测绘专业基础知识
第1节测量学的任务与主要内容
一、测量学的产生
生产、生活的需要建筑农田水利建设等交通运输的需要旅行航海
等军事的需要
测量学(surveying)的定义
根据它的任务与作用，包括两个方面：
◆测定（测绘）(location)使用测量仪器和工具，通过测量计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图，供国家建设和科学研究使用。
◆测设（放样）(seting-out)把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置，通过野外测量的方法在地面上标定出来，作为施工的依据。
普通测量学的任务
普通测量学定义：是研究地球形状和大小以及确定地球表面空间点位的科学
研究对象:地球表面
实质:确定地面点位
主要任务:包括测定和测设两大部分
(1)测定:从地面→到图纸→供使
用
是人类认识自然的过程
(2)测设:从图纸→到地面→作为施工依据
是人类改造自然的过程
大地测量学研究测定地球的形状和大小及地球表面较大地区的点位测定和计算的有关理论与方法的学科。
工程测量学研究测量和制图的理论和技术在工程建设中的应用。
地图制图学研究地图制图的理论和方法。
地形测量学研究将地球表面局部地区的地貌、地物测绘成地形图和编制地籍图的基本理论和方法。
测量仪器学研究测量仪器的制造、改进和创新的学科。
物理大地测量学研究地球的重力场的测量方法、分布情况极其应用的学科。
测量工作的基本概
基本原则控制测量地形测量施工放样基本观测量（距离角度高差）
测量工作的基本原则
布局上：由整体到局部
精度上：由高级到低级
次序上：先控制后细部
测量工作的程序
由整体到局部由高级到低级先控制后细部
测量工作基本内容
1.控制测量
（1）.平面控制网(2)高程控制测量
2碎部测量
确定地面点位的三个基本要素
距离—斜距、平距；角度—水平角、垂直角；高差—垂直距离第二章水准测量
2-1高程测量概述
地面点的高程
绝对高程地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。
1.高程测量测定地面点高程的工作
2.高程测量的方法
水准测量——用水准仪进行高程测量的工作。
水准仪的主要功能是能指出一条水平视线。
3.高程系统与高程基准
我国国家高程系统：黄海高程系
我国国家高程基准：1985年国家高程基准
水准原点建在青岛市内，作为我国的国家高程基准。1956年高程基准的高程为72.289米，1985年高程基准的高程为72.260米。
4.水准测量的等级
一等水准测量:仅在国家等级中存在作为国家的高程控制,建立统一的高程基准;科学研究(地壳形变、地面沉降、精密测量）
二等水准测量:作为大城市的高程控制；地面沉降；精密工程测量
三、四等水准测量:作为小地区的高程控制；普通工程测量图根水准（普通水准）
2-2水准测量原理
水准仪的主要轴线：
望远镜视准轴（俗称视线），用于观察尺子，取读数
水准管轴，水准管是水平状态指示器。用于把其轴置平
仪器要求这两个轴平行。从而可以借助水准器把视线置平
连续安置水准仪的测量方法：两点间距离较长或高差较大时，在两点间设若干转点，分段测量高差，取各分段高差的总和。
2-3水准尺和的水准仪
一.水准尺、尺垫
直尺：双面(黑、红)水准尺，尺常数4.687m、4.787m，用于三等以下水准路线测量。塔尺：可伸缩，伸足为3米、5米，用于一般工程测量。
尺垫：转点立尺用。
二.水准仪
望远镜、水准器、支架、基座
三、水准仪的使用
1.安置：用连接螺旋把仪器固定在三脚架上
2、粗平：使三脚架架头大致水平;转动脚螺旋使圆水准器的气泡居中
3、瞄准：调节目镜：照准明亮的物体（如白色的墙）调节目镜使之适合自己的视力（十字丝最清晰）；
粗瞄准：转动仪器，利用望远镜外壳上的准星瞄准目标；
精确瞄准：转动调焦螺旋使目标象清晰，直至无“视差”。用微动螺旋慢慢转动望远镜，直至精确瞄准目标为止（十字丝的纵丝靠近水准尺）
