礦山測量學課程實驗指導書

1、江 西 理 工 大 學礦 山 測 量 學 實 驗指導書2009.8江西理工大學 礦山測量學課程實驗指導書前言本書作為應用型本科院校非測量專業(yè)礦山測量學的配套教材，主要用于礦山測量學課程的課間實驗教學。測量實驗是“礦山測量學”課堂教學期間講授某一章節(jié)以后安排的實踐性教學環(huán)節(jié)。通過測量實驗，加深對測量基本概念的理解，初步掌握測量工作的實際操作技能，也為課程后續(xù)內容的學習打下好的基礎。 全書共分四部分，第一部分為緒論；第二部分為基本實驗指導，本書根據礦山測量學的教學大綱的實驗要求，共列出4個實驗項目，其順序基本上按照礦山測量學的教學次序安排。實驗項目應由教師在每次布置實驗課任務時通知，以便預習，在實

2、驗前明確實驗的內容和要求；第三部分為實驗報告；第四部分為參考文獻。 由于編者水平有限，書中難免存在疏漏及錯誤，誠請使用本書的教師和同學及其他讀者批評指正。目錄第一部分 緒論第二部分 基本實驗指導第三部分 實驗報告第四部分 參考文獻 第一部分 緒論本實驗指導書是根據礦山測量學課程實驗教學大綱編寫，適用于采礦工程專業(yè)。一、 本課程實驗的作用與任務1.課程實驗的作用 通過測量實驗不僅可以讓學生熟悉測量儀器的構造和使用方法，培養(yǎng)學生進行測量工作的基本操作技能，而且可以使學到的書本理論知識與實踐緊密相結合起來，進一步驗證、鞏固在課堂上所學的知識。通過測量實驗可以激發(fā)學生的學習熱情和積極性，進而促進課堂教

3、學，提高教學的效果和質量。2.課程實驗的任務3.課程實驗的要求 實驗之前必須復習教材中所學的相關內容，認真仔細地閱讀實驗指導書，明確實驗的目的要求、實驗操作的方法步驟及實驗過程中的注意事項，以確保教學實驗按時、按質、按量的完成。實驗分小組進行，組長負責本組的組織與協調工作，辦理所用儀器和工具的借領和歸還手續(xù)。實驗在校內指導教師規(guī)定的時間和地點進行，無故不得缺席或遲到早退，不得擅自更改實驗的內容要求。在實驗過程中或結束時，發(fā)現儀器或工具有損壞或遺失等情況，應及時報告給指導教師，同時要查明原因，根據事由情節(jié)的輕重，給予適當的處理或賠償。實驗結束時，應經實驗指導教師檢查實驗記錄，同意后方可交還儀器和

4、工具，在交還儀器和工具時，應經實驗室管理教師檢查和清點儀器和工具，確認無損壞或遺失等情況后，方可離開實驗室。實驗結束以后，應按上課教師的要求，提交書寫工整、規(guī)范的實驗報告或作業(yè)記錄。二、 本課程實驗的基礎知識三、 本課程實驗教學項目及要求序號實驗項目名稱學時實驗類別實驗要求實驗類型每組人數主要設備名稱目的和要求一2基礎4-5二2基礎4-5三2基礎4-5四2基礎4-5第二部分 基本實驗指導實驗一 水準儀的認識和使用一、 實驗目的1.了解DS3型水準儀的構成部件、名稱、功能作用及操作要領。2.熟悉水準儀的安置、瞄準和讀數。3.掌握地面兩點間高差的計算。二、 實驗原理三、 主要儀器及耗材 1.DS3

5、型水準儀每組一臺，水準尺一副，尺墊一對。四、 實驗內容和步驟（設計性項目可無此項目）1.實驗內容了解DS3型水準儀的構成部件、名稱及功能作用。練習水準儀的安置、瞄準和讀數。測量地面兩點間的高差。完成實驗報告一的編寫，每人提交一份。2.實驗步驟1 安置儀器將三腳架張開，使其高度適當，架頭大致水平，并將腳架尖踩入泥土中，然后用連接螺旋將儀器固定連接在三腳架上。2 認識儀器了解儀器各構成部件的名稱及其功能作用，并熟悉其使用方法。與此同時，了解并熟悉水準尺的分劃注記。3 粗略整平先對向轉動兩只腳螺旋，使圓水準器氣泡向其連線的中間移動并居中；居中后，再轉動另一個腳螺旋，使氣泡居于圓水準器的中間。4 瞄準

