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1、第一章 测量基础知识1-1测量学的基本知识1测量学的概念测量学是研究地球的形状和大小，以及确定地面点位的科学。内容包括测定和测设两部分。测定是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列数据或把地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用。测设（又称为放样）是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。2测量学的分支学科大地测量学、摄影测量学与遥感、工程测量学、地图制图学与地理信息系统、海洋测绘学。本次学习的内容属工程测量学的内容。所谓工程测量，简单的说，就是各种工程中所进行的各种测量工作。3测量学的基本内容测量学的基本内容：角度
2、测量、距离测量和高程（高差）测量。4测量的基本工作测量的基本工作：测量角度、测量距离和测量高程（高差）5测量工作的基本技能测量工作的基本技能：观测、记录、计算、绘图。6测量工作遵循的工作原则（工作程序）测量工作遵循：“从整体到局部、先控制后碎部、从高级到低级”的工作原则（工作程序）。1-2角度测量角度测量是测量的基本工作之一。角度测量使用的仪器是经纬仪。目前常用的经纬仪有光学经纬仪和电子经纬仪两种类型，全站仪上使用的是电子经纬仪。角度测量分为水平角测量和竖直角测量。水平角习惯上用表示，竖直角习惯上用（或）表示。一、水平角测量（一）水平角测量测量原理图1-11 水平角的概念地面上一点到另外两点的
3、方向线间所夹的水平角，就是过这两个的方向所作的两竖直面间的二面角。（如图1-1所示）大小可以是。2测量原理如图1-1所示，欲测量地面点三点所构成的水平角，在点的铅垂线上水平安置一个有刻度的圆盘，（称为水平度盘），铅垂线与水平度盘的圆心重合。过、的方向线个作铅垂面，与水平度盘相交的交线在水平度盘上的读数分别为，则所求得水平角 （1-1）经纬仪测量水平角的装置就是根据这个原理而设计的，即经纬仪有一个可以水平放置的水平度盘，同时也可以使水平度盘的中心和的面点处于一条铅垂线上。（二）经纬仪简介我国的经纬仪系列有级别。属于精密经纬仪，供高等级控制测量使用；属于普通经纬仪，是一般工程测量中常用的仪器。其中
4、分别是“大地测量”和“经纬仪”的第一个汉字的第一个拼音的第一个字母。下标表示的是，代表了该级别的经纬仪测角的精度。（如级别的经纬仪，表示在室内水平方向测量一个测回的方向中误差不超过）。图1-2（三）水平角观测如图1-2示，要用经纬仪观测地面上两方向线间的水平角。首先，安置经纬仪于点，（该点称为测站点或测站），然后进行观测。观测包含安置仪器和观测两大步骤1安置仪器安置仪器包括对中、整平两个步骤：（1）对中目的：使经纬仪的中心与测站位于同一铅垂线上。方法：垂球对中和光学对中。（2）整平图1-3目的：使经纬仪的竖轴竖直、水平度盘水平。图1-4方法：可将整个过程分解成两步。首先让水准管与两个角螺旋平行
5、，然后将气泡居中，见图1-3（a）；然后将仪器旋转90度，用第三个角螺旋将气泡居中，见图1-3（b）。反复几次，直到水准管在任何位置都居中为止。（一般要求不超过一格）。2测回法观测水平角如图1-4表1-1（1）盘左位置（竖直度盘在望远镜的左边），又称正镜位置，瞄准目标，得读数，记录。（2）松开制动螺旋，顺时针旋转仪器，瞄准目标，得读数，记录。以上过程称为上半测回。所得半测回角值（3）倒转望远镜成盘右位置（竖直度盘在望远镜右边），又称倒镜位置，瞄准目标，得读数，记录。（4）逆时针旋转仪器，瞄准目标，得读数，记录。（3）、（4）步为下半测回，所得半测回角值。上、下两个半测回合称一个测回，当小于规定
6、的数值时，取其平均值作为一测回的最后结果。即当观测多个测回时，取多个测回的平均值作为最终的成果。表1-1中的数据为观测的记录和计算结果。二、竖直角观测（一）竖直角测量原理1竖直角的概念（定义）图1-5所谓竖直角，就是同一竖直面内视线与水平线间的夹角，常用（或）表示。如图1-5。当视线在水平视线之上时，称为仰角，为正，大小为当视线在水平视线之下时，称为俯角，为负，大小为2竖直角的测量原理同水平角测量一样，其角值也是两个方向读数之差，即：=视线读数-水平视线读数但是经纬仪将水平视线的读数设计成某一常数，并不需要读取，所以实际上，在测量竖直角时，只需要读取视线方向的读数即可。3用全站仪测量竖直角图1
7、-6如图1-5示（1）将全站仪安置于点。对中整平，开机；（2）盘左照准M点目标的某一高度，在望远镜中的图像如图1-6所示，按测量健，测出竖直度盘读数，则竖直角（4）盘右测出竖直度盘读数，则竖直角。 最后，取盘左、盘右的平均值作为最后作为一测回的竖直角。即 （1-2）1-3距离测量距离测量也是测量的是基本工作之一。1 距离的概念距离是指两点间的直线距离，分为倾斜距离和水平距离两种，简称斜距和平距。通常用和来表示。2距离测量的工具经常使用的距离测量的工具有皮尺、钢尺和测距仪（全站仪），目前最常使用的是全站仪。3测距仪（全站仪）测距的原理（方法）图1-7设欲测两点之间的距离，在点安置测距仪（全站仪）
