测量基础知识

测量基础1第1章测绘基础知识23第1章测绘基础知识

§

1.1测绘学的任务及作用

测绘学的内容和任务

测绘是指对自然地理要素或者地表的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及获取的数据、信息、进行处理和提供的活动。

测绘学研究的主要对象是地球的自然表面，研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。它是地球科学的重要组成部分。。

4第1章测绘基础知识

§

1.1测绘学的任务及作用

测绘学研究的具体内容：

（１）测量学

——研究地球形状和大小(包括地球重力场)

——确定地面点的空间位置(含地下和空间)（２）地图制图学

——研究社会和自然信息的地理分布

——绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图5第1章测绘基础知识

§

1.1测绘学的任务及作用

测绘学的分科１．大地测量学２．摄影测量与遥感学３．工程测量学４．海洋测量学５．地图制图学６．测绘仪器学７．普通测量学——几何(天文)大地测量学、物理(重力)

大地测量学、卫星(空间)大地测量学

——地面(近景)摄影测量学、航空摄影测量学、航天遥感测量学——普通工程测量学（包含土木、建筑、水利、交通、矿山测量等）、精密工程测量学、特种工程测量学——海洋水体测量学、水下地形测量学、航道测量——地图学与GIS、地图制图工程——光学测绘仪器学、电子测绘仪器学——局部地区地形测量与一般工程测量6第1章测绘基础知识

§

1.1测绘学的任务及作用

在国家经济建设中的作用

1.工程建设的尖兵

2.军事作战的眼睛

3.科学研究的工具

4.现代管理的基础

（数字地球、数字中国和数字城市）7第1章测绘基础知识

§1.2地球的形状和大小8第1章测量学的基础知识

§1.2地球的形状和大小9第1章测量学的基础知识

§1.2地球的形状和大小10第1章测量学的基础知识

§1.2地球的形状和大小11第1章测量学的基础知识

§

1.2地球的形状和大小一、地球形状和大小

1.

地球是一个表面起伏较大的椭球

地球表面最高峰：8844.43m

海洋底部最深处:11022.00m

地球表面最大高差近20km

2.地球又是一个近似光滑的水球大陆面积:占29%

海洋面积:占71%

3.地球平均半径:6371km

22四月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系12

测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。13实际地球地球表面大地体旋转椭球体大地水准面参考椭球面一、地球的形状14§1.2地球的形状和大小二、基本概念1.重力方向线

即铅垂线,

是测量工作的基准线2.水准面

自由静止的水面;

是等位面,有无数个地心O离心力地心引力重力G重力的方向线称为铅垂线15

设想当海洋处于静止均衡状态时，将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。大地水准面静止海水面陆地大地水准面16地球表面低密度矿体高密度矿体大地水准面大地水准面和铅垂线示意图17地心OOG格林尼治天文台G地球自转轴起始天文子午面地球自然表面大地水准面E18WDM94模型描述的地球形状19§1.2地球的形状和大小二、基本概念3.大地水准面

静止平衡状态下的平均海水面,向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面

特性:

唯一性、等位面、不规则曲面作用：测量野外工作的基准面4.大地体由大地水准面包围的地球形体，是不规则球体。20二、基本概念5.旋转椭球与大地体非常接近的数学椭球

长半径为a，短半径为b

扁率

数学模型地球平均半径R=6371km

§1.2地球的形状和大小ZYX21§1.2地球形状和大小旋转椭球理论上是唯一的数学球体旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定并采用的旋转椭球称为参考椭球同时顾及地球几何参数和物理参数的旋转椭球称为地球椭球体，又称为参考椭球体参考椭球面是测量计算和制图的基准面

22

§1.3测量中常用的坐标系统

地面点位的坐标与选用的地球椭球和坐标系统有关，测量中常用的坐标系统有：天文坐标系、大地坐标系、高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系一、天文坐标系球面坐标，称为地理坐标

基准面：大地水准面

基准线：铅垂线

地面点位用天文经度和天文纬度来表示23二、大地坐标系

基准面：参考椭球面

基准线：法线地面点位用大地经度和大地纬度来表示1.1954年北京坐标系2.1980国家大地坐标系3.WGS-84世界大地坐标系§1.3测量中常用的坐标系统三、空间直角坐标系三维坐标(X,Y,Z)241980国家大地坐标系大地原点——位于陕西省泾阳县永乐镇25§1.3测量中常用的坐标系统

四、大地坐标和空间直角坐标的转换

五、高斯投影和高斯平面直角坐标系1.高斯投影——横切椭圆柱正形投影。又称为高斯—克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。目的：将球面坐标转换为平面坐标。26OSN赤道面中央子午线M高斯投影的概念271.高斯投影中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。为保证投影精度，必须采用分带投影。6度投影带：中央子午线经度为282.高斯投影分带（1）6度投影带：中央子午线经度为（2）3度投影带：中央子午线经度为29五、高斯投影和高斯平面直角坐标系

3.高斯平面直角坐标系x坐标：中央子午线向西平移500km，向北为正。y坐标：赤道，向东为正。为区分点位所在的高斯投影带，在Y坐标前必须加两位数的带号。如：

我国六度带带号N=13~23，三度带带号n=25~4530

x

ⅣαⅠy

ⅢⅡ

高斯平面直角坐标系

y

ⅡⅠαx

ⅢⅣ笛卡尔平面直角坐标系3.