6、轉動目鏡調焦螺旋，使十字絲影像清晰；轉動儀器，先用準星和照門瞄準水準尺，擰緊制動螺旋，再轉動微動螺旋，使水準尺清晰成像在十字絲平面上。當影像不太清晰時，應轉動對光螺旋，使目標影像清晰，并消除視差。5 精平與讀數在水準管視域窗口觀察，轉動微動螺旋，使符合水準器氣泡兩端的半影像吻合。此時視線處于精確水平狀態(tài)，在同一時間用中絲在水準尺上直接讀取m、dm、cm，估讀mm，即讀出四位有效數字。五、 實驗注意事項不能在沒有消除視差的情況下讀數。在水準尺上讀數時，符合水準器氣泡必須嚴格符合，不能用腳螺旋來調符合水準器，使其氣泡居中。六、 思考題實驗二 水準測量一、實驗的目的1. 掌握普通水準測量的觀測、記錄

7、、計算和檢核的方法。2. 掌握水準測量的閉合差的調整與分配3. 掌握各待定點高程的計算方法。二、實驗原理基本三、主要儀器及耗材 1.DS3型水準儀每組一臺，水準尺一副，尺墊一對。四、實驗內容和步驟（設計性項目可無此項目）1.實驗內容在實驗場地內選定一條閉合水準路線，其長度安排5-6站為宜，中間轉點均視為待定點。 從已知點A出發(fā)，水準測量依次至各個中間轉點，然后再回到A點。根據已知A點的高程（或假設高程）及各個測站觀測所得的高差，計算水準路線的高差閉合差，檢查其閉合差是否超限。若超限，應重測；反之，應對其閉合差進行調整與分配，求出各待定點的高程。完成實驗報告二，每人上交一份報告。2.實驗步驟其推

8、求值與已知值應當相等，以此作為高程計算正確性的檢核。選定水準路線的前進方向，在AA點中間要設立若干個轉點。第一站安置在A點至轉點1之間，其間距應不超過100米，注意儀器安置的前、后視距大約相等。 操作程序是后視A點上的水準尺，精平后用中絲讀取后尺讀數，記入實驗報告二的表1中；前視轉點1上的水準尺，精平后讀取前尺的讀數，記入實驗報告二的表1中；然后，計算該站的高差。 遷至第2站，即轉點1至轉點2之間，繼續(xù)重復上述操作程序，依次直至回到A點。 根據已知點A的高程及各測站計算所得的高差，計算水準路線的高差閉合差，并檢查高差閉合差是否超限。 閉合水準路線（AA）閉合差的計算 平地： mm等外水準測量的

9、高差閉合差允許值 山地： mm式中：L附合水準路線A、B間的距離（km） n測站數若高差閉合差在容許范圍內，則對高差閉合差進行調整與分配。分配的前提條件：具體的分配辦法閉合水準路線高差閉合差的分配，一般是按與測站數成正比將閉合差反號分配到各測段高差中，或按與路線長度成正比分配閉合差。設第測段的改正數為，則根據上述法則就有： 或 式中 所有測段測站數總和；第測段的測站數；水準路線總長度，km； 第測段長度，km。閉合差分配后，可用下式檢核計算的正確性： 計算各待定點的高程 消除閉合差后，即可根據已知水準點的高程和改正后的高差逐一推算出水準點的高程。當推求至最后一個已知點時，五、實驗注意事項在每次

10、讀數之前，要消除視差，并使符合水準器氣泡嚴格居中。在已知點和待定點上不能放尺墊，但轉點上必須放尺墊；在儀器遷站時，前視點的尺墊不能移動。六、思考題實驗三 經緯儀的認識和使用一、 實驗的目的1. 熟悉DJ6型光學經緯儀各主要構成部件、名稱及其功能作用。2. 掌握經緯儀的對中、整平、瞄準和讀數的方法，并掌握其基本的操作要領。3. 了解掌水平角、豎直角的構成原理。二、 實驗原理水平角與豎直角的構成概念1. 水平角就是地面上某點到兩目標的方向線鉛垂投影在水平面上所成的角度，其取值是0°360°。2. 在同一豎直面內，地面某點至目標的方向線與水平視線間的夾角，稱為豎直角。目標的方向線

