实验四 经纬仪的认识、使用与测回法测水平角

一、目的与要求

1．理解水平角测量原理。了解DJ6型光学经纬仪各主要部件的名称和作用。

2．练习经纬仪对中、整平、瞄准和读数的方法，掌握基本操作要领。

3．要求对中误差小于1mm，整平误差小于一格。

4．掌握测回法观测水平角的观测顺序、记录和计算方法。上、下半测回角值互差不超过±40″；各测回差不超过±24″。

二、计划与学时

1．实验时数安排2 ~ 3学时，实验小组由3 ~ 5人组成。

2．实验设备为每组DJ6型光学经纬仪1台，记录板1块，记录表格，铅笔，测伞1把。

3．在实验场地每组打一木桩，桩顶钉一小钉或划十字作为测站点（如果是水泥地面，可用红色油漆或粉笔在地面上画十字作为测站点），各组的测站点最好布置在一条直线上，以便教师指导，周围布置A、B两个目标，供测角共用。

4．在熟悉经纬仪的使用后，每人用测回法测水平角二个测回，实验结束时，每人交一份实验报告四。

三、方法与步骤

1．经纬仪的安置

（1）松开三脚架，安置于测站点上。其高度大约在胸口附近，架头大致水平。

（2）打开仪器箱，双手握住仪器支架，将仪器从箱中取出置于架头上。一手紧握支架，一手拧紧连接螺旋。

2．熟悉仪器各部件的名称和作用

3．经纬仪的使用

    对中： 调整对中器对光螺旋，看清测站点。一脚固定，移动三脚架的另外两个脚，使对中器中的十字丝对准测站点，踩紧三脚架，通过逐个调节三脚架高度使圆水准气泡居中。

    整平： 转动照准部，使水准管平行于任意一对脚螺旋，同时相对旋转这对脚螺旋，使水准管气泡居中；将照准部绕竖轴转动90°，旋转第三只脚螺旋，使气泡居中。再转动90°，检查气泡误差，直到小于刻划线的一格为止。对中整平应反复多次同时进行，一般起码是粗略对中、粗略整平（伸缩脚架）、精准对中、精准整平（调节脚螺旋）两次完成。

   瞄准： 用望远镜上瞄准器瞄准目标，从望远镜中看到目标，旋紧望远镜和照准部的制动螺旋，转动目镜螺旋，使十字丝清晰。再转动物镜对光螺旋，使目标影像清晰，转动望远镜和照准部的微动螺旋，使目标被单根竖丝平分，或将目标夹在双根竖丝中央，瞄准必须十分准确，否则等于目标方向没有照准。

    读数：  打开反光镜，调节反光镜使读数窗亮度适当，旋转读数显微镜的目镜，看清读数窗分划，根据使用的仪器用分微尺或测微尺读数。

4．测回法测水平角

（1）度盘配置：如要测n个测回，则按公式180°/n递增配置水平度盘。若测两个测回，其配置为，根据公式计算第一测回盘左起始读数为0°00′00″或稍大于0°，第二测回盘左起始读数为90°00′00″或稍大于90°。

（2）一测回观测

    盘左  瞄准左边目标A，进行读数记a₁，顺时针方向转动照准部，瞄准右边目标B，进行读数记b₁，计算上半测回角值β_左=b₁－a₁ 。

    盘右  瞄准右目标Ｂ，进行读数记b₂，逆时针方向转动照准部，瞄准目标Ａ，进行读数记a₂，计算下半测回角值β_右=b₂－a₂ 。

    检查上、下半测回角值互差是否超限±40″，计算一测回角值 。

（3）测站观测完毕后，检查各测回角值互差不超过±24″，计算各测回的平均角值。

四、注意事项

1．按正确的方法寻找目标和进行瞄准，瞄准目标时，尽可能瞄准其底部。

2．同一测回观测时，盘左起始方向度盘配置好后，切勿误动度盘变换手轮或复测扳手。

3．同一测回观测时，除盘左起始方向度盘配置好外，其余方向均不得再动度盘变换手轮或复测扳手调零。

4．用水平角计算公式计算水平角时，当不够减时则将右目标读数加上360°以后再减左侧目标读数来计算水平角。

5．在操作中，千万不要将轴座连接螺旋当成水平制动螺旋而松开。

 