测量高斯平面直角坐标系与

数学笛卡尔平面直角坐标系的区别

31六、墨卡托投影——等角正圆柱投影

七、独立平面直角坐标系

在半径R<10km的范围内，可用水平面代替大地水准面作为基准面。以磁子午线的方向作为X轴，向北为正；其垂直方向为Y轴，向东为正。坐标原点选在测区西南角。

x

测区

oy32

§1.4地面点的高程

一、高程

地面点沿铅垂线方向到高程基准面的距离绝对高程H（海拔）：地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离相对高程H'：地面点沿铅垂线方向到任意水准面的距离高差h：地面两点高程之差33二、我国的高程系统国家水准原点（高程零点H。）位于青岛观象山，黄海平均海水面为高程基准面1956黄海高程系：H。=72.289m1985国家高程基准：H。=72.260m，相差29mm合肥市目前仍采用上海吴淞高程系如合肥市某点:

吴淞高程—1.856m=85黄海高程34§1.6测量工作的基本概念一、测量三项基本工作测量工作包括测定和测设两部分，其实质都是确定地面点的点位确定点位的三要素：高差、水平角、水平距离测量三项基本工作：

高程测量角度测量距离测量35二、测量工作的原则

从整体到局部，先控制后碎部

——减少误差结累

——加快测量速度前项工作未作检核，不进行下一步工作

——保证成果质量36

三、普通测量的基本内容第2章水准仪及水准测量3738第2章水准仪及水准测量

§2.1高程测量概述

测量三项基本工作之一：高程测量高程测量：测量地面上各点高程的工作高程测量有下列几种方法：

1.几何水准测量——是高程测量最主要的方法

2.三角高程测量

3.物理高程测量包括:气压高程测量、液体静力水准测量

4.GPS高程测量2012年6月39第2章水准仪及水准测量

§2.2水准测量原理

原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。1.高差法:hAB=后视读数—前视读数，即：待定点B点的高程：2.仪高法(视线高法):40第2章水准仪及水准测量

§2.3水准仪及其使用

水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度划分为四个等级：精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10

D—大地测量；S—水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。水准仪按其构造可分为四种：微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪目前，普通工程测量中最常用的水准仪是：

DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）2012年6月

宁夏国土资源厅41第2章水准仪及水准测量

§2.3水准仪及其使用

一、DS3微倾式水准仪DS3微倾式水准仪的构造作用：为测量高差提供一条水平视线组成：望远镜、水准器、基座132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座2012年6月42第2章水准仪及水准测量

§2.3水准仪及其使用

2.水准尺和尺垫

（1）水准尺有单面尺、双面尺、塔尺三种

（2）标准水准尺为一对双面尺，

其中:A尺和B尺黑面0~3m;A尺红面4.687~7.687m,B尺红面4.787~7.787m。

（3）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点位置。43第2章水准仪及水准测量

§2.3水准仪及其使用

二、精密水准仪和精密水准尺精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国家一、二等水准测量(thefirstandsecondorderleveling)和高精度的工程测量中；例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。44第2章水准仪及水准测量

§2.3水准仪及其使用

二、精密水准仪和精密水准尺1.N3精密水准仪下图就是新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差为±0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器。2012年6月45第2章水准仪及水准测量

§2.3水准仪及其使用

二、精密水准仪和精密水准尺2.精密水准尺(因瓦水准尺)精密水准尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值分为基辅分划（10mm）和奇偶分划（5mm）两种。基辅分划差为：3.01550m46第2章水准仪及水准测量

§2.3水准仪及其使用

三、数字水准仪（电子水准仪）望远镜基座—

脚螺旋自动安平补偿器电子水准仪调焦螺旋制动、微动螺旋调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜：将由物镜计入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数47

§

2.4水准测量方法

一、水准测量的外业实施1.水准点

——事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点(BenchMark),常以BM表示。水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面,用于放置水准尺。

482.待定点高程的测量和计算检核已知HA，求高程HB，中间临时放置标尺的过度点1，2….称为转点,起高程传递作用,常用TP表示，实测时转点上应使用尺垫。49每测站高差：各测站高差之和：待定点B点高程：施测方法（动画）2.待定点高程的测量和计算检核50普通水准测量记录表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1∑a–∑b=5.358–3.867=1.491∑h=2.209–0.718=1.491HB–

