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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°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o1 o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 
Ø 图幅指图的幅面大小，即一幅图所测绘地貌、地物的范围。
Ø 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。 
Ø 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 
Ø 碎部点：即碎部特征点，有地物特征点和地貌特征点。
Ø 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。
Ø 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。