4、精平用微倾螺旋使水准管气泡居中（符合气泡符合）
5、读数用十字丝的横丝在水准尺上读数（先读毫米数，然后米，分米，厘米数。每次读四位数，“0”也是必须记录的数字。）
2-4水准测量的方法及成果处理
一、水准点和水准路线
（一）水准点
埋设在永久、固定的地点
（二）水准路线
1、支水准路线
2、闭合水准路线
3、附合水准路线
第五节水准路线测量
2-5水准仪的检验与校正
一、水准仪的主要轴线及满足的条件：
(一)水准仪的主要轴线
视准轴：十字丝分划中心与物镜光心的连线。水准管轴:经过水准管零点的切线纵轴:仪器旋转轴圆水准轴:经过圆
水准管零点的法线
(二)水准仪满足的条件
圆水准器轴平行于仪器纵轴L′L′∥VV、十字丝的横丝垂直于纵轴、水准管轴平行于视准轴LL∥CC
二、水准仪检验与校正
（一）圆水准器轴平行于仪器纵轴的检验与校正
误差的影响：不影响读数，但使纵轴倾斜，影响操作速度
1、检验：（如何发现误差？）
a)以圆水准器为准（气泡居中）安置仪器的纵轴
b)把仪器连带水准器绕纵轴旋转180度。如果气泡仍然居中，则水准器轴平行仪器纵轴。否则，水准器轴不平行仪器纵轴。
2、校正：（如何减少误差？）
气泡移动量一半所表示的倾斜度就是纵轴的倾斜度。动校正螺丝，使气泡返回移动量的一半。重复上述检验和校正一二次，使这误差尽可能小。
(二)十字丝的横丝垂直于纵轴
(三)水准管轴平行于视准轴
2-7水准测量的误差分析
测量误差主要有三种：
仪器误差、操作误差、外界的影响、其它
水准测量也具有这些误差
1、水准测量的仪器误差
2、水准测量的操作误差：
气泡居中不准引起的误差、水准尺倾斜引起的误差、瞄准和读数的误差
3、外界条件对水准测量的影响
地球曲率的影响、大气折光的影响、大气抖动的影响、温度对仪器的影响
第三章
角度测量
3-1水平角与垂直角观测原理
两种角度
水平角用于确定点的平面位置（计算坐标）
竖直角用于两点间高差计算、斜距改正成平距
测角仪器：经纬仪、电子全站仪
一.水平角观测原理
水平角—过一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角。0° 二.垂直角观测原理 垂直角—在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角(也叫竖直角)。 a=0°±~90°，仰角为正，俯角为负。 3-2经纬仪的构造及度盘读数 经纬仪种类：光学经纬仪、光电经纬仪。 二.经纬仪的基本结构 有照准器或望远镜、望远镜可以在竖直面内转动。望远镜+竖盘+水平度盘的指针=照准部、水平度盘静置在基座上、水准器+脚螺旋>整平 基座、照准部、水平度盘、读数装置 3-3水平角观测 一.经纬仪的安置：对中——整平——瞄准——读数 二.水平角观测 (一).测回法观测程序(二).方向观测法一个测站观测4个或4个以上方向时，采用方向观测法，也称“全圆测回法”。 3-5经纬仪的检验与校正 目的：使经纬仪各轴线间保持正确的几何关系 一.经纬仪的轴线及其应满足的条件 经纬仪的轴线 横轴视准轴水准管轴竖 轴圆水准轴 轴线间应满足的条件 水准管轴垂直于竖轴LL⊥VV 圆水准轴平行于竖轴L′L′∥VV 十字竖丝垂直于横轴竖丝⊥HH 视准轴垂直于横轴CC⊥HH 横轴垂直于竖轴HH⊥VV 二.经纬仪的检验与校正 校正项目校正目的 1.平盘水准管的检验与校正LL⊥VV 2.圆水准器的检验与校正L′L′∥VV(次要) 3.视准轴的检验与校正CC⊥HH 4.横轴的检验与校正HH⊥VV 5.十字竖丝垂直于横轴 6.竖盘指标差的检验与校正 7.光学对中器的检验与校正 3-6测角误差分析 一、照准部偏心差o1o不重合 度盘偏心差：o’与o不重合 二、经纬仪轴系误差的影响 （一）视准轴误差C不⊥H 视准轴误差C不⊥H （二）横轴误差：H不⊥V （三）竖轴误差：L不⊥V 水准管轴误差：L不⊥V 三、水平角测量误差来源与处理方法 1.