HA=51.491–50.000=1.491HB–

HA=∑h=∑a–

∑b(计算无误)计算检核3.8675.358Σ51.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m50.0000.5830.7530.8731.851A–前视+后视备注高程（m）高差标尺读数（m）测点0.718513.测站检核为保证每一测站的高差正确，或在误差允许范围之内，必须进行测站检核。测站检核有双仪高法和双面尺法（1）双面尺法：黑面读数高差：红面读数高差：红黑面高差之差：最后高差中数：（2）双仪高法：改变仪器高度10cm以上，测出两次高差，进行检核。52

双面尺法水准测量观测记录表53

双仪高法水准测量观测记录表54二、水准路线测量的成果检核1.闭合水准路线从某已知点BMA出发,经待定点1,2,3,4;再回到A点。高差理论值：⊗高差闭合差：2.附合水准路线从已知点BMA出发到另一已知点B,

高差理论值：高差闭合差：AB2h1h3155二、水准路线测量的成果检核3.结点水准网（1）独立水准网⊗（2）单结点附合水准网4.支水准路线从已知点BMA出发到待定点B

⊗⊗⊗56三、水准测量的内业计算

按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合差进行分配，确保各测段（或各测站）高差经改正后严格满足检核条件。等外水准测量高差闭合差容许误差：山地：平地：国家四等水准测量高差闭合差容许误差：山地：平地：57

水准测量的内业计算步骤

（附合、闭合水准路线）

h21）计算闭合差2）判断闭合差是否超限3）计算各测段观测高差的改正数5）计算各测段的改正后的高差6）计算各点的高程值4）检查闭合差是否分配完AB2附合水准路线h1h3122四月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系58例：附合水准测量内业计算59普通水准测量记录计算表-0.016-0.014-0.119B56.9020964575415636348Bfh=

∑h=–0.016m=–16mm检核BMA55.35207725560BMAE55.2432024671208765566ED56.3322100688609325720DC57.0791387607613506035CHA=55.352m55.35225127200BMA平均高差高差前视后视备注高程（m）高差标尺读数（m）测点Σ7.23330.8697.24730.988+1.548+1.446+0.176+0.272-0.750-0.851-1.092-0.992+0.104+0.006+3+1.547+3+0.174+3-0.750+3-1.092+4+0.10560§2.5微倾式水准仪的检验与校正一、圆水准器的检验与校正检验目的是保证：圆水准器轴∥仪器VV二、十字丝的检验与校正检验目的是保证：十字丝横丝⊥仪器VV三、管水准器的检验与校正检验目的是保证：视准轴CC∥水准管轴LL

（水准仪的主条件）61§2.6水准测量误差分析及注意事项一、仪器误差

1.仪器校正后的残余误差

2.水准尺误差(包含:刻划、变形和零点误差等）二、观测误差

1.读数误差

2.视差影响

3.水准管气泡居中误差三、外界条件的影响

1.仪器下沉和尺垫下沉误差

2.地球曲率和大气折光的影响

3.温度的影响62

望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行i角对读数的影响向上倾斜i

角的符号为正63

望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行i角对高差的影响向上倾斜i

角的符号为正第3章经纬仪及角度测量

6465第3章经纬仪及角度测量

测量三项基本工作之一：角度测量角度测量的仪器：经纬仪角度测量分为：水平角测量和竖直角测量水平角测量目的：用于求算地面点的平面位置竖直角测量目的：

1.测定地面两点的高差

2.将地面两点的倾斜距离改化成水平距离

66

§3.1角度测量原理

一、水平角测量原理水平角定义

1.为地面上O点至A和B两目标方向线在水平面P上投影的夹角β，称为水平角。

2.地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。67二、竖直角测量原理竖直角定义竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角，其角值仰角俯角视线水平时竖直角视线水平时竖直度盘读数为一常数，通常为或是的倍数6869§

3.2

经纬仪及角度观测经纬仪的种类

1.按构造原理和读数系统分为:

