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1、大地测量学基础课堂实验指导书基本说明1.课堂实验与理论课相互结合，同步进行；2.本课程实验项目在 2 学时内完成；3.为了使同学们在参加实验时有的放失，了解实验的目的和要求，以及实验的操作过程和方法，特编写此说明书。实验一 精密光学经纬仪认识实验一、目的与要求：掌握 J2 型精密经纬仪构造及使用方法；掌握用 J2 型精密经纬仪的读数方法；二、计划与设备：1实验时数 2 学时，实验组由 23 人组成。2实验设备：J 2 精密经纬仪，每组一台。三、实验内容：在认识与掌握 J2 型精密经纬仪各部件的名称和构造特点基础上，操作实习其使用方法；对 J2 型精密经纬仪的测微器构造进行分析与了解，掌握仪器的
2、读数方法。四、实验方法与步骤：1由教师用实物讲解 J2 型精密经纬仪的品牌类型、构造特点、使用方法、维护及保养知识。2.在教师指导下，认识 J2 型精密经纬仪的构造特点用于大地测量的 J2 型精密测角仪器其基本构造原理和数字测图原理与方法课第二章中所介绍的 J6 级普通经纬仪相同。由于大地测量方向观测值精度要求高，目标又远，因此仪器各个部件都特别精密，与普通经纬仪相比，在构造上有如下一些特点： 望远镜：望远镜是经纬仪的照准设备。为了提高望远镜的瞄准精度，望远镜必须具有较大的放大倍率。J 2 型精密经纬仪为 3540 倍。 此外，精密测角仪器的望远镜一般采用内对光式。为了消除像差，望远镜还采用复
3、合式物镜。水平度盘和读数设备：度盘是量测角度的标准器，它的精确程度直接影响测角的精度。度盘的精度与度盘的格值有关，格值越小，精度越高。但小的格值必然会使分划线数目增加，从而加大度盘的直径，增加仪器的体积和重量，这显然是不现实的。J 2 型精密经纬仪采用适当增加度盘直径，使格值较小，并采用测微器来量取不足一格值的角值； J2 型精密经纬仪度盘直径一般为 75160mm，格值为 20（J 2） 。采用精密的光学测微器读数设备，使读数精度大大地提高，可直读 120。目前国外有些仪器的水平度盘按新度分划，圆周分为 400g(新度) ，最小格值为 l0C(新分)，侧微器的最小格值为 1cc(新秒) 。它
4、的特点是十进制系统。水准器：水准器是安置仪器成水平或垂直状态的标准器。为了正确地整平仪器，以消除仪器纵轴不垂直和横轴不水平引起的观测误差，或者测出它们的偏差，对观测水平角和垂直角加以改正，所以在 J2 精密经纬仪上均装有较精密的水准器。其格值一般为 510,有的达 2。仪器的纵轴构造：J 2 精密经纬仪采用标准式柱形(J 2)轴或半运动式柱形 (T3)轴。其特征是轴心长，虽承受着较重的照准部，也能保证旋转稳定，而且照准部与水平度盘完全隔离，旋转照准部时不会引起度盘带动。蔡司 010 和我国 J2 型经纬仪都采用标准式柱形轴，为了减少轴与轴套间的接触面积从而减少摩擦力，在轴套中间切削一段。这种轴
5、系能承担较重的照准部，转动平稳，但加工的工艺要求高，轴与轴套之间的间隙不能调整，转动摩擦也较大。威特（WILD)T3 和 T2 均采用半运动式柱形轴，照准部旋转转轴为钢制空心筒,基座轴顶安装有滚珠以减少磨擦,这种轴系优点是磨擦力小,缺点是没有调节的余地。对照仪器逐件认识 J2 型光学经纬仪的外部结构并掌握其特点：属于这个类型的仪器较多，主要有苏州第一光学仪器厂生产的 J2 经纬仪，东德蔡司厂抽 010 经纬仪，瑞土威特厂的 T2经纬仪等。这些仪器在基本结构和读数方法上是相似的。威特 T2 的外部结构和内部光路与T3 完全类似。蔡司 010 的外部结构和内部光路与苏光 J2 基本相似。蔡司 01
