2016控制测量与GPS实验指导书.doc

控制测量与 GPS 实 验 指 导 书 胡龙伟 编 管理科学与工程实验中心 测量实验须知 一、测量实验规定 （1）在测量实验之前，应复习教材中的有关内容，认真仔细地预习实验或实验指导书，明确目的与要求、 熟悉实验步骤、注意有关事项，并准备好所需文具用品，以保证按时完成实验任务。 （2）实验分小组进行，组长负责组织协调工作，办理所用仪器工具的借领和归还手续。 （3）实验应在规定的时间进行，不得无故缺席或迟到早退；应在指定的场地进行，不得擅自改变地点或 离开现场。 （4）必须严格遵守本书列出的“测量仪器工具的借领与使用规则”和“测量记录与计算规则” （5）服从教师的指导，每人都必须认真、仔细地操作，培养独立工作能力和严谨的科学态度，同时要发 扬互相协作精神。每项实验都应取得合格的成果并提交书写工整规范的实验报告，经指导教师审阅签字后， 方可交还测量仪器和工具，结束实验。 （6）实验过程中，应遵守纪律，爱护现场的花草、树木和农作物，爱护周围的各种公共设施，任意砍折、 踩踏或损坏者应予赔偿。 二、测量仪器工具的借领与使用规则 （1）测量仪器工具的借领 1）在教师指定的地点办理借领手续，以小组为单位领取仪器工具。 2）借领时应该当场清点检查。实物与清单是否相符，仪器工具及其附件是否齐全，背带及提手是否 牢固，脚架是否完好等。如有缺损，可以补领或更换。 3）离开借领地点之前，必须锁好仪器箱并捆扎好各种工具；搬运仪器工具时，必须轻取轻放，避免 剧烈震动。 4）借出仪器工具之后，不得与其他小组擅自调换或转借。 5）实验结束，应及时收装仪器工具，送还借领处检查验收，消除借领手续。如有遗失或损坏，应写 出书面报告说明情况，并按有关规定给予赔偿。 （2）测量仪器使用注意事项 1）携带仪器时，应注意检查仪器箱盖是否关紧锁好，拉手、背带是否牢固。 2）打开仪器箱之后，要看清并记住仪器在箱中的安放位置，避免以后装箱困难。 3）提取仪器之前，应注意先松开制动螺旋，再用双手握住支架或基座轻轻取出仪器，放在三脚架上， 保持一手握住仪器，一手去拧连接螺旋，最后旋紧连接螺旋使仪器与脚架连接牢固。 4）装好仪器之后，注意随即关闭仪器箱盖，防止灰尘和湿气进人箱内。仪器箱上严禁坐人。 5）人不离仪器，必须有人看护，切勿将仪器靠在墙边或树上，以防跌损。 6）在野外使用仪器时，应该撑伞，严防日晒雨淋。 7）若发现透镜表面有灰尘或其他污物，应先用软毛刷轻轻拂去，再用镜头纸擦拭，严禁用手帕、粗 布或其他纸张擦拭，以免损坏镜头。观测结束后应及时套好物镜盖。 8）各制动螺旋勿扭过紧，微动螺旋和脚螺旋不要旋到顶端。使用各种螺旋都应均匀用力，以免损伤 螺纹。 9）转动仪器时，应先松开制动螺旋，再平衡转动。使用微动螺旋时，应先旋紧制动螺旋。动作要准 确、轻捷，用力要均匀。 10）使用仪器时，对仪器性能尚未了解的部件，未经指导教师许可，不得擅自操作。 11）仪器装箱时，要放松各制动螺旋，装人箱后先试关一次，在确认安放稳妥后，再拧紧各制动螺 旋，以免仪器在箱内晃动。受损，最后关箱上锁。 12）测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站仪、GPS 等电子测量仪器，在野外更换电池时，应先关 闭仪器的电源；装箱之前，也必须先关闭电源，才能装箱。 13）仪器搬站时，对于长距离或难行地段，应将仪器装箱，再行搬站。在短距离和平坦地段，先检 查连接螺旋，再收拢脚架，一手握基座或支架，一手握脚架，竖直地搬移严禁横杠仪器进行搬移。罗盘仪 搬站时，应将磁针固定，使用时再将磁针放松。装有自动归零补偿器的经纬仪搬站时，应先旋转补偿器关 闭螺旋将补偿器托起才能搬站，观测时应记住及时打开。 （3）测量工具使用注意事项 1）水准尺、标杆禁止横向受力，以防弯曲变形。