11、在水平視線的上方，豎直角為正（），稱為仰角；目標的方向線在水平視線的下方，豎直角為負（），稱為俯角。所以豎直角的取值是0°±90°。三、 主要儀器及耗材實驗儀器設備為每組DJ6型光學經緯儀一臺，及其相關配套附件。四、 實驗內容和步驟（設計性項目可無此項目）實驗內容1. 了解DJ6型光學經緯儀各主要構成部件、名稱及其功能作用。2. 練習經緯儀的對中、整平、瞄準和讀數的方法，并掌握其基本的操作要領。3. 練習水平角的觀測與計算。 4. 完成實驗報告三的編寫，每人提交一份實驗報告。方法和步驟1. 經緯儀的安置 松開三腳架，安置于測點上，使其架頭面大約在齊胸處，并使架頭面

12、大致水平，踩緊腳架。 打開儀器箱，取出儀器置于三腳架頭上，一手握緊儀器支架，一手擰緊連接螺旋。 2. 熟悉經緯儀的各構成部件、名稱及其功能作用。 3. 經緯儀的使用 對中：采用光學對中器對中，先利用三腳架使儀器大致對中，再利用腳螺旋使光學對中器精確對中。 整平：升降三角架使圓水準器居中，使儀器大致水平。此時，檢查儀器是否對中，如果儀器不對中，重復上一步驟，使儀器對中；再利用升降三角架粗平儀器，最后利用腳螺旋精平儀器。整平和對中是一項連帶而又十分重要的工作。 瞄準：瞄準的方法與水準的操作基本相同。 讀數：打開反光鏡，調節(jié)反光鏡使讀數窗的亮度適當，對讀數窗的目鏡調焦，以看清讀數窗的分劃，根據使用儀

13、器的具體情況進行讀數。4. 測回法測水平角 配置度盤：若要測N個測回，則第i個測回的度盤位置為略大于（i-1）×180°/N。例如，若測二個測回，根據公式計算可知，第一個測回的起始讀數稍大于0°，第一個測回的起始讀數稍大于90°。 測回觀測 盤左（正鏡）：瞄準左目標A，讀取水平度盤讀數，記為a1；順時針方向轉動照準部，瞄準右目標B，讀取水平度盤讀數，記為b1；計算上半測回值。按上述正鏡程序測量水平角一次，稱為半測回（即上半測回）。 盤右（倒鏡）：倒轉望遠鏡，使豎盤位于盤右位置。這次，用望遠鏡先精確瞄準B點，讀取水平度盤讀數，記為b2；松開水平制動扳鈕，逆

14、時針方向轉動照準部，用望遠鏡先精確瞄準A點, 讀取水平度盤讀數，記為a2；計算下半測回角值。按上述倒鏡程序測量水平角一次，稱為半測回（即下半測回）。 上、下兩個半測回合在一起，稱為一個測回。 檢查上、下半測回的角值互差是否超限，其限差要求：經緯儀兩個半測回差值不超過。若超限，則重測；反之，則計算一測回水平角值。 結果處理：滿足要求時，取其平均值作為最后的結果。 若是多測回觀測，則測站觀測完后，還應檢查各測回間角值是否超限。五、 實驗注意事項1.瞄準目標時，盡可能瞄準目標的底部。 2.同一測回觀測時，切勿動度盤配置器。 3.注意儀器的安全使用。六、 思考題1何謂水平角?何謂豎直角?它們取值范圍為

15、多少?2J6型光學經緯儀由哪幾個部分組成?3經緯儀有哪幾條主要軸線?它們應滿足什么條件?為什么? 實驗四 水平角測量一、 實驗的目的掌握DJ6型光學經緯儀按測回法觀測水平角的方法及工作程序。掌握測回法觀測水平角的記錄、計算方法和各項限差要求。二、 實驗原理水平角測量原理 如圖2-4-l所示，A、O、B為地面上高程不同的三個點，沿鉛垂線方向投影到水平面P上，得到相應的A1、O1、B1點，則水平投影線O1A1與O1B1構成的夾角，稱為地面方向線OA與OB兩方向線間的水平角。所以，水平角就是地面上某點到兩目標的方向線鉛垂投影在水平面上所成的角度，其取值是0°360°。為了測定水平