游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪

2.按精度高低分为：

DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ603.一般工程测量最常用:DJ6级光学经纬仪70经纬仪的精度系列及用途技术项目一测回水平方向中误差望远镜有效孔径不小于望远镜放大倍数不小于水准管分划值水平度盘垂直度盘主要用途经纬仪等级DJ1DJ2DJ6126二等平面控制测量及精密工程测量60mm40mm40mm30倍28倍26倍6/2mm20/2mm30/2mm10/2mm20/2mm30/2mm三、四等平面控制测量及一般工程测量图根控制测量及一般工程测量技术参数7172ET-02电子经纬仪的使用如图为南方测绘仪器公司生产的ET-02电子经纬仪。一测回方向观测中误差为±2″，角度最小显示到1″，竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器。可以与南方测绘公司生产的光电测距仪和电子手簿连接，组成速测全站仪，完成野外数据的自动采集。仪器设有双操作面板，每个操作面板都有完全相同的一个显示窗和7个功能键，便于正倒镜观测；望远镜的十字丝分划板和显示窗均有照明光源，以便于在黑暗环境中观测。73二、经纬仪的安置1.对中对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个铅垂线上。有垂球对中和光学对中两种方法。

对中精度：垂球对中3mm，光学对中1mm2.整平整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度盘处于水平位置。

3.瞄准（注意消除视差）4.读数74测回法：一个测站观测2个方向时用。方向观测法：一个测站观测3个或3个以上方向时用,

也称“全圆测回法”。三、水平角测量JKB测回法第1方向第2方向测站ABCDE方向观测法751.竖直角观测方法竖直角

(也称垂直角)——在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角。α=0±90。仰角为正，俯角为负。天顶铅垂线水平线ACB0°90°180°270°ZAZCAC四、

竖直角测量76773.6经纬仪的检验与校正一.经纬仪的轴线及其应满足的条件1.经纬仪的轴线横轴HH

视准轴CC

水准管轴LL

竖轴VV

圆水准轴LL

2.应满足的条件水准管轴垂直于竖轴LL⊥VV

视准轴垂直于横轴CC⊥HH

横轴垂直于竖轴HH⊥VV

十字竖丝垂直于横轴竖丝⊥HH

圆水准轴平行于竖轴LL∥VV(次要条件)§3.3经纬仪的检验与校正783.6经纬仪的检验与校正二.经纬仪的检验校正内容§3.3经纬仪的检验与校正1.水准管轴垂直于竖轴的检验与校正2.十字丝竖丝的检校3.视准轴的检校4.横轴的检校5.竖盘指标差的检校第4章距离测量7980第4章距离测量距离测量是测量三项基本工作之一.距离测量的方法主要有:1.钢尺(皮尺)量距.2.视距测量

3.光电测距要确定地面点的平面位置,还必须测定直线的方向,即直线定向81视距测量图82利用调制波波长测距B测距仪反光棱镜S电磁波测距电磁波测距图A

83

第4章距离测量

§4.1钢尺量距

§4.2红外线测距仪及全站仪

§4.3直线定向

84§4.1钢尺量距1.钢卷尺

尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位置有不同，分刻线尺和端点尺两种。

4.1.1量距用的工具:钢卷尺，花杆，测钎一般量距方法量距相对精度1200015000精密量距方法量距相对精度1100001400002.花杆定线用（量距时标定直线量距的前进方向）3.测钎量距时在地面标定尺段端点位置。85端点尺刻线尺测钎花杆皮尺测绳钢卷尺864.1.2直线定线

1.两点间目估定线2.两点间互不通视定线3.经纬仪定线:如果量距要求的精度较高,可在其端点A安置经纬仪定线.87§4.2电磁波测距电磁波测距仪分类1.按其所采用的载波（光源）可分为：①微波测距仪(microwaveEDMinstrument)；②激光测距仪(laserEDMinstrument)；③红外测距仪(infraredEDMinstrument);2.按测程分为：①短程测距仪(≤5km)②中程测距仪(5~15km)③远程测距仪(≥15km）3.按精度分为：①Ⅰ级测距仪(mD≤5mm)②Ⅱ级测距仪(5≤mD≤10mm)③Ⅲ级测距仪(mD≥

10mm）4.按测距原理分为：①脉冲式；②相位式885光电测距仪的组成第5章全站仪和GPS及其使用89905全站仪和GPS及其使用§5.1全站仪（一）全站仪概述（二）全站仪的功能

（三）几种全站仪及其基本应用

91南方NTS全站仪TOPCONGTS全站仪92Leica全站仪93棱镜杆单棱镜三棱镜94（一）全站仪概述全站仪(totalstation)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和距离。全站仪具有如下特点：同时进行角度测量(水平角、竖直角)和距离测量(斜距S、平距D、高差h)；测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一）；显示测点的角度(方向值)、距离、高差或三维坐标；拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等高级测量功能。95全站仪特点拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标；实现全站仪与计算机的数据通讯；高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)；与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。96

三轴同一望远镜

在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距97测量仪器总的发展过程

测量仪器总的发展过程：光学经纬仪电子经纬仪

速测全站仪 全站仪。全站仪的发展过程：

1.普通型全站仪

2.功能型全站仪

3.磁卡型全站仪

4.内存式全站仪

5.全自动智能全站仪全站仪生产厂家：

瑞士：徕卡Leica

德国：蔡司Zeiss

日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，宾得,尼康

中国：南方、苏州、北京98（二）全站仪的功能对边测量、悬高测量、后方交会、放样、偏心测量、面积计算等高级测量功能。99全站仪的功能1、对边测量如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。VSHD%22四月2023