实验报告四 经纬仪的认识、使用与测回法测水平角

日期                      班组                                 姓名           仪器编号
 
一、完成下列DJ6型经纬仪各部件名称的填写
 

   图 DJ6型经纬仪的构造
1（    ）、2（    ）、3（    ）、4（    ）、5（    ）、6（    ）、7（    ）、
8（    ）、9（    ）、10（   ）、11（   ）、12（   ）、13（   ）、14（   ）、
15（   ）、16（   ）、17（   ）、18（   ）、19（   ）、20（   ）、21（   ）、
22（   ）

二、完成下列填空
1．移动三脚架的其中（        ），使对中器中的十字丝对准（        ），踩紧三脚架，通过调节三脚架（        ）使圆水准气泡居中。
2．转动照准部，使水准管平行于任意一对脚螺旋，同时（        ）旋转这对脚螺旋，使水准管气泡居中；将照准部绕竖轴转动（        ），旋转第三只脚螺旋，使气泡居中。再转动90°，检查气泡误差，直到小于刻划线的（        ）为止。

三、实验记录计算
测回法测水平角记录计算表

 

第二篇：单经纬仪测风

单经纬仪测风实验报告

姓名：刘浩

学号：111170052

2013/5/8

一、实验目的

掌握GYR1电子式光学经纬仪的操作使用方法，学会冲灌、捕捉气球方法和准确读数的技术，编程处理观测数据。

二、实验原理

按固定升速数值求取氢气的净举力值，冲罐并释放固定升速气球，用经纬仪观测气球，保证气球一直在观测中心，导出数据，用单经纬仪测风计算程序计算出高空中不同高度的风向风速。

三、     实验步骤

1．  测风经纬仪安装、调试和使用

a.       经纬仪应设置在开阔区域。

b.       拉开并牢固的架设三脚架，使其顶面尽量调整水平，使顶面与观测员的第二颗衣扣同高。

c.       从箱内取出经纬仪，用三脚架顶面中心螺钉把经纬仪固定。

d.       转动望远镜，使水准仪与三个水平调节螺钉中的任意两个平行。调节这两个螺钉，使气泡居中央，然后将水准仪转过90度再调节另一个螺钉使气泡居中，这时望远镜转动到任意位置上，水准仪气泡偏离中心不得大于1格，否则重复上述步骤以至符合要求为止。

e.       指北针定方位：打开磁针制动螺钉，松开磁针；转动镜筒，使指北针指向正北，并转动方位调整螺旋，使指北针的尖端对转磁针盒两条刻线，拨动刻度盘，使游尺“0”与方位盘上“0”对齐。使用指南针定方位，步骤同上，只是磁针的指向为正南。定好方位后，严禁转动调零手轮。

f.        瞄准远方的任意目标物，调焦距使目标物最清晰。

g.       操作变倍手轮，熟练掌握主、辅望远镜的转换方法。

2．  灌球和观测

a.       按天气条件确定气球型号、颜色。

b.       10号球采用100米/分升速。

c.       用当时的气温、气压查取标准密度升速值，用气球和附加物重量查取净举力。冲灌气球。

d.       施放气球，跟踪观测。每隔30秒读取仰角和方位角，在读数时应使气球正好聚中在十字线中间，并停止转动仰角和方位角手轮。读取10组。

四、观测资料处理

1、列出两次观测的仰角和方位角，并用观测数据计算出不同高度的风向、风速。

鉴于第一次观测为尝试，现使用第二次观测数据分析处理。

取南北方向为x轴（北为正），东西方向为y轴（东为正），气球水平面投影点的坐标分量为：

x_n=L_ncosα_n.

y_n=L_nsinα_n.