仪器误差：仪器校正的残余误差 视准轴误差（CC⊥HH）盘左盘右观测取平均消除 横轴误差（HH⊥VV）盘左盘右观测取平均消除 竖轴误差（LL⊥VV）盘左盘右观测取平均不能抵消，仔细整平。 2.仪器安置误差：对中误差，整平误差 对中误差：边长较短时采用光学对中。 整平误差：管水准器气泡偏离中心应小于1格。观测目标垂直角较大时，应特别注意。 3.标杆倾斜误差 竖直标杆，观测时尽量瞄准目标底部 4.观测误差：瞄准误差，估读数误差 5.外界因素：温度引起仪器轴线变化，热辐射引起视线跳动，土壤松软使仪器安置不稳定 第五章 测量误差基础知识 一、测量误差的来源 1、仪器精度的局限性 2、观测者感官的局限性 3、外界环境的影响 产生测量误差的三大因素： 仪器原因仪器精度的局限,轴系残余误差,等。 人的原因判断力和分辨率的限制,经验,等。 外界影响气象因素(温度变化,风,大气折光) 二、测量误差的分类与对策 （一）分类 系统误差—在相同的观测条件下，误差出现在符号和数值相同，或按一定的规律变化。 偶然误差—在相同的观测条件下，误差出现的符号和数值大小都不相同，从表面看没有任何规律性，但大量的误差有“统计规律” 粗差——特别大的误差（错误） （二）处理原则 系统误差——找出规律，加以改正 偶然误差——多余观测，制定限差 粗差——细心，多余观测 三.偶然误差的特性 偶然误差的特性 有限性：渐降性：对称性：抵偿性： 第6章小地区控制测量 6.1 控制测量概述 控制测量—为建立测量控制网而进行的测量工作。 控制点—具有准确可靠坐标（X，Y，H）的基准点。 控制网—由控制点按一定规律构成的几何图形。 作用：①可控制全局；②为减少误差积累；③可分组进行作业。 控制测量的原则： 1、分级布网、逐级控制（由高级到低级） 2、要有足够的精度； 3、要有足够的密度； 4、要有统一的规格。 内容：平面控制、高程控制。 控制测量的概念 1.目的与作用 为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网控制误差的积累 作为进行各种细部测量的基准 6.2 导线测量 导线——测区内相邻控制点连成直线而构成的连续折线。 导线测量——在地面上按一定要求选定一系列的点依相邻次序连成折线，并测量各线段的边长和转折角，再根据起始数据确定各点平面位置的测量方法。6.3 小三角测量—在测区内布设边长较短的小三角网，观测所有三角形的各内角，丈量1~2条边的长度（基线），用近似方法对角度进行调整，不考虑地球曲率，应用正弦定理计算各三角形的边长，再根据已知边的坐标方位角和已知点坐标推算各三角点坐标。 6.4 交会定点 分为测角交会和距离交会两类 第七章大比例尺地形图的测绘 地形图——按一定的投影方法和比例关系，将地面上所有的地物、地貌，经综合取舍、用规定的符号，按相似的原理，缩绘在图纸上的技术资料。 图上仅表示地物，而无等高线表示的地貌时，也称平面图或地物图。 一、地形图的比例尺 1．比例尺：地形图上任意线段长度（d）与地面上相应线段的水平长度（D）之比，称为地形图的比例尺，一般用分子为1的整分数表示，即 二．大比例尺地形图的分幅、编号和图外注记 1、分幅和编号 ?图幅指图的幅面大小，即一幅图所测绘地貌、地物的范围。 ?矩形分幅的图幅一般为40cm×40cm、50cm×50cm或40cm×50cm，以纵横坐标的整公里数或整百米数作为图幅的分界线。 ?矩形图幅的编号一般采用该图幅西南角的x坐标和y坐标（以公里为单位）加连字符x-y来表示。 2、图外注记 （1）图名和图号（2）接图表（3）图廓和坐标格网 §7-2地形图图式 一、地形图图式的概念 在地形图中用于表示地球表面地物、地貌的专门符号规定称为地形图图式。一个国家的地形图图式是统一的，它属于国家标准。 二、地物符号 地物符号分为四种类型： 比例符号：将实际地物的大小、形状和位置按测图比例尺缩绘在图上的符号 非比例符号：不按测图比例表示实际地物大小与形状的符号 半比例符号：在宽度上难以按比例表示、在长度方向可以按比例表示的地物符 号 注记符号：具有说明地物名称、性质、用途以及带有数量、范围等参数的地物符号 三、地貌符号 地貌形态可分为四种地形类型：地势起伏小，地面倾斜角一般在3°以下，称为平地；地面高低变化大，倾斜角一般在3°～10°，称为丘陵；高低变化悬殊，倾斜角一般在10°～25°，称为山地；绝大多数倾斜角超过25°的，称为高山地。 