100全站仪的功能2、悬高测量如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度HHh1h2

宁夏国土资源厅101全站仪的功能3、后方交会测量如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。1024、三维坐标测量如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定P的三维坐标。APB全站仪的功能22四月2023

103全站仪的功能5、放样测量将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。

宁夏国土资源厅104全站仪的功能6、偏心测量如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。22四月2023

105全站仪测量的流程野外采集数据：南方NTS、TOPCON全站仪+PDA（测图精灵）传输数据：将数据文件传入计算机处理数据：用测图软件（南方测绘CASS）处理、编辑输出成果：数字化地形图、电子地图（.dwg）、工程图。

宁夏国土资源厅一、GPS概述§5.2GPS

宁夏国土资源厅10622四月2023

（一）GPS及其背景它的全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统（NAVSTAR/GPS；NavigationSystemtimingAndRanging/GlobalPositioningSystem）GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统

(1)全球通用，24小时可以定位，测速和授时

(2)确保美国军事安全，服务于全球战略

(3)导航精度可达10—20m(4)1994年3月28日建成，取代其它导航系统107GPS用于军事

飞行高度9,840英尺/3,000米108系统特征NNSSGPS载波频率GHz0.15,0.401.23,1.58卫星高度km107020200卫星数621+3卫星周期min1:4711:58卫星钟稳定度10-1110-12GPS与NNSS的主要特征比较注：NNSS是美国于1964年建成的海军导航系统109

宁夏国土资源厅22四月2023

系统特征GLONASSGPS载波频率GHz1.61,1.251.23,1.58卫星高度km1910020200卫星数21+321+3卫星周期h11:1511:58卫星钟稳定度10-1110-12GPS与GLONASS的主要特征比较注：GLONASS是俄罗斯于1996年建成的全球定位系统110（二）GPS的特点

全球性，全天候，高精度，保密性

GPS测量与经典测量方法的对比：不需要相互通视观测作业不受天气条件的影响网的质量与点位的分布情况无关能达到大地测量所需要的精度水平白天和夜间均可作业经济效益显著111GPS用于大地测量112（三）GPS的系统组成

空间部分24颗GPS卫星组成用户部分

GPS接收机控制部分

1个主控站

5个监控站

3个注入站

注入站

监控站主控站113注入站空间星座部分：提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息地面控制部分：中心控制系统实现时间同步跟踪卫星进行定轨用户部分：接收卫星信号记录处理数据提供导航定位信息

宁夏国土资源厅22四月2023

114GPS空间星座部分11524颗卫星(21+3)6个轨道平面55º轨道倾角20200km轨道高度(地面高度)11小时58分(恒星时)轨道周期5个多小时出现在地平线以上(每颗星)在全球各处能观测到高度角>15°的卫星4颗以上GPS卫星（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）116GPS卫星在轨道上的分布

宁夏国土资源厅11722四月2023

118GPS地面监控部分控制部分

1个主控站

3个注入站

5个监控站119GSP地面控制站一个主控站：科罗拉多•斯必灵司三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋

迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)—印度洋

卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋五个监测站

=

1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings120

GPS用户部分

宁夏国土资源厅22四月2023

1211.GPS接收机的功能跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。解译导航电文，实时解算测站三维位置。2.GPS接收机的类型3.GPS接收机的发展1981年GPS接收机问世测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。

（2）按信号频率分：单频（L1）双频（L1和L2）（1）按用途分：导航型授时型测地型122GPS天线部分将微弱的卫星电磁波信号转变为电信号,并放大GPS主机部分1.变频器2.信号通道3.微处理器4.存储器5.显示器GPS电源部分123测地型GPS接收机导航型GPS接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备(手持机)天线前置放大器电源部分射电部分微处理器数据存器显示控制器供电信号信息命令数据供电，控制供电数据控制

124（四）GPS的功能导航

海空导航、车辆引行、导弹制导等测速

其精度可达0.1m/s测时与授时

其精度可达340ns（1纳秒=10-9秒）定位125二、GPS定位原理Time(0)AmbiguityTime(i)AmbiguityCountedCyclesPhaseMeasurement

宁夏国土资源厅12622四月2023

（一）GPS坐标系WGS-84坐标系WorldGeodeticSystem-1984坐标是GPS所采用的坐标系统，GPS发布的星历参数都是基于此坐标系的。

WGS-84的椭球参数：a=6378137m,1/f=298.2572.1954北京坐标系(C54)