16、角的大小，設想在O點鉛垂線上任一處O點水平安置一個帶有順時針均勻刻劃的水平度盤，通過左方向OA和右方向OB各作一豎直面與水平度盤平面相交，在度盤上截取相應的讀數為a和b（如圖2-4-1所示），則水平角為右方向讀數b減去左方向讀數a，即=ba。圖2-4-1水平角測量原理三、 主要儀器及耗材實驗設備為每組DJ6型光學經緯儀一臺及其它附屬配件四、 實驗內容和步驟（設計性項目可無此項目）1.實驗內容在一個測站上，選擇幾個目標，每人用測回法各觀測兩個目標之間的水平夾角一測回。注：在一測回中，要求上、下半測回角值互差不超過±40；若一個組全部人員所測各角構成一個圓，根據各人所測角度之和與360&

17、#176;之差是否滿足要求進行成果校核。完成實驗報告三的編寫，每人提交一份實驗報告。2.方法和步驟首先對中、整平儀器。對中、整平儀器。后，每人選擇相鄰兩個目標A和B，按測回法進行觀測。測回法觀測步驟。 配置度盤：共測n個測回，則第i個測回的度盤位置為略大于（i1）×180°/n。若測兩個測回，根據公式計算第一測回起始讀數稍大于0度，第二測回起始讀數稍大于90度。 測回法一測回觀測程序：盤左：瞄準左目標A，進行讀數記a1，記入表格（表2-4-1）；順時針方向轉動照準部，瞄準右目標B，進行讀數記b1，計算上半測回角值 左=b1-a1。盤右：瞄準右目標B，進行讀數記b2，逆時針方

18、向轉動照準部，瞄準目標A ，進行讀數a2，計算下半測回角值 右=b2-a2。檢查上、下半測回角值互差是否超限（左-右±40），若沒超限，則成果合格。取上、下半測回角值的均值=（左+右）/2作為一測回角值。換1人按同樣的方法觀測其他各角。當，全組成果合格。五、 實驗注意事項 測回法每個單角起始方向盤左應將度盤配置在0°附近。 方向觀測法應選擇距離稍遠、易于照準的清晰目標作為起始方向（零方向）。 瞄準目標時，盡可能瞄準目標底部。 隨時注意水準管氣泡是否居中。 觀測過程中，同一測回上、下半測回之間一般不允許重新整平，確有必要時（如照準部水準管氣泡偏離居中大于一格），則重新整平后需

19、要重測該測回。不同測回之間允許在測回間重新整平儀器。 同一測回觀測時，切勿動度盤配制器。 記錄員聽到觀測員讀數后應向觀測員回報，經觀測員默許后方可記入受簿，以防聽錯而記錯。 方向觀測法測回間盤左零方向的水平度盤讀數應變動180°/n(n為測回數)。 注意儀器的安全使用。六、 思考題1測量水平角時，為什么要用盤左、盤右兩個位置觀測?2何謂豎盤指標差?如何消除豎盤指標差?3試述測回法操作步驟、記錄計算及限差規(guī)定?實驗五 Leica Tc407全站儀的操作與使用一、實驗性質驗證性實驗，實驗時數安排為12學時。二、實驗目的三、主要儀器和耗材四、實驗內容和步驟先使三腳架大致水平及對中，架上全站

20、儀，打開電源（開關在望遠鏡支架的右側）。Tc407全站儀設有紅外光對點器及照準部電子水準器（顯示屏上有兩個相互垂直的電子水準器），采用光學對中的方法來安置儀器。先調節(jié)腳螺旋使紅外光點對準地面標志，然后伸縮三腳架使圓氣泡居中，這時顯示屏上的電子氣泡將顯示；如果儀器沒有粗略整平，屏幕顯示如圖（a）所示的傾斜符號，而電子氣泡（小黑塊）不顯示。精平時，使某一個電子水準器與任意兩個腳螺旋連線平行，調節(jié)這兩個腳螺旋使氣泡居中，不用轉動照準部，然后調節(jié)第三個腳螺旋使另一個電子水準器氣泡居中。若第一個電子氣泡偏離了，重復前面的步驟，直至對中、整平符合要求為止，如圖（b）所示。左邊的三角形為INS鍵，它用來啟動

