.3）由图2-1-1可以看出，B点高程也可以通过水准仪的视线高程（也称为仪器高程）来计算，视线高程Hi等于A点的高程加A点水准尺上的后视读数a，即Hi=HA十a（2.1.4）则HB=HA十hAB=(HA十a)－b=Hi－b（2.1.5）即未知点高程等于视线高减去未知点上的水准尺读数。一般情况下，用（2.1.3）式计算未知点B的高程HB，称为高差法。当安置一次水准仪需要同时求出若干个未知点的高程时，则用（2.1.5）式计算较为方便，这种方法称为视线高法。此法是在每一个测站上测定一个视线高程作为该测站的常数，分别减去各待测点上的水准尺读数，即可求得各未知点的高程，这在建筑工程中经常用到。三、主要仪器及耗材1.DS3型水准仪每组一台，水准尺一副，尺垫一对。四、实验内容和步骤（设计性项目可无此项目）1.实验内容⑴了解DS3型水准仪的构成部件、名称及功能作用。⑵练习水准仪的安置、瞄准和读数。⑶测量地面两点间的高差。⑷完成实验报告一的编写，每人提交一份。2.实验步骤⑴安置仪器将三脚架张开，使其高度适当，架头大致水平，并将脚架尖踩入泥土中，然后用连接螺旋将仪器固定连接在三脚架上。⑵认识仪器了解仪器各构成部件的名称及其功能作用，并熟悉其使用方法。与此同时，了解并熟悉水准尺的分划注记。⑶粗略整平先对向转动两只脚螺旋，使圆水准器气泡向其连线的中间移动并居中；居中后，再转动另一个脚螺旋，使气泡居于圆水准器的中间。⑷瞄准转动目镜调焦螺旋，使十字丝影像清晰；转动仪器，先用准星和照门瞄准水准尺，拧紧制动螺旋，再转动微动螺旋，使水准尺清晰成像在十字丝平面上。当影像不太清晰时，应转动对光螺旋，使目标影像清晰，并消除视差。⑸精平与读数在水准管视域窗口观察，转动微动螺旋，使符合水准器气泡两端的半影像吻合。此时视线处于精确水平状态，在同一时间用中丝在水准尺上直接读取m、dm、cm，估读mm，即读出四位有效数字。五、实验注意事项⑴不能在没有消除视差的情况下读数。⑵在水准尺上读数时，符合水准器气泡必须严格符合，不能用脚螺旋来调符合水准器，使其气泡居中。六、思考题l．用水准仪测定A、B两点间高差，已知A点高程为HA=108.016m，A尺上读数为1.164m，B尺上读数为1.828m，求A、B两点间高差hAB为多少？B点高程HB为多少？绘图说明。2.DS3型水准仪有哪几条主要轴线？它们之间应满足哪些几何条件？为什么？3．水准测量中为什么要求前后视距相等？实验二水准测量一、实验的目的1.掌握普通水准测量的观测、记录、计算和检核的方法。2.掌握水准测量的闭合差的调整与分配3.掌握各待定点高程的计算方法。二、实验原理——水准测量原理（多站式或连续水准测量）水准测量不是直接测定地面点的高程，而是先测出两点间的高差，然后求得未知点的高程。如设已知A点高程为HA，今用水准测量方法求未知点B的高程HB。但由于A、B两点间高差可能较大或相距较远从而视线超过了允许的长度，安置一次水准仪（一个测站）不能测定这两点间的高差。此时可在沿A点至B点的水准路线中间增设若干个必要的临时立尺点，称为转点，根据水准测量原理依次连续地在两个立尺点中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，最后取各个测站高差的代数和，即求得A、B两点间的高差值，这种方法称为连续水准测量。如图2-2-1所示，欲求A、B两点间高差hAB，在A点至B点水准路线中间增设（n－l）个临时立尺点（转点）TP.1～TP.n－l，安置n次水准仪，依次连续地测定相邻两点间高差h1～hn，即图2-2-1连续水准测量h1＝a1－b1h2＝a2－b2…hn＝an－bn则hAB＝h1+h2+h3+…+hn＝∑h＝∑a-∑b（2.2.1）（2.2.1）式∑a为后视读数之和，∑b为前视读数之和，则未知点B的高程为HB=HA十hAB=HA十（∑a-∑b）（2.2.2）A、B两点间增设的转点起着传递高程的作用。