1、等高线表示地貌原理 等高线是地面上高程相同的相邻各点连成的闭合曲线，如池塘水面边缘线就是一条等高线。 2、等高距和等高线平距 （1）等高距：相邻等高线之间的高差，用h表示； （2）等高线平距：相邻等高线之间的水平距离、用d表示； （3）地面坡度：等高距h与等高线平距d的比值， 用i表示。 7-4大比例尺地形图的常规测绘方法 一、地形图测绘基本原理 地形图测绘是以相似形理论为依据，以图解法为手段，按比例尺的缩小要求，将地面点测绘到平面图纸上而成地形图的技术过程。地形图测绘分为测量和绘图两大步骤。地形图测绘亦称碎部测量。 1、碎部点的概念 ?碎部点：即碎部特征点，有地物特征点和地貌特征点。 ?地物特征点：能够代表地物平面位置，反映地物形状、性质的特殊点位，简称地物点。如图7－13所示。 ?地貌特征点：体现地貌形态，反映地貌性质的特殊点位，简称地貌点。如图7－14所示 2、测定碎部点平面位置的基本方法 极坐标法（一角一距）角度交会法（二角）距离交会法（二距）直角坐标法（二互垂距） 3、碎部点高程的测量 测量碎部点高程可用水准测量、三角高程测量和视距测量等方法。 补充 1. 测定：是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列特征点的测量数据，或将地球表面的地物和地貌缩绘成地形图。 2. 测设：是指用一定的测量方法将设计图纸上规划设计好的建筑物位置，在实地标定出来，作为施工的依据。 3. 水准面：处处与重力方向线垂直的连续曲面。 4. 水平面：与水准面相切的平面。 5. 大地水准面：人们设想以一个静止不动的海水面延伸穿越陆地，形成一个闭合的曲面包围了整个地球称为大地水准面，即与平均海水面相吻合的水准面。 6. 铅垂线：重力的方向线称为铅垂线。 7. 绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离。 8. 相对高程：地面点到假定水准面的铅垂距离。 9. 高差：地面两点间的高程之差。 10. 高差法：直接利用高差计算未知点高程的方法。 11. 视线高法（仪高法）：利用仪器视线高程Hi计算未知点高程的方法。 12. 视线高：大地水准面至水准仪水平视线的垂直距离。 13. 水准管轴：通过水准管零点与其圆弧相切的切线。 14. 视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线。 15. 视差：眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相 对移动的现象。 16. 后视点：在同一测站中与前进方向相反的已知水准点。 17. 前视点：在同一测站中与前进方向相同的未知水准点。 18. 转点：在水准测量中起高程传递作用的点。 19. 水准点：用水准测量的方法测定的高程控制点。 20. 水准路线：在水准点间进行水准测量所经过的路线。 21. 闭合水准路线：从已知高程的水准点出发，沿各待定高程的水准点进行水准测量，最后又回到原出发点的环形路线。 22. 附合水准路线：从已知高程的水准点出发，沿待定高程的水准点进行水准测量，最后附合到另一已知高程的水准点所构成的水准路线。 23. 支水准路线：从已知高程的水准点出发，沿待定高程的水准点进行水准测量，是既不闭合又不附合的水准路线。 24. 高差闭合差：各测段高差代数和与其理论值的差值。 25. 水平测量测站校核：用变动仪器高法和双面尺法进行校核。 26. 水平测量计算校核：后视读数总和减前视读数总和、高差总和、终点高程与始点高程之差进行检核，这三个数字应相等。 27. 水平测量成果校核：高差闭合差改正数、改正后高差、推算高程与已知高程的校核。 