21、光標條及往左移動光標條，其第二功能（INS）是插入字符。其余三個三角形則分別是向右、向上或向下移動光標條。2TC407全站儀的基本操作1）照準、測量 TC407全站儀沒有制動螺旋，微動螺旋可全程微動，分別旋轉水平微動和豎直微動螺旋，觀察水平度盤和豎直度盤讀數的變化。通過粗瞄器大致照準后用水平微動和豎直微動螺旋精確照準棱鏡的中心，按 鈕，測量并顯示測站至鏡站的水平距離，但不進行記錄（保存），按 鈕，記錄所有觀測數據，如果點號的末位為數字則點號 圖 字符輸入遞增。如果沒有照準棱鏡，屏幕顯示“信號太弱”，這時點號不遞增，且水平距離欄仍為虛線。 2）練習字符、數字的輸入在屏幕為工作界面的狀態(tài)下，按屏幕

22、右側的左三角形鍵啟動光標條，一般是先顯示字符條，如圖所示。若要輸入字符D，先按DEFG所對應的F2，屏幕下方顯示如圖所示的四個字符，按D所對應的F1鍵，即把D輸入到所選位置。圖 數字輸入輸入一個字符后屏幕返回到上一界面的字符條，按同樣的步驟輸入其它字符。要輸入其它的字符或數字按圖的>>>（即F4）。 待屏幕顯示相應的字符條時按前述方法輸入字符或數字。圖為數字條。3）用半測回法觀測水平角打全站儀后顯示如圖所示界面，用望遠鏡照準左目標，按軟鍵可以輸入水平角的設置值，然后按確認鍵；順時針旋轉照準部照準右目標，水平度盤的讀數與瞄準左目標時的設置值就是這兩個方向所夾的水平角。小組成員每

23、人觀測一次，檢查各半測回互差應不大于36。 圖 水平角設置界面按下圖的3碎部測量步驟1）調用“測量”程序按鍵顯示如圖所示界面，有三頁共有九個菜單，另外五個菜單是：誤差校正、通訊設置、數據傳輸、系統(tǒng)信息和啟動順序。按F1調用應用程序菜單，見圖所示界面，有兩頁共有八個應用程序，另外四個程序是：對邊測量、面積測量（平面）、懸高測量和建筑軸線法。 圖 “菜單”界面 圖 “應用程序菜單”界面按F1彈出“測量設置”界面，如圖所示。圖中顯示有四個項目，前三個項目前面中有中括號，括號內有“*”號表示已進行了該項設置，如果需要改變設置，按相應的軟鍵，在彈出的界面上進行設置。圖 “測量設置”界面2）選擇或設置作業(yè)

24、如果要設置作業(yè)，按F1鍵，彈出圖所示的對話框。圖中右側分數的分母表示儀器內存中所有的作業(yè)數（5個），分子為當前顯示的作業(yè)為其第幾個作業(yè)（第2個）。 對話框中“作業(yè)”欄右側的小三角形符號表示可通過屏幕右側按鈕選擇所需要的作業(yè)，按確認軟鍵。若要新建作業(yè)（最多可設置12個作業(yè)），按圖2-5-11中的增加軟鍵，在彈出的“增加作業(yè)”對話框中按輸入軟鍵，輸入作業(yè)名稱（建議以作業(yè)日期或作業(yè)地點命名），按回車鍵光標跳到作業(yè)員行，輸入作業(yè)員代號及注記（如果需要的話），日期和時間由系統(tǒng)自動給出，按確認軟鍵。系統(tǒng)返回到圖界面。如果沒有設置作業(yè)，系統(tǒng)將自動產生名為“DEFAULT”的作業(yè)名。 圖 “設置作業(yè)”界面注意