8、，在点放置反光棱镜，点测距仪（全站仪）发射电磁波并开始计时，电磁波到点的反光棱镜后返回，当测距仪（全站仪）接收到返回的电磁波后停止计时，由此测出往返的时间，然后用下式计算出两点的距离 （1-3）式中：是电磁波的传播速度；是电磁波往返于两点之间的时间。3测距仪（全站仪）测距的有关说明（1）测距仪（全站仪）可同时测出两点间的斜距和平距。（2）当测距精确度要求较高时，要测量测距时的气压和温度，进行气压和温度改正。1-4高程测量一、水准面和大地水准面1水准面静止的水面称为水准面。是曲面，有无数个。2大地水准面平均海水面（或静止的海水面）向大陆、岛屿延伸而形成的闭合曲面，称为大地水准面。注：当在较小的范
9、围内，水准面可近似的看作平面。二、高程和高差1绝对高程地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程，或称为海拔。图1-8常用表示。如图1-8。2假定（相对）高程地面点到某一假定水准面的铅垂距离，称为该点的假定（相对）高程。如图1-8。3高差地面上两点的高程之差，称为两点之间的高差。常用表示。如图1-8。例如，两点之间的高差为 （1-4）三、高程测量（高差测量）如图1-9地面有两点，已知点的高程为，要求点的高程，则由（1-4）式知： （1-5）可以看出，高程测量工作主要是测量两点间的高差。1高程（高差）测量的方法根据使用的仪器和施测的方法的不同，高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程测
10、量。图1-9水准测量一般用于较高等级的高程测量，一般工程可采用三角高程测量，气压高程测量使用较少。2三角高程测量原理（方法）三角高程测量就是根据两点之间的距离和竖直角计算出两点之间的高差，从而计算出待求点的高程。例如地面有两点，已知点的高程为，要求点的高程，用三角高程测量方法如下：（1）在点安置全站仪，点放置反光镜，量取仪器的高度， 反光镜高度。（2）测量两点之间的距离或和竖直角。（3）如果测量的是平距，则用下式计算两点之间高差 （1-6）（4）如果测量的是斜距，则用下式计算两点之间高差 （1-7）（5）全站仪也可直接测出，则用下式计算两点之间高差 （1-8）（6）点的高程。1-5地面点位的表
11、示地面点的位置在测量上常用表示，是点平面直角坐标，表示点的平面位置；是点高程，表示点的高程位置。一、测量平面直角坐标系的建立和表示测量平面直角坐标系的表示方法与数学上的平面直角坐标系不同。测量上用轴作为纵轴，且一般指向北方向，轴作为横轴，一般指向东方向，即构成“上北下南，左西右东”的表达方向的方式。如图1-10所示二、测量平面直角坐标系的种类测量平面直角坐标系的有两种类型，一种是国家统一的高斯平面直角坐标系，分为三度带和六度带两种；另一种是地方（独立或局部）平面直角坐标系，许多城镇的地籍坐标系统属于这种坐标系统，但往往可以和国家统一的高斯平面直角坐标系进行互相换算。图1-11测量平面直角坐标系
12、数学平面直角坐标系图1-10三、坐标方位角和象限角1方位角的概念：以标准方向的正北方向为基准方向，顺时针方向转至某直线的角度，称为该直线的方位角。大小为。如图1-11。2方位角的种类图1-12根据标准方向线的不同，方位角有真方位角、磁方位角和坐标方位角。他们对应的标准北方向为子午线北方向（真北方向）、磁子午线北方向（磁北方向）和坐标北方向（坐标北方向）如图1-12。3坐标方位角（1）概念 在平面直角坐标系中，以轴正方向或平行于轴的正方向为基准方向，顺时针转至某两点间连线的水平夹角，称为该直线（边）的坐标方位角。（2）正、反方位角测量中，直线是有方向性的，如图1-13示，直线的起点是，终点是；而
13、直线的起点是，终点是；它们方向相反，相差，因此，它们的坐标方位角也相差，即图1-13一般来说，对一条直线的正、反方位角来说，可用以下关系式描述： （1-9）注：在测量计算过程中，当算出的方位角大于时，减去；当算出的方位角小于时，加上4象限角图1-14直线与标准方向所夹的锐角称为该直线的象限角。用表示，大小为。如图1-14。象限角与坐标方位角的关系见表1-2表1-2第二章 控制测量2-1控制测量基本知识一、控制测量的基本概念测区的概念：要在某个区域进行测量工作，则习惯上将这个区域称为测区。例如，在整个西安市进行测量，则整个西安市就是一个测区。1控制网前面已经讲到，测量工作遵循的原则（工作程序）为
14、：“从整体到局部、先控制后碎部、从高级到低级”。这就是说，在测区要首先以一定的密度布设一些有控制意义的点，这些点在测量上称为控制点。将控制点以一定的方式连接起来，构成的图形称之为控制网。控制网分为平面控制网和高程控制网两种。我国的国家控制网依次分为一、二、三、四等四个等级。2控制测量测定控制点的平面位置的工作称为平面控制测量；测定控制点的高程的工作称为高程控制测量3地籍控制测量为了进行地籍测量而建立的控制网称为地籍控制网，测定地籍控制点的平面位置和高程的工作称为地籍控制测量。地籍控制测量包括基本控制点测量和地籍图根控制点测量。基本控制点包括各等级大地控制点、城镇地籍控制网二、三、四等控制点和一、二级控制点。4地籍控制网的等级和布设形式城镇地籍控制网可依次分为二、三