28. 水平角：地面上一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上的夹角。 29. 盘左：竖盘位于望远镜的左侧。 30. 盘右：竖盘位于望远镜的右侧。 31. 竖直角：在同一竖直面内，一点到目标的方向线与水平线之间的夹角。 32. 竖盘指标差：由于竖盘水准管与竖盘读数指标关系不正确，视线水平时读数与应有读数有一小角度差。 33. 水平距离：地面上两点垂直投影在同一水平面上的直线长度。 34. 直线定线：在地面上标定出直线丈量的方向线的工作。 35. 直线定向：确定直线与标准方向之间的角度关系。 36. 磁子午线方向：确定直线与标准方向之间的角度关系。 37. 真子午线方向：过地球南北极的平面与地球表面的交线。 38. 方位角：从直线起点的标准方向北端起，顺时针方向量至该直线的水平夹角。 39. 坐标方位角：由坐标纵轴方向的北端起，顺时针量到直线间的夹角，称为该直线的坐标方位角，常简称方位角。 40. 坐标象限角：由坐标纵轴的北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至直线的锐角，并注出象限名称。 41. 真误差：某未知量的观测值与其真值（理论值）之差。 42. 等精度观测：观测条件相同的各次观测。 43. 非等精度观测：观测条件不相同的各次观测。 44. 系统误差：在相同观测条件下，对某量进行一系列的观测，如果误差出现的符号和数值上都相同，或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。 45. 偶然误差：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，如果观测误差的符号和大小都没有表现出一致的倾向，从表面上看没有任何规律性，这种误差称为偶然误差(或随机误差）。 46. 中误差：各真误差平方和的平均值平方根。 47. 容许误差：在一定观测条件下，偶然误差的绝对值不应超过的限值。 48. 相对误差：绝对误差的绝对值与相应观测值之比，并化为分子为1的分数。 49. 误差传播定律： 50. 控制测量：在整个测区范围内，选定若干个具有控制作用的点（称为控制点），组成一定的几何图形（称为控制网），通过外业测量，并根据外业测量数据进行计算，来获得控制点的平面位置和高程的工作。 51. 图根控制测量：在首级控制下,用小三角测量、交会定点方法等加密满足测图 需要的控制。 52. 导线测量：依次测定各导线边的长度和各转折角；根据起算数据，推算各边的坐标方位角，从而求出各导线点的坐标。 53. 坐标正算：根据直线的边长、坐标方位角和一个端点的坐标,计算直线另一个端点的坐标的工作。 54. 坐标反算：导线边的坐标方位角可根据两端点的已知坐标反算出，这种计算称为坐标反算。 55. 坐标增量：两点之间的坐标值之差。 56. 地形图：表示地物和地貌平面位置和高程的图。 57. 地物：测量中地球表面上天然和人工形成的各种固定物。 58. 地貌：地球表面高低起伏的形态。 59. 地物符号：地形图上表示地物类别,形状,大小及位置的符号。 60. 地貌符号：地形图上表示地貌的符号。 61. 碎部测量：测定碎部点的平面位置和高程。 62. 对向观测：先在已知高程的点安置经纬仪，在另一点立觇标，测得高差。然后再在另一点安置经纬仪，已知点立觇标，测得高差。 63. 等高线：地面上高程相等的的相邻各点连成的闭合曲线。 64. 首曲线：按基本等高距测绘的等高线。 65. 等高距：相邻两等高线间的高差。 66. 等高线平距：相邻等高线之间的水平距离。 67. 施工控制测量：施工之前，在建筑场地上应重新建立专门的施工控制网，以此为基础测设各个建筑物和构筑物的位置。 68. 建筑基线：当建筑场地比较狭小，平面布置又相对简单时，常在场地内布置一条或几条基准线，作为施工测量的平面控制。 69. 建筑方格网：在大中型建筑场地上，由正方形或矩形格网组成的施工平面网。