实验内容

  将测区内相邻控制点用直线相连而构成的折线称为导线，这些控制点称为导线点。导线测量就是以测定各导线边长和转折角值，并根据起始点坐标及起始边方位角，推算各边的坐标方位角，从而求出各导线点坐标。

  随着测距仪器的发展，导线测量已成为平面控制测量最主要的方法。根据不同的情况和要求，导线可布设成闭合导线、附合导线和支导线三种形式。（本次实验是闭合导线测量。）

  起迄于同一点的导线称为闭合导线。如图1所示，导线从已知点B和已知方位BA出发，并经过1，2，3，4各点，最后又回到起始点B，形成一闭合多边形。此种导线存在着几何条件，具有检核条件。

（图1：闭合导线）

  选点前应收集测区所有测绘成果，首先在图上进行选点，然后再到实地核对，具体落实点位和建立标志。实地选点时应注意以下几点：

  1）相邻点间地势平坦，便于测角和量距；
  2）点位应选在土质坚实处，以便标志长期保存和安置仪器；
  3）点位周围应视野开阔，便于进一步利用；
  4）相邻导线边长应大致相等；
  5）导线点应有足够密度，且应分布均匀，便于控制整个测区。

  导线点位选定后，应在各点上打一木桩，其周围浇灌混凝土，桩顶钉一小钉，作为临时标志，如图2所示。若需长期保存的导线点，则应埋设混凝土桩，桩顶刻十字，如图3所示。为了以后便于寻找导线点，则应绘制点标记，如图4所示。

（图2：临时导线点）

（图3：永久导线点）

（图4：点标记）

  仪器在运输和使用时其参数常会发生变化，因此，在精密测量前应对仪器进行检定与校准。当仪器尚在鉴定证书的有效期内（确定是可用正常设备）时，用户不必将仪器送至专门的检定机构进行检定，可以自己对以下项目进行校准。

  1）仪器加常数

  如图5所示，在100m长的一条直线上选择A、B、C三点，并分别架设脚架。首先将仪器安置于A点的三脚架上，测得SAB、SAC两端距离，然后再将仪器安置于B点的三脚架上，测的SBC，则其加常数c为

式中，SAB、SAC及SBC均为经倾斜改正后的距离平距。

（图5：加常数校准图）

  2）补偿器零点差的设置

  补偿器零点差的设置步骤如下：

  ①在设置模块中，选取“2.Instr Const”后，按回车键进入仪器常数设置状态；
  ②选取“1.Tilt”后，按回车键进入补偿器零点差设置状态；
  ③用盘左精确照准一参考点（距仪器50m以外）后，按YES键，记下盘左观测值，此时显示窗口提示“Take F2”（进行盘右观测）；
  ④倒转望远镜，以盘右精确照准同一参考点，按YES键，记下盘右观测值，此时显示窗显示出补偿器零点的原值（Current）和新值（New）。若需保存新测定结果，则可按YES键，否则按ESC键。

  3）轴系的误差设置

  在SET2110型全站仪上，可以对竖直度盘指标差、视准轴误差及横轴误差进行设置，如图6所示。其具体操作步骤如下：

（图6：SET2110型全站仪轴系误差设置图）

  ①在按住±、/和F1三个键后，再按开机键ON，其按键将持续约2s，使仪器能够调入维修程序；
  ②用↓键和↑键（分别为上行和下行光标），选择“1.Cnfiguration”功能，并按回车键。然后再用↑键和↓键将光标移到“1.Voffset，ES,EL”功能，按回车键；
  ③用盘左照准目标I（显示窗显示F1），按键O SET清零，并按回车键；
  ④用盘右照准目标I（显示窗显示F2），按回车键；
  ⑤用盘左照准目标II(显示窗显示F1)，按回车键；再用盘右照准目标II（显示窗显示F2），按回车键；
  ⑥显示窗显示竖盘指标差Voffset、视准轴误差ES及横轴误差EL的原值（NOW）和新值（NEW）；
  ⑦按回车键将新值存入内存，按ESC键退出，并保留原值。