25、：查看圖 “設置作業(yè)”欄左側中括號內有*標記，如果沒有說明設置沒有成功，要重新設置（下同）。 圖 “設置作業(yè)”界面 3）設置測站信息在圖界面中，按F2鍵進行測站設置，界面見圖，顯示的測站點號為上一測站的點號。按輸入軟鍵，彈出“輸入測站點號”對話框，在“測站點號”欄輸入相應的點號（如A），按檢索軟鍵（務必要執(zhí)行此操作），彈出“檢索點”對話框（見圖），顯示當前作業(yè)中已有該點號的數量及類型，直接按確認軟鍵，根據提示輸入儀器高，然后按確認軟鍵，測站設置成功，圖界面中“設站” 左側中括號內有圓點標記。按查看軟鍵，彈出該點的坐標和高程值，若無誤則按確認軟鍵，根據提示輸入儀器高，然后按確認軟鍵。如果儀器內存

26、中沒有該點信息，按檢索軟鍵后，“檢索點”界面提示“選擇作業(yè)或手工輸入點的坐標”，按坐標軟鍵，在彈出的“坐標輸入”對話框中輸入測站點的X、Y、H值，按保存軟鍵，然后是輸入儀器高。 圖 “設站”界面 圖“檢索點”界面4）定向用望遠鏡瞄準定向點，在圖界面中按F2，彈出圖界面。 圖“定向”界面 圖 “人工輸入”界面 進行定向設置，有兩種設置方式。（1）人工輸入按F1后, 彈出圖界面,界面所顯示的是上一個測站的定向點號。要輸入新的定向點號，按屏幕右側“定位鍵”左三角形啟動字符輸入，后視點號亮顯待輸入。如果要刪除已有的某個字符，把光標移到該字符處按“定位鍵”下三角形。輸入好點號后，按“確認”鍵，光標移到棱

27、鏡高行，屏幕下方軟件換成如圖。置零是把水平度盤讀數設置為0°0000，設定是確認該點為定向點，測存是對定向點進行測距并保存。 圖2-5-16 “人工輸入”界面用“人工輸入”方式定向，需要對觀測數據文件（.idx格式）進行計算處理才能得到觀測結果的正確坐標數據。由于用該種方式進行定向，在室內進行數據處理時需要重新輸入測站點信息，所以野外作業(yè)時，測站點的坐標、高程信息可任意輸入。（2）坐標定向按F2屏幕顯示圖所示界面，按輸入軟鍵，輸入后視點號按確認鍵。如果該作業(yè)中有所輸入的點，彈出圖2-5-17界面，若要對定向點進行測量，輸入正確的棱鏡高，按測存鍵，屏幕提示“確認要進行多余觀測嗎？”，下

28、面有“是”、“否”兩個軟鍵，按是軟鍵繼續(xù)進行觀測，按否軟鍵則結束定向設置。最多可以用5個已知點進行定向。如果該作業(yè)中沒有所輸入的點， 圖坐標定向界面則返回圖2-5-17界面，要求重新輸入。 5）開始碎部測量定向信息設置好后，返回圖界面，按F4鍵，顯示碎部測量界面，如圖所示。 點號是緊接著上一站測量的點號，如果要修改，按輸入軟鍵，編碼和棱鏡高上上一次設置的數值，若不要修改則瞄準目標，按測距軟鍵，儀器進行距離測量（注意該功能不進行并保存），如果測距信號太弱，儀器有錯誤提示，“HD”欄空白，點號也不變，要重新瞄準再按測距軟鍵。測距成功后按記錄軟鍵進行記錄，這時點號將遞增。如果未進行測距而僅按記錄軟鍵 則所記錄的數據中距離為零，此點千萬要切記。 圖碎部測量界面第三部分 實驗報告實驗報告一日期 班組 學號 姓名 完成下列填空1.安置儀器后，轉動 使圓水準器氣泡居中，轉動 看清十字絲，通過 瞄準水準尺，轉動 精確照準水準尺，轉動 消除視差，轉動 使符合水準器氣泡居中，最后讀數。2.消除視差的步驟是轉動 使 清晰，再轉動 使 清晰。 實驗記錄和計算1.記錄水準尺上讀數填入表3-1-1中。表3-1-1尺號A尺B尺C尺讀數2.計算 A點比B點（高、低） m。 A點比C點（高、低）