作业时，水准尺、标杆应由专人认真扶直，不准贴 靠树上、墙上或电线杆上，不能磨损尺面分划和漆皮。塔尺的使用，还应注意接口处的正确连接，用后及 时收尺。 2）测图板的使用，应注意保护板面，不得乱写乱扎，不能施以重压。 3）皮尺要严防潮湿，万一潮湿，应晾干后再收入尺盒内。 4）钢尺的使用，应防止扭曲、打结和折断，防止行人踩踏或车辆碾压，尽量避免尺身着水。携尺前 进时，应将尺身提起，不得沿地面拖行，以防损坏分划。用完钢尺，应擦净、涂油，以防生锈。 5）小件工具如垂球、测钎、尺垫等的使用，应用完即收，防止遗失。 6）测距仪或全站仪使用的反光镜，若发现反光镜表面有灰尘或其他污物，应先用软毛刷轻轻拂去， 再镜头纸擦拭。严禁用手帕、粗布或其他纸张擦拭，以免损坏镜面。 三、测量记录与计算规则 1）所有观测成果均要使用硬性（2H 或 3H）铅笔记录，同时熟悉表上各项内容及填写、计算方法。 2）记录观测数据之前，应将表头的仪器型号、日期、天气、测站、观测者及记录者姓名等无一遗漏 地填写齐全。 3）观测者读教后，记录者应随即在测量手簿上的相应栏内填写，并复诵回报，以防听错、记错。不 得另纸记录事后转抄。 4）记录时要求字体端正清晰，字体的大小一般占格宽的一半左右，字脚靠近底线，留出空隙作改正 错误用。 0 中的“0”均应填写。 5）数据要全，不能省略零位。如水准尺读数 1.300,度盘读数 30 0000 6）水平角观测，秒值读记错误应重新观测，度、分读记错误可在现场更正，但同一方向盘左、盘右 不得同时更改相关数宇。垂直角观测中分的读数，在各测回中不得连环更改。 7）距离测量和水准测量中，厘米及以下数值不得更改，米和分米的读记错误，在同一距离、同一高 差的往、返测或两次测量的相关数字不得连环更改。 8）更正错误，均应将错误数字、文字整齐划去，在上方另记正确数字和文字。划改的数字和超限划 去的成果，均应注明原因和重测结果的所在页数。 9）按四舍五人，五前单进双舍（或称奇进偶不进）的取数规则进行计算。如数据 1.1235 和 1.1245 进位均为 l.124。 实验一方向法观测水平角（电子经纬仪） 一、实验目的 1、掌握方向法观测水平角的操作顺序、记录及计算的方法； 2、掌握方向观测水平角内业计算中各项限差的意义和规定； 3、进一步熟悉电子经纬仪的操作。 本次实验要求的限差为： 1）光学对中法对中，对中误差小于 1mm； 2）半测回归零差不超过±18″； 3）各测回方向值互差不超过±24″。 二、实验原理 方向观测法又称为全圆测回法，适用于在一个测站观测两 个以上的目标。从与测回法不同的是，方向观测法在每半测 回依次观测各方向后，最后还应再次回到观测起始方向读数。 ①在测站点 O 安置仪器，对中整平，配置度盘。盘左瞄准 起始方向，读数并记入观测手簿中。 ②松开照准部制动螺旋，按顺时针方向依次瞄准目标 B、 C、D 读数并记入观测手簿。 ③为了校核，再次瞄准起始目标 A（称为归零），读数并记 入观测手簿。两次瞄准目标 A 的读数之差称为归零差，归零差 应不超过表 2—2 的规定。上述观测完毕称为上半测回，当观 测方向数只有 3 个时，同测回法一样，也可不必做归零观测。 ④纵转望远镜使仪器处于盘右位置，逆时针依次瞄准 A、D、C、B、A 各目标，读取读数并记入手簿。 以上观测称为下半测回，其归零差仍应满足规定要求。 上、下半测回合称一个测回，如需观测多个测回，各测回间应配置度盘读数，配置方法与测回法 相同。 三、仪器设备 实验学时：2 学时 主要设备： 2″级电子经纬仪 1台 三角架 1副 花 杆 4根 记录板 1块 四、实验步骤和方法 1、在开阔地面上选定某点 O 为测站点，用钢钎或者记号笔桩定 O 点位置。然后在场地四周任选 4 个目 标点 A、B、C 和 D（距离 O 点各约 150~300m），分别用钢钎或者记号笔桩定各目标点； 2、在测站点 O 上安置仪器，并精确对中、整平； 3、盘左：瞄准起始方向 A，将水平度盘读数配置在略大于 0°00′00″的读数，作为起始读数记入表格中。 