克拉索夫斯基椭球参数：a=6378245m,1/f=298.33.1980西安坐标系(C80)

IUGG1975椭球参数：a=6378140m,1/f=298.25712722四月2023

X轴=0经度X轴在赤道平面内Y轴=东经90度Y轴在赤道平面内地心坐标为（0，0，0）Z轴=旋转轴（极轴—BIH1984.0）地球质心为原点的坐标系统

（空间直角坐标系）12822四月2023

依定位时的状态动态定位静态定位依定位模式绝对定位（单点定位）相对定位差分定位依定位采用的观测值伪距测量（伪距定位）载波相位测量依时效实时定位事后定位（二）GPS测量定位的分类12922四月2023

GPS定位的误差来源与GPS卫星有关的因素

SA技术：人为的降低广播星历精度(ε技术，2000年5月取消),AS技术：防电子欺骗技术；卫星星历误差；卫星钟差与传播途径有关的因素

电离层延迟；对流层延迟；多路径效应与接收机有关的因素

接收机钟差；天线相位中心误差；接收机软件和硬件误差另外有接收机的对中、整平误差等13022四月2023

常规GPS的测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分(Real-TimeKinematic)方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。

什么是RTK技术13122四月2023

发射电台GPS主机基准站移动站GPS主机RTK测量原理图采集器接收电台13222四月2023

22四月2023

133第6章控制测量13422四月2023

135§6-1控制测量概述一.控制测量的概念二.平面控制测量三.高程控制测量第6章

控制测量22四月2023

136一.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

2.控制测量分类按内容分：平面控制测量、高程控制测量按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、三级按方法分：天文测量、常规测量(三角测量、导线测量、水准测量)、卫星定位测量22四月2023

137控制点：对整个测区起控制作用的测量标志点。控制网：由按一定规范布设，由一系列相互联系的控制点所构成的网状几何图形。图根控制网：直接为测图而建立的控制网。图根点：图根控制网中的控制点。3.有关名词一.控制测量的概念控制测量：为建立控制网所进行的测量工作。22四月2023

138二.平面控制测量——建立平面控制网，测定各平面控制点的坐标X、Y。1.一般概念等级关系：分一等、二等、三等、四等，前一等级作为以后各等的控制基准；小地区内布置一级、二级、三级和图根控制。布置形式：三角锁、三角网(三边网、边角网)、导线网、交会定点、GPS测量等。布网原则：从整体到局部，由高级到低级，分级布网，逐级控制。22四月2023

1392.常规平面控制测量的等级关系城市平面控制网的等级关系三角(三边)网城市导线控制范围

二等三等三等

四等四等一级小三角一级导线二级小三角二级导线

三级导线城市基本控制小地区首级控制图根控制图根导线图根三角22四月2023

140一等三角锁为全国平面控制网的基础3.各级平面控制网布置形式二等连续网充填一等三角锁，成为全国平面控制网的骨干。一等三角锁

二等连续网22四月2023

141三等、四等三角网和导线网,根据测区的需要，在二等三角网的基础上进行加密，基本图形如下：图7-3三角网或三边网图7-4导线网22四月2023

1424.常规平面控制测量的主要技术要求城市三角测量的主要技术要求表7-222四月2023

143城市三边网的主要技术要求表7-322四月2023

144表7-4城市导线控制测量的主要技术要求22四月2023

145图根导线的技术要求

测图附合导平均边测距相对测角测回数

导线全方位角比例尺线长度长(m)中误差中误差DJ6

长相对闭合差

(km)(mm)()闭合差1:50050075一般地区1:10001000110

1/3000

2011/200060n1:2000200018022四月2023

146三.高程控制测量——建立高程控制网，测定各控制点的高程H。主要方法：水准测量另外方法：三角高程测量、电子全站仪高程测量。等级关系：分一等、二等、三等、四等，前一等作为以后各等的控制基准；地形测量时，布设图根水准(也称等外水准)。布网原则：从整体到局部，由高级到低级，分级布网，逐级控制。

宁夏国土资源厅22四月2023

147城市水准网主要技术要求城市水准网主要技术要求注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位。等级每公里高差中误差(mm)附合路线长度(km)水准仪级别测段往返测高差不符值(mm)附合路线或环线闭合差(mm)二等2400DS144三等645DS31212四等1015DS32020等外208DS104022四月2023

1487-2导线测量§6-2

导线测量一.导线测量概述二.导线测量的外业三.导线测量的内业计算22四月2023

149导线测量是平面控制测量中最常用的方法。导线测量概述导线的已知点和新建点组成的若干条直线(即导线边)联结成一系列折线或闭合多边形。附合导线闭合导线单结点导线闭合导线和附合导线也称为单导