6、0、苏光 J2 经纬仪外部结构的主要部件有：望远镜制动螺旋；测微器手轮；望远镜垂直微动螺旋；望远镜水平微动螺旋；脚螺旋；度盘换象钮；照准部制动螺旋；准心；望远镜目镜；读数显微镜目镜；安平水准器；圆水准器；光学对点器目镜；指标水准器观察棱镜；水平度盘位置变换钮。蔡司 010 经纬仪水平度盘直径 84mm，格值 20。竖直度盘直径为 6cm，格值 20。仪器望远镜物镜直径为 53mm，望远镜长度为 135mm，最短视距 2m。望远镜的放大倍率为 3l 倍。照准部水准器格值为 20/2mm，垂直度盘水准器格值也为 20/2mm 。仪器本身重量为 53kg。内部光路蔡司 010 经纬仪的内部光路：与威
7、特 T2 经纬仪的反射式光路不同，蔡司 010 经纬仪的读数光路为透射式光路。3操作仪器掌握仪器各部件使用方法和读数方法以 T2 为例，2级光学经纬仪的度盘格值为 20，读数使用测微器进行，由于测微器采用两块平行玻璃板系 统将度盘读数区成象于读数窗内，当转动测微轮时，度盘上、下 两排分划线作相对等量移动，因此上、下分划线最大的移动量为 10，所以在秒盘上只刻出 10的距离即可。为读数方便，又把 10的距离分划成 60 分格(大格) ，每一分格又分成 l0 小格，共有 600 小格，故每小格代表 1。T 2 光学经纬仪可直接读至1，估读到 0.1。J2 光学经纬仪水平度盘成像的基本情况如右图示，
8、其度盘读数为 9110，测微器读数为 716.0,最后读数为 911716.0。读数步骤为：调节测微轮使度盘对径分划影像重合，在度盘读数区读取盘读数为 9110，在测微器读取不足 10部分，即 716.0，两部分相加得最后读数 911716.0读数时通过旋测微轮使对径分划重合两次，测微器读数应取两次读数的均值。J1 型仪器如威特 T3（新）光学经纬仪，其 测微器的构造与 T2 相同，读数方法也相同。但因 T3 度盘 格值为4，测微器量度范围是 2，共分 60 大格， 即每大格代表 2，一大格又分为 10 小格，所以测微器秒 盘格值为0.2，读数时通过旋测微轮使对径分划重合两 次，读取两次测微器
9、（秒盘）读数，小数点前的取均值，小数点后的相加作为秒盘读数的最终值，此最终值与度盘读数相加即为度盘的最后读数。右图为 T3（新）光学经纬仪读数，度盘读数为 7326，秒盘的两次读数分别为：第一次：158.9第二次：158.8最后读数为：732759.7五、实验场地场地应选择具有开阔视野，在 2km 左右距离附近有可供仪器瞄准的目标（如较标准的避雷针、天线等）的地方作实验场地。六、实验结果整理实验应获得一定的观测数据，含用正倒镜瞄准目标读数的结果，并比较其较差，较大时说明瞄准或读数有误，应进行分析找到原因，并重新读数。七、实验报告要求：1实验过程简述，附图、表等。2仪器正倒镜读数记录、分析与评价
10、，体会；实验报告格式实验题目：仪器型号： 仪器编号： 实验日期： 实验过程简述及实验成果：对实验成果的评价与分析：体会：专业班级 组别： 姓名：教师评语及成绩：八、注意事项1 实验前认真阅读测量实验需知，不折不扣的执行仪器保护的有关规定。2 实验过程中仪器旁必须始终有人看护。3 操作仪器一定要轻柔，不得野蛮操作，不知道或不太清楚如何操作时，须先向指导教师问询后再操作。九、实验考题1 说出 J2 型精密经纬仪各部件的名称和构造特点。2 说明 J2 型精密经纬仪的基本操作方法3 叙述 J2 型精密经纬仪的测微器构造特点，简述读数方法。4 正倒镜读数相差较大的原因可能在哪些？5 为什么要用对径分划重
11、合法读数？实验二 精密经纬仪进行方向观测实验一、目的与要求：1掌握用方向观测法测水平方向。2掌握用中丝法或三丝法观测垂直角。3了解水平方向和垂直角观测限差。二、计划与设备：1实验时数 2 学时，实验组由 23 人组成。2实验设备：J 2 精密经纬仪。三、实验内容在测站点对中、整平仪器，选取 4 个或 4 个以上观测目标进行方向观测法测量水平角，每人一测回，并记录观测成果； 限差执行城市测量规范四等网角度测量要求；四、方法与步骤： 1）方向观测法观测水平角。方向观测法的程序和规则 操作程序 方向观测法是在一测回内把测站上所有观测方向，先盘左位置依次观测，再盘右位置依次观测，取盘左、盘有平均值作为