顺时针旋转照准部依次瞄准 B、C、D 各方向读取水平度盘读数记入表格中。最后转回观测起始方向 A，再 次读取水平度盘读数，称为“归零”。检查归零差是否超限； 4、盘右：逆时针依次瞄准 A、D、C、B、A 各方向，依次读取各目标的水平度盘读数并记入表格中，检 查归零差是否超限。此为一测回观测； 5、计算同一方向两倍照准差 2C； 6、重复 1~5 步骤进行第二测回观测。但此时盘左起始读数应调整为 45°00′00″。 7 完成 4 个测回的方向观测法。 五、实验报告要求 1、每小组独立完成各自的实验报告； 2、实验报告的填写要求字迹工整、清晰，不得涂改。如果发生书写错误，请用双实线段将错误之处划 去，并在其边上将正确的文字或者数字补上； 3、各组长将本组组员的实验报告收齐后附在本任务书后，统一上交给指导老师。 六、注意事项 1、以组为单位依次领取实验仪器，组长应指派专人负责清点数量和名称是否符合要求，检查仪器是否 有损坏之处（外观、部件等）；一旦领取签字后，借出的仪器将被视为性能完好； 2、归还仪器时，应按照领取时的状况归还实验室。如发现仪器损坏、丢失，将会追究该组责任。情况 严重的，将可能受到支付维修费用或者赔偿损失的经济责任； 3、应选择远近适中，易于瞄准的清晰目标作为起始方向； 4、水平角观测时，同一个测回内，照准部水准管偏移不得超过一格。否则，需要重新整平仪器进行本 测回的观测； 5、对中、整平仪器后，进行第一测回观测，期间不得再整平仪器。但第一测回完毕，可以重新整平仪 器，再进行第二测回观测； 6、如果竖盘读数窗口显示“b”,即表示竖盘倾斜程度太大，超出补偿范围，竖直角无法观测。此时，需 重新整平仪器，重头再进行本测回的水平角观测； 7、测角过程中一定要边测、边记、边算，以便及时发现问题； 8、每位组员应独自操作仪器，完成每测回中某方向的主测工作； 方向观测法观测手簿 组号 仪器 编号 日期： 年 日测量时间：自 月 读 测 站 测 回 数 目 标 ② ③ A B C O I D A A B O II C D A 成 果 校 核 数 盘左 天气： ： 测至 平均读数= 2C=左 -(右±180°) 盘右 1 [左+(右 2 归零后 方向值 ±180°)] ° ① 测区： ′ ④ ″ ° ′ ⑤ ″ ″ ° ′ ″ ⑥ ⑦ ° ′ ″ ⑧ ： 各测回归零 方向值的平 均值 ° ′ ⑨ 主观测者 签 名 ″ ⑩ 实验二 全站仪的认识与使用 一、实验目的 1. 了解全站仪的构造与使用方法，各部件的名称和作用、以及全站仪内设的各种测量程序的应用及测 距参数的设置。 2. 掌握用全站仪测量导线水平角和水平距离、高差、坐标的方法。 二、实验原理 1、水平角测量 （1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标 A。 （2）设置 A 方向的水平度盘读数为 0°00′00〃。 （3）照准第二个目标 B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。 2、距离测量 （1）设置棱镜常数 测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。 （2）设置大气改正值或气温、气压值 光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和 760mmHg 是仪器设置的一个标准值，此 时的大气改正为 0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大 气改正值） ，并对测距结果进行改正。 （3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 （4）距离测量 照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。 全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间 约 2.5S，最小显示单位 1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为 1cm， 每次测距时间约 0.3S；粗测模式，测量时间约 0.7S，最小显示单位 1cm 或 1mm。在距离测量或坐标测量 时，可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。 应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心 与棱镜中心的高差。 3、坐标测量 （1）设定测站点的三维坐标。 （2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪 会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。 （3）设置棱镜常数。 （4）设置大气改正值或气温、气压值。 （5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 （6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。 三、仪器工具 全站仪一套。 四、操作步骤和方法 1、选定三边形组成闭合导线并编号； 2、 仪器开箱后，仔细观察并记清仪器在箱中的位置，取出仪器并连接在三脚架上，旋紧中心连接螺旋， 及关好仪器箱。 3、认识全站仪各部分的名称和作用。 4、全站仪的对中、整平。 5、测距参数的设置：测距类型、使用的棱镜及对应的常数、气象改正数 6、将全站仪安置在其中一个导线点上（按 A-B-C 顺序放），在相邻的另外两个导线点上安置反光镜。 6、接通电源进行仪器自检（显示功能和电压），并配置各项常数。 7. 在 A 点上安置仪器后输入测站点坐标数据，量仪器高，瞄准后视点，并输入后视点坐标和镜高，再 瞄准目标 B，按测角度健，把水平读数设为 0°00′00″，按测距健，记录距离；按坐标健，记录 B 点坐 标，顺时针转照准部，瞄准目标 C，记录水平角度读数，按测距健，记录距离；按坐标健，记录 C 点坐标。 五、实验报告要求 每组上交现场记录表和每人上交实验报告一份。 六、注意事项 1、 使用各螺旋时，用力应轻而均匀。 2、 全站仪从箱中取出后，应立即用中心连接螺旋连接在脚架上，并做到连接牢固。 3、 各项练习均要认真仔细完成，并能熟练操作。 4、 认真观看仪器外形，了解操作板面上各按键在测距和测角中的作用。 5、 不得随意操作仪器或改变仪器参数，以免因误操作而发生错误。 6、 严禁将照准头对向太阳或其它强光物体，不能用手摸仪器或反光镜镜面。 7、 不得带电搬移仪器，远距离或困难地区应装箱搬移，并及时带走其它工具。 全站仪测量记录表 组别： 仪器号码： 年 水平角观测 竖直角观测 距离高差观测 测 站 目 仪器高 棱镜高 竖盘 水平度 竖直度 方向值 斜距 平距 高差 测 标 /m /m 位置 盘 盘 竖直角 或角值 /m /m /m 回 读数 读数 月 日 坐标测量 x /m y /m H /m 实验三 三等水准测量 一、实验目的 1．通过一条水准环线的施测，掌握三等精密水准测量的观测和记录，使所学知识得到一 次实际的应用。 2．熟悉精密水准测量的作业组织和一般作业规定。 二、实验原理 实验通过对一条闭合水准路线按三等水准测量的方法进行施测，使同学们掌握精密水准 测量的方法。 