其中

L_n=H_nctgβ_n。

α_n为方位角，β_n为仰角。

则相应层的风速:

Vn=[(x_n-x_n-1)²+(y_n-y_n-1)²]^1/2/t.

其中t为相邻两次观测的时间间隔。

2、利用实测风速采用最小二乘法拟合出风速幂指数。

在近地层(250米以下)，风速随高度的变化可用幂指数表示，其表达式为：

V₂=V₁(Z₂/Z₁)^p ……①

其中，V₁、V₂分别为Z₁、Z₂高度处的风速（m/s），p为风廓线指数。

最小二乘法公式：

对于平面上的直线：y=a+bx 如有一组数据（xi,yi）

利用最小二乘法计算a,b时公式如下：

a=y0-bx0

b=∑(xi-x0)(yi-y0)/∑(xi-x0)²

将①式取对数并编程（见附录）计算可得到：

风廓线指数P=0.16878

近地层风速表达式V=1.76272*Z^0.16878

画出拟合曲线与观测数据差异对比图：

3、误差分析。 

      实验误差来源可能有以下几个：

      （1）实验观测存在误差，观测时气球不断运动，很难保证每次观测都在视野正中央。

      （2）假设条件的理论误差，在计算气球升速时所用气压等条件可能与实际条件有出入，导致气球的升速并不是100m/s。

五、                       实验总结

通过此次单经纬仪测风实验，了解了经纬仪测风的原理，初步掌握了电子式光学经纬仪的操作使用方法，学会了编程处理数据的方法。对近地层风速分布有了更深的认识。

附Fortran程序：

program main

implicit none

integer,parameter::n=10, f=4055, m=2

real(kind=1),parameter::pi=3.141592653

real(kind=1)::c(n,m)

real(kind=1)::a(n,m),vel(n,m)

real(kind=1):: h(n),y=0,x=0,sum1=0,sum2=0,b=0

integer::i=1,status=0

c=0

a=0

vel=0

h=0

open(unit=f,file="305-10.txt")

do while(.true.)

    read(f,"(12x,f5.2,6x,f7.2)",iostat=status) a(i,1),a(i,2)

    i=i+1

    if(i>10) exit

end do

a=a*pi/180

do i=1,10

    h(i)=i*50

end do

do i=1,10

    c(i,1)=h(i)*cos(a(i,2))/tan(a(i,1))

    c(i,2)=h(i)*sin(a(i,2))/tan(a(i,1))

end do

vel(1,1)=sqrt(c(1,1)*c(1,1)+c(1,2)*c(1,2))/30

vel(1,2)=90+atan(c(1,1)/c(1,2))*180/pi

do i=2,10

vel(i,1)=sqrt((c(i,1)-c(i-1,1))*(c(i,1)-c(i-1,1))+(c(i,2)-c(i-1,2))*(c(i,2)-c(i-1,2)))/30

vel(i,2)=90+atan((c(i,1)-c(i-1,1))/(c(i,2)-c(i-1,2)))*180/pi

end do

write(f,"(a2,8x,a1,17x,a1,12x,a1)")"n","x","y","h"

do i=1,10

write(f,"(I2,4x,f12.6,4x,f12.6,4x,f6.2)")i,coor(i,1),coor(i,2),h(i)

end do

write(f, "(2x,a1,10x,a1,14x,a5)") "h","v","angle"

do i=1,10

    write(f, "(f6.2,f12.6,8x,f9.5)") h(i)-25,vel(i,1),vel(i,2)

end do

do i=1,5

    y=log(vel(i,1))+y

    x=log(h(i)-25)+x

end do

  y=y/4

  x=x/4

do i=1,5

    sum1=(log(vel(i,1))-y)*(log(h(i)-25)-x)+sum1

    sum2=(log(h(i)-25)-x)*(log(h(i)-25)-x)+sum2

end do

b=y-sum1/sum2*x

b=exp(b)

write(f,"( 'p=',f7.5)") sum1/sum2

write(f,"('V=',f7.5,'*Z^',f7.5)") b,sum1/sum2

close(f)

end