12、各方向的观测值。如图所示，测站点 O 周围有待测目标A、B 、 C、D、 E，首先选择其中一个方向(如 A)作为起始方向。用盘左位顺时方向旋转照准部，依次照准 A、 、c、D 、E、A，读取观测值，称为上半测回；然后纵转望远镜，用盘右位置逆时针方向旋转照准部，仍从 A 开始，依次照准 E、D、C、B、A 并读数，称为下半测回。上、下两个半测回合起来称为一个测回。A 方向常称为零方向，要求每半测回观测闭合到零方向检查观测过程中水平度盘有无方位变动，上、下半测回观测均构成一个闭合圆这种闭合操作称为“归零” 。当方向数不超ABECDO过 3 个时，由于半测回持续时间较短，可以不归零。观测规则 (1)
13、选择距离适中、通视良好、成像清晰的方向为零方向(起始方向) 。在方向观测法中，每半测回都闭合至零方向，每一测回的各方向观测值都是相对于零方向而言的，所以零方向选择的质量，对所有观测方向值的精度都有影响。(2)观测前，应认真调好焦距，消除视差。在一个测回观测过程中，不得重新调焦，以免引起视准轴变动，在转动望远镜时，应防止用手触动调焦螺旋。(3)上、下半测回照准目标的次序相反，并使每一目标的观测操作时间大致相等，以消除或减弱与时间成比例、均匀变化的误差影响。观测过程中，如个别方向(其数目不应超过观测方向总数的 13)的目标暂不清晰，可临时放弃，待清晰时补测。补测时只须联测零方向。 (4)每一测站点
14、均应进行多测回观测。其测回数目取决于测量等级和选用的仪器。各个测回应均匀地分布在度盘和测微尺的不同位置上。J2 型仪器度盘位置变换表等 级 三 等 四 等内容 三角 导线 三角、导线测回数 9 10 61 0 00 33 0 00 502 20 11 40 30 12 303 40 22 47 60 24 104 60 33 53 90 35 505 80 45 00 120 47 306 100 56 07 150 59 107 120 07 138 140 08 309 180 29 27(5)观测过程中，应保持仪器的垂直轴始终居于铅垂位置。为此，在观测过程中水准管气泡中心偏离整置不得超过
15、 l 格。气泡位置接近这一限度时，应在测回之间重新整置仪器。观测手簿的记录 首先根据上表，对好零方向所在的度盘位置和测微器位置，然后依次进行各方向的观测，远镜后下半测回观测各目标的读数记录，这时照准部逆转，所以记录由下往上，角一方向仍读数 2 次，取平均值作为观测值。在观测过程中，记录者应及时进行下列计算（1）归零差 A 的计算 归零差即半测回中起始方向观测的闭合差，分别按上、下半测回计算，并记入手簿末行。（2)两倍视准轴误差 2c 的计算 当进行下半测回观测时，对各方向要随时算出 2c 记入表中 2c 栏内。(3)各方向平均值的计算 在计算出 2c 后，同时计算出每一方向的盘左、盘右中数。（4）方向值计算记录要明确、字迹工整、纸面整洁、格式统一。凡更正错误，均应将错字整齐划去，其上方填写正确的文字或数字，禁止涂擦。观测限差 为了保证观测成果的精度，根据误差理论和大量实验结果，对同类观测量之间的差规定一个界限，称为限差。在限差以内的观测成果认为合格，超限成果则不合格，应舍去并重新进行观测。规范中对方向观测的各项限差规定等级 仪器型号两次重合读数/（）半测回归零差2C 互差同一方向测回间互差J1 1 6 9 6二三四等三角及三四等导线J2 3 8 13 9观测成果的取舍和整理 成果的取舍与重测重测：在基本测回(即规定数目的测回 )完成以后，