线，结点导线和两个环以上的导线称为导线网。导线测量概述导线测量时，通常只需要前后两点相互通视。22四月2023

150一.单导线的布置形式一.单导线的布置形式1.闭合导线2.附合导线3.支导线22四月2023

1511.闭合导线已知数据：AB，XB，YB观测数据：连接角B；

导线转折角0，1，……,5；

导线各边长DB1，D12，……，D51。1.闭合导线DB1D12D23D34D45D51B012345(XB,YB)AB12345闭合导线图

A、B为已知点，1、2、3、4、5为新建导线点。22四月2023

1522.附合导线图2.附合导线AB1234CD已知数据：AB,XB,YB；CD,XC,YC。AB、CD为已知边，点1、2、3、4为新建导线点。ABCD(XB,YB)观测数据：连接角B、C；

导线转折角1,2,3,4；

导线各边长DB1，D12，……，D4C。(XC,YC)BC1234附合导线图DB1D12D23D34D4C22四月2023

1533.支导线3.支导线图AB12A、B为已知边，点1、2为新建支导线点。观测数据：转折角B,1

边长DB1，D12已知数据：AB,XB,YBAB(XB,YB)B1DB1D1222四月2023

154二.导线测量的外业二.导线测量的外业1.踏勘选点（选点）2.导线边长测量（测边）3.导线角度测量（测角）4.导线连接测量（连测）22四月2023

155导线测量外业的准备工作准备工作：

收集资料：测区旧地形图、已知点(平面和程控制点)资料、测量规范；仪器工具：所用仪器(包括仪器的检验和校正)、工具、记录手簿、材料。1.踏勘选点及建立标志(1).踏勘测区实地了解测区地形；了解已知点状况。(2).图上(指原有旧图)设计布网方案导线网形、等级；导线边长、总长、点位密度等符合规范要求。1.踏勘选点及建立标志22四月2023

156(3).实地选点(4).建立标志

(3).实地选点(考虑以下因素)：(4).建立标志永久性标志通视良好，便于测角；地面平坦，便于量距(用测距仪不考虑)；视野开阔，便于测图(重要)；点位稳定，便于保存；边长适当，足够密度；便于安置仪器。22四月2023

157临时性标志木桩泥土地大铁钉沙石路、沥青、砖石缝凿刻水泥地、岩石红油漆标志油漆不易剥落处临时性标志图22四月2023

158(5).绘制点位图

在现场丈量2—3个攀距，便于以后寻找或确定点位。

用红油漆标出攀距出发点，并写点号与攀距尺寸。画出攀距关系的平面示意图，作为控制点资料。攀距交会角度要好。(5).绘制点位图

电杆房屋道路控制点

D512.36m

D58.75m22四月2023

159

点号D5桩别大铁钉埋设日期1999年5月20日备注导线点的点位图导线点的点之记大庆路中山路12.36m8.75m食品店

中西

18-1D5北22四月2023

1602.导线边长测量

——测定导线各边长(往返丈量)。精度要求：符合规范规定。2.导线边长测量例：图根导线测距方法：钢尺量距电磁波测距22四月2023

1613.导线角度测量

——观测导线各转折角、连接角。DJ6一个测回(图根导线)。边长较短时，采用光学对点。全部测左角，或全部测右角；闭合导线测内角。4.导线连接测量

—导线定向（包括连接角和连接边测量）AB1234522四月2023

162三.导线测量的内业计算三.导线测量的内业计算1.附合导线的计算2.闭合导线的计算3.支导线计算4.无定向附合导线的特点导线计算目的：计算各导线点的坐标。要求：合理分配测量误差，评定导线测量的精度。22四月2023

163三、导线测量的内业计算思路：①由水平角观测值β，计算方位角α；②由方位角α、边长D，计算坐标增量ΔX、ΔY；③由坐标增量ΔX、ΔY，计算X、Y。（计算前认真检查外业记录，满足规范限差要求后，才能进行内业计算）22四月2023

1641、坐标计算公式：（1）坐标正算（由α、D，求X、Y）

已知A（），，求B点坐标。OyxAB22四月2023

165注：计算出的αAB

，应根据ΔX、ΔY的正负，判断其所在的象限。（2）坐标反算（由X、Y，求α、D，）OyxAB已知A（）、B（）求。22四月2023

1662、附合导线的计算

如图，A、B、C、D是已知点，起始边的方位角和终止边的方位角为已知。外业观测资料为导线边距离和各转折角。例：C1D423BA125.36m98.76m114.63m116.44m156.25m前进方向22四月2023