等 级 水准仪 型号 视 线 前 后 长度 视 距 前后视 距累积 差m 视线离地 面最低高 度m 基本分划、辅 基本分划、辅 助分划（黑红 助分划（黑红 面 ） 读 数 差 面）高差之差 mm mm 差m 三 DS1 DS3 m 100 75 3 6 0.3 1.0 2.0 四 DS3 100 5 10 0.2 3.0 五 DS3 100 大致相等 图根 DS10 ≤100 线路长 等 水准仪 水准尺 度 km 级 型号 DS1 因瓦 ≤50 三 DS3 双面 四 DS3 双面 ≤16 五 DS3 单面 图根 DS10 单面 ≤5 观测次数 与 已 知 点 往 联测返 各 一次 附 合 成 环线 往一次 往返各 一次 每千米高差 中误差mm 平地mm 6 12 L 4 n 往一次 10 20 L 6 n 往一次 15 30 L 往一次 20 往返各一次 往返各一次 往返各一次 1.5 3.0 5.0 40 L 12 n 四、实习步骤与方法 1．作业组织 精密水准观测组由 4-5 人组成，具体分工是：观测一人、记录一人、打伞一人、扶尺二 人、量距二人。 2．限差及作业规定 （1）视线高度不得低于 0.5m，视线长度一般取 50m，在某些特殊情况下视线可适当缩短， 前后视距差应小于 1m，测段累积差小于 3m。 （2）一测段的测站数布置成偶数，仪器和前后标尺应尽量在一直线上。 （3）观测时要注意消除视差，气泡严格居中，各种螺旋均应以旋进方向终止。 （4）视距读至 1mm，基辅分划读至 0.1mm，基辅高差之差＜0.6mm。 （5）上丝与下丝的平均值与中丝基本分划之差，对于 0.5cm 刻划标尺应≤1.5mm；对于 1.0cm 刻划标尺应≤3.0mm。 （6）各项记录正确整齐、清晰、严禁涂改。原始读数的米、分米值有错时，可以整齐地 划去，现场更正，但厘米及其以下读数一律不得更改，如有读错记错，必须重测，严禁连环 涂改。 （7）每一站上的记录、计算待检查全部合格后才可迁站。 （8）测完一闭合环计算环线闭合差，其值应小于±4 L mm，L 为环线长度，以公里为 单位。 3．观测程序 精密水准测量中采用如下的观测程序： 往测奇数测站的观测程序为：后前前后 往测偶数测站的观测程序为：前后后前 返测奇数测站的观测程序为：前后后前 返测偶数测站的观测程序为：后前前后 在一个测站上的观测步骤（以奇数站为例）为： （1）首先将仪器整平（望远镜绕垂直旋转时，符合水准气泡两端影象的分离不得超过 1cm）。 （2）望远镜对准后视水准标尺，转动倾斜螺旋使符合水准气泡两端影象分离不得大于 2mm，用下、上视距丝平分水准标尺的相应基本分划读取视距。读数时标尺分划的位数和测 微器的第一位数共四个数字要连贯读出。 （3）接着转动倾斜螺旋使气泡影象精密符合，并转动测微螺旋使楔形丝照准基本分划， 读分划线三位数与测微器二位数。 （4）旋转望远镜照准前视水准标尺，使气泡精密居中，用楔形丝照准基本分划并进行读 数，然后按下、上视距丝读取视距。 （5）用楔形丝对准辅助分划进行读数。 （6）再转向后视标尺，转动倾斜螺旋使气泡影象精密符合，进行辅助分划的读数。 至此一个测站的观测工作即告结束。以上为奇数站的后—前—前—后观测程序，偶数站 的观测程序为前—后—后—前。 4．手簿记录 手簿的记录和计算见表 2-7。 五、实验报告要求 1．观测手簿 2．环线闭合差计算成果（附水准路线略图）。 六、注意事项 1．观测员在观测中，不允许为通过限差规定而凑数，以免成果失去真实性。 2．记录员除了记录和计算工作以外，还必须检查观测条件是否合乎规定，限差是否满足 要求，否则应及时通知观测员重测。记录员必须牢记观测程序，注意不要记录错误。字迹要 整齐清晰，不得涂改，更不允许描字和就字改字。在一个测站上应等计算和检查完毕，确信 无误后才可离开。 3．扶尺员在观测之前必须将标尺立直扶稳。