为了保证高程传递的正确性，在连续水准测量过程中，转点须安放尺垫，而且在相邻测站的观测过程中，要保持转点（尺垫）稳定不动；同时要尽可能保持每个测站的前后视距大致相等；还要通过调节前、后视距离，尽可能保持整条水准路线中的前视视距之和与后视视距之和基本相等，这样有利于消除（或减弱）地球曲率和某些仪器误差对高差的影响。三、主要仪器及耗材1.DS3型水准仪每组一台，水准尺一副，尺垫一对。四、实验内容和步骤（设计性项目可无此项目）1.实验内容⑴在实验场地内选定一条闭合水准路线，其长度安排5-6站为宜，中间转点均视为待定点。⑵从已知点A出发，水准测量依次至各个中间转点，然后再回到A点。根据已知A点的高程（或假设高程）及各个测站观测所得的高差，计算水准路线的高差闭合差，检查其闭合差是否超限。若超限，应重测；反之，应对其闭合差进行调整与分配，求出各待定点的高程。⑶完成实验报告二，每人上交一份报告。2.实验步骤⑴其推求值与已知值应当相等，以此作为高程计算正确性的检核。选定水准路线的前进方向，在A——A点中间要设立若干个转点。第一站安置在A点至转点1之间，其间距应不超过100米，注意仪器安置的前、后视距大约相等。⑵操作程序是后视A点上的水准尺，精平后用中丝读取后尺读数，记入实验报告二的表1中；前视转点1上的水准尺，精平后读取前尺的读数，记入实验报告二的表1中；然后，计算该站的高差。⑶迁至第2站，即转点1至转点2之间，继续重复上述操作程序，依次直至回到A点。⑷根据已知点A的高程及各测站计算所得的高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查高差闭合差是否超限。①闭合水准路线（A——A）闭合差的计算0h理hfh测平地：40hfL允mm②等外水准测量的高差闭合差允许值山地：12hfn允mm式中：L——附合水准路线A、B间的距离（km）n——测站数⑸若高差闭合差在容许范围内，则对高差闭合差进行调整与分配。①分配的前提条件：hf＜hf允②具体的分配办法闭合水准路线高差闭合差的分配，一般是按与测站数成正比将闭合差反号分配到各测段高差中，或按与路线长度成正比分配闭合差。设第i测段的改正数为iv，则根据上述法则就有：hiifvnn或hiifvlL式中n——所有测段测站数总和；in——第i测段的测站数；L——水准路线总长度，km；il——第i测段长度，km。闭合差分配后，可用下式检核计算的正确性：hvf⑹计算各待定点的高程消除闭合差后，即可根据已知水准点的高程和改正后的高差逐一推算出水准点的高程。当推求至最后一个已知点时，五、实验注意事项⑴在每次读数之前，要消除视差，并使符合水准器气泡严格居中。⑵在已知点和待定点上不能放尺垫，但转点上必须放尺垫；在仪器迁站时，前视点的尺垫不能移动。六、思考题1．安置水准仪在A、B两固定点之间等距处，已知A、B两点相距80m，A尺读数a1=1.522m，B尺读数b1=1.318m，然后搬水准仪至B点附近，又读A尺上读数a2=1.495m，B尺上读数b2=1.266m。问：水准管轴是否平行于视准轴？如果不平行，当水准管气泡居中时，视准轴是向上倾斜还是向下倾斜？i角值是多少？2．如图2-2-2所示闭合水准路线，图上注明各测段观测高差及相应水准路线测站数，试计算改正后各点高程？图2-2-2闭合水准路线略图实验三经纬仪的认识和使用一、实验的目的1.熟悉DJ6型光学经纬仪各主要