167+）BD4231CA（1）计算角度闭合差：如图：以右转折角为例计算。一般公式：同理：以左角计算22四月2023

168即：（各级导线的限差见规范）检核：（2）闭合差分配（计算角度改正数）：式中：n—包括连接角在内的导线转折角数22四月2023

169（3）计算改正后的角度β改：计算检核条件：（4）推算各边的坐标方位角α：（用改正后的β改）计算出的，否则，需重算。22四月2023

170（5）计算坐标增量ΔX、ΔY：（6）计算坐标增量闭合差：由于的存在，使导线不能和CD连接，存在导线全长闭合差：导线全长相对闭合差：22四月2023

171（7）分配闭合差：检核条件：（8）计算改正后的坐标增量：检核条件：22四月2023

172（9）计算各导线点的坐标值：

依次计算各导线点坐标，最后推算出的终点C的坐标，应和C点已知坐标相同。22四月2023

合肥工业大学土建学院测量工程系17320536482904054202470816721561753125214093312560744-13-13-13-13-13-12-7720536352904042202465516721431753112214092012560625236442821107531002711774016901833944721603801125.3698.71114.63116.44156.25641.44

+0.04-107.31

+0.03-17.92

+0.04+30.88

+0.03-0.63

+0.05-13.05-108.03

-0.02-64.81

-0.02+97.12

-0.02+141.29-0.02+116.44

-0.03+155.70+445.74-107.27-17.89+30.92-0.60-13.00-64.83+97.10+141.27+116.42+155.67+445.63点号观测角（右角）

°´"改正数

˝改正角

°´"A1B234CD辅助计算坐标方位角

α距离

Dm点号A1B234CD增量计算值改正后增量坐标值ΔxmΔymΔxmΔymxmym1536.86837.541429.59772.711411.70869.811442.621011.081442.021127.501429.021283.17-107.8422四月2023

1743.闭合导线的计算

闭合导线的计算步骤与附合导线基本相同，需要强调以下两点：(1)角度闭合差的计算n边形闭合导线内角和的理论值应为：22四月2023

175（2）坐标增量闭合差的计算根据闭合导线本身的特点：理论上实际上北214378.16m105.22m129.34m80.18m22四月2023

176辅助计算点号观测角（右角）

°´"改正数

˝改正角

°´"1234坐标方位角

α距离

Dm点号1234增量计算值改正后增量坐标值ΔxmΔymΔxmΔymxmym1212闭合导线坐标计算表10748308936308933505318431253000730020+13+13+12+12+50359591010748437300328934028936433600000125300030619152155317105.2280.18129.3478.16392.90-0.02-61.10-0.02+47.90-0.03+76.61-0.02-63.32+0.02+85.66+0.02+64.30+0.02-104.21+0.01-45.82+0.09-0.07+64.32+47.88+76.58-104.19-45.81-63.34-61.12+85.680.000.00585.68545.81563.34438.88650.00486.76500.00500.00500.00500.0022四月2023

1771.附合导线的计算

计算器的角度及坐标计算计算器的角度运算计算器直角坐标与极坐标换算功能22四月2023

178计算器的角度运算计算器的角度运算例：1234562=250952(1).CASIO、SHARP计算器角度输入、运算、显示：计算器：CASIO

-570AD角度运算输入、操作显示12’”34’”56’”=212.12.5666666712.5822222225.16444444SHIFT’”25952.该计算器在度、分、秒显示状态或以度为单位的显示状态下，均能进行角度运算。22四月2023

179SHARP

EL5812角度运算例：1234562=250952(2).计算器SHARP

EL5812角度运算输入、操作显示该计算器在以度为单位的显示状态下，才能进行有关角度的运算。12.3456=212.345612.5822222225.16444444DEG2ndFDEGD.MS25.0951999922四月2023

180计算器直角坐标与极坐标换算功能例：坐标正算

D=67.580，=3410554，求x、y输入、操作显示=341.0983333SHIFT67.5867.58PR67.583410554=x63.93581176SHIFTXY-21.89219895=y(1).计算器：CASIO

-570ADD.x.y.22四月2023

181输入、操作显示例：坐标反算x=+63.936、y=-21.892，求D、：SHIFT’”341554.76(2).计算器：CASIO

-570ADx.y.

D.-21.892SHIFT63.93663.936+RP63.93621.892=67.58011364=SHIFTXY-18.90145539==+360341.098544622四月2023

182SHARP极坐标—直角坐标例：坐标正算

D=67.58，=3410554，求x、y输入、操作显示(3).计算器：SHARP

EL5812D.x.y.341.098333367.5867.58341.05540.DEG63.935811762ndF(xyx-21.89219895y22四月2023

183SHARP直角坐标—极坐标例：坐标反算x=+63.936,y=-21.892,求D、:输入、操作显示(4)计算器SHARP

EL5812x.yD.63.93663.9360.21.892-21.89267.580113642ndFD(-18.90145539+=360341.09854462ndFDEGD.MS341.0