严禁双手脱开标尺，以防摔坏标尺的事故 91 发生。 4．量距要保证通视，前、后视距相等且有一定的视线高度，并尽量使仪器和前、后标志 在一直线上。  92 水准测量观测记录手薄表 20 测自 至 天气： 温度： 云量： 风向风速： 测 站 编 号 后 尺 后 上丝 下丝 距 视距差 d 年 月 日 时刻：始 时 分 末 时 分 成像： 土质： 前 尺 前 上丝 下丝 距  d 太阳方向： 标 方 向 及 尺 号 尺 读 数 基本分 划 ① 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 后 前 后—前 h 93 辅助分 划 ② 基+K 减 辅 ①—② 备考 实验四 GPS 的测量与数据处理 一、实验目的 1．掌握 GPS 接收机野外静态数据采集的测量方法； 2．理解 GPS 控制网的同步环、异步环的构网思想。 3．学会 GPS 接收机数据下载工作； 4．掌握 GPS 基线解算方法与技巧； 5．领会 GPS 网平差概念，掌握 GPS 网平差方法。 二、实验原理 每班 3-5 人为一组，不少于 3 组。每班集中在计算机机房进行数据传输和 GPS 数据处理， 每个学生一台计算机。 1.在学校建好的 GPS 实验场地内，每批 3 组学生按规定时间同步采集 1～2 个同步环数 据。 2．GPS 接收机数据传输； 3．GPS 基线解算； 4．GPS 三维网、二维网平差； 三、实验仪器设备 每组实验仪器： 1． GPS 接收机一台套 2． 2 米钢卷尺一把 3． 对讲机一个 4．记录板及记录表格。 四、实验步骤和方法 1.按实验要求，赶到实验场地，做好数据采集准备工作（安置 GPS 接收机天线、天线连 接、电源连接）。 2.开机搜索天空 GPS 卫星信号，直到 GPS 接收机解算出测站点大地坐标（B，L，H），PDOP 值小于 5。 3.进行数据采集前的 GPS 接收机参数设置（如：采样间隔 15 秒钟，高度截止角 15°， 最小卫星数 4 颗），三个小组的 GPS 接收机参数设置要一致。 4.数据采集条件满足后三个小组用对讲机约定同步采集起、止时间，数据采集开始。 5.做好观测期间的 GPS 数据记录工作，记录表格见附表 1。 6.采集时间到，数据采集工作结束，收拾仪器进行下一个测量点的数据采集工作。 7．按实验要求，从三台在野外采集完数据的 GPS 接收机上进行数据传输，保存数据。 8．在计算机上安装 GPS 基线解算、网平差软件。 9．进行 GPS 基线解算。 10．GPS 基线处理完成后，进行 GPS 三维网、二维网平差。 11．三维网、二维网平差完成后，将平差结果及平差总结报告以文本文件形式输出。 12．打印平差结果及平差总结报告。 94 五、实验报告要求 实验报告、GPS 数据采集记录表。提交实验报告以及 GPS 三维、二维网平差结果、平差 总结报告。 六、注意事项 1. GPS 接收机是目前技术先进、价格昂贵的测量型 GPS 接收机，在安置和使用时必须严 格遵守操作规程，注意爱护仪器。 2.使用时仪器注意防潮、防晒。 3.GPS 接收机后面板的电源接口具有方向性，接电缆线使注意红点对红点进行拔插，千 万不能旋转插头。 4.注意机房上机秩序。 95 GPS 外业观测手簿 观测者姓名 日 测 测站号 站 名 期 年 月 时段号 天气状况 测站近似坐标： 经度：E 纬度：N 高程： 本测站为： ° ° ′ ′ （m） □ 新点 □ 等大地点 □ 等水准点 □ 记录时间： □ 北京时间 □UTC □ 区时 开录时间 结束时间 接收机号 天线号 天线高：（m） 1． 测后校核值 2． 3． 平均值 天线高量取方式略图 测站略图及障碍物情况 观测状况记录 1． 电池电压 （块条） 2． 接收卫星号 3． 信噪比（SNR） 4． 故障情况 5．备注 96 日