  SOKKIA公司为了防止ES、EL值过大，在程序中将其限差设置为20″，当新测定的值超出20″时，按回车键则不能存入新值。此时将仪器送维修中心去调整横轴及视准轴位置。

  1）用光学对中器对中

  ①张开三脚架，目估对中且使三脚架头基本水平，高度适中；
  ②将全站仪固定于三脚架上，调整对中器的目镜焦距，并使对中器的圆圈标志及测站点影像清晰；
  ③转动仪器脚螺旋，并使测站影像位于圆圈中心；
  ④伸缩脚架腿，使圆水准器气泡居中；然后旋转脚螺旋，利用管水准器精平仪器；
  ⑤观察对中情况，若偏离不大时，则可稍松连接螺旋，并将仪器在架头上平移，使圆圈套住测站点位，精确对中。若偏离过大，则应重新整置三脚架，直到满足对中要求为止（一般规定不大于1mm）。

  2）利用补偿器整平仪器

  SET2110全站仪除了可以利用圆水准器和管水准器整平外，还可以利用补偿器精确置平仪器，即将仪器的望远镜置于如图7所示的位置。

（图7：用补偿器整平仪器）

  ①按SET键进入功能切换状态后，按O键，显示窗内以图形形式显示出圆水准器，如图8所示。中间的黑圈点表示圆水准器气泡，其内、外圆圈所对应的倾斜范围分别为3′和4′；

（图8：圆水准器的图形）

  ②按DIGIT键，则仪器显示竖轴在x轴（视准轴方向）和y轴（横轴方向）上的倾斜分量；
  ③利用脚螺旋A、B使x轴方向上的倾斜分量为零，用脚螺旋C使y轴方向上的倾斜分量为零。此时仪器就精确整平了。

  在仪器参数设置模块中有很多项需要进行设置，但应特别注意以下几项参数的设置。

  1）气象改正

  由于实际测量时的气象条件一般同仪器设计的参考气象条件不一致，因此必须对所测距离进行气象改正。在精度较低的测量中，可以直接将温度、气压输入到仪器中，让仪器进行自动改正。对于精度较高的测量工作，则应将仪器的气象改正项置零，并读取测距时的温度T、气压P，按式（2-5）进行改正。即

式中，D为仪器所显示的距离；P为测距时的气压（）；T为测距时的温度（℃）。

  SET2110全站仪的参考条件为T=15℃，P=101325Pa。

  2）加常数

  使用不同的棱镜时，应在仪器内设置不同的反射棱镜常数。为了在距离显示值中消除加常数的影响，应在设置棱镜常数P值中考虑加常数的影响。即

式中，A为置入仪器的常数值；P为棱镜常数；C为仪器加常数。

  3）补偿器及轴系误差改正功能应处于“开”的状态

  前述的补偿器和轴系误差改正的作用，除特殊要求外，一般均应将补偿器和轴系误差改正功能置于“开”的状态。检查补偿器是否处于“开”的状态，最简单的办法是将全站仪竖直制动制定后，调整其基座脚螺旋，若天顶距读数发生变化，则表明补偿器处于“开”的状态；若天顶距读数不发生变化，则表明补偿器处于“关”的状态。

  检查轴系误差改正功能是否处于“开”的状态，也可采用类似的方法：先将全站仪的水平制动螺旋制动后，纵转望远镜，若水平方向读数发生变化，则表明轴系误差改正功能处于“开”的状态；否则，表明轴系误差改正功能处于“关”的状态。

  在全站仪中新建项目，保存测量数据。

  以TOPCON GTS-312全站仪为例，实验内容5、6和7的具体操作请见全站仪使用教程.doc，使用不同型号的全站仪时应看对应的使用说明书。

  用全站仪测往、返各导线边的边长，计算相对误差，若在容许范围内，则取平均值作为最后结果（至mm位）。若用钢尺丈量，则钢尺必须经过鉴定。

  采用全站仪测回法观测导线各转折角（内角），每角测一个测回。

  导线测量内业计算的目的是求出各导线点坐标。

  计算前，应全面检查外业记录是否合乎要求，起算数据是否正确，并在此基础上绘出导线略图，如图9所示。

（图9：导线内业计算）

  内业计算中数据的取位，对于四等以下的小三角及导线，角值取至秒，边长及坐标取至毫米；对于图根控制，角值取至秒，边长及坐标取至厘米。

  1）准备工作

  将检查过的外业观测数据及起算数据填入表2-1中。 （表格在附件中：表2-1附件.doc）

  2）角度闭合差平差

  对于n边形闭合导线内角和的理论值为

由于观测角含有误差，实测内角和不等于其理论值，而产生角度闭合差，其计算公式为

  根据测角中误差求出导线角度闭合差的允许值，若超过允许值时，则说明所测转角不符合要求，应对转角进行检测；若在允许范围以内，则可将闭合差反符号后平均分配于各观测角中。

  改正后内角之和应为（n-2）×180。

  3）用改正后的导线左角（右角）推算各边坐标方位角

  根据起始边方位角和改正角推算其余各边的坐标方位角。

  推算中应注意以下几点：

  ①若推算出的a前>360°时，则应减去360°；
  ②用式（2-9）计算时，若观测角为右角时，当（a前+180°）<β，则应加上360°再减去β；
  ③推算闭合导线各边坐标方位角时，推出的方位角值应与原已知方位角值相等，否则应重新检查计算过程。

  4）坐标增量计算

  如图10所示，1号点的坐标（x1，y1）及1~2边的坐标方位角(a12)均为已知，边长D12为实测值，则2号点的坐标为

式中，△x12、△y12为坐标增量，即为1，2两点的坐标差。

（图10：坐标增量计算）

  根据图14中的几何关系，坐标增量的计算公式为

式中，△x12及△y12的正负号是由其函数值的正负号来决定的。

  按式（2-11）计算出对应边的坐标增量值，并填入表2-1中。

  5）坐标增量闭合差的计算与调整

  闭合导线坐标增量是从一点出发，最后再回到同一点上，因此，其纵、横坐标增量代数和的理论值应为零，即

  实际上存在着边长测量误差和角度闭合差调整后的残差，则往往使得不等于零，从而产生纵坐标增量闭合差与横坐标增量闭合差，即

  和的存在，使得导线无法闭合，如图11所示。其中即被称为导线全长闭合差，并可用下式计算

（图11：坐标闭合差）

  由于单靠值的大小还无法准确地反映导线测量的精度，因此，还应将与导向全长相比，并以分子为1的分数形式来表示导线全长的相对闭合差，即

  用导线全长相对闭合差k来衡量导线测量的精度，k值越小，则导线测量的精度越高。对于不同等级的导线测量，其全长相对闭合差的允许值也不同。

  若时，则表明其测量成果不合格。此时应首先检查内业计算是否正确，然后再对外业观测成果进行检查，必要时应进行外业返工；若，则表明其测量成果符合精度要求，即可进行调整，此时可将及反其符号后，并按边长成比例分配到各边的纵、横坐标增量中去。若以分别表示第i条边的纵、横坐标增量改正数，则有

  纵、横坐标改正数之和应满足下式

  计算出各坐标增量改正数填入表2-1中所对应的坐标增量值的右上方。然后将各坐标增量值加上相应的改正数，即得改正后的坐标增量值，也填入相应的栏内。

  改正后的纵、横坐标增量之代数和均应为零，以此作为计算检核。

  6）计算导线点各坐标

  根据起点1的已知坐标及改正后的各边坐标增量，用式（2-18）依次推算出其余各点的坐标值

  并将计算得到的坐标值填入表中相应的栏内。最后推算出起点1的坐标，其值应与原有的1点坐标数值一致，以便进行检核。

  综上所述，根据已知点的坐标、已知边长及已知坐标方位角来计算待定点坐标，称为坐标正算；若利用两已知点的平面直角坐标值来计算其边长及坐标方位角，则称为坐标反算。

  完成踏勘选点、仪器的检定与校准、仪器的安置、仪器参数设置、新建项目、量边、测角、内业计算等实验步骤后，按照实验报告书写要求填写实验报告。