测绘与地理信息工程作业指导书

测绘与地理信息工程作业指导书TOC\o"1-2"\h\u20200第1章绪论 2308591.1测绘与地理信息工程概述 2154251.2地理信息系统基础 3161111.3测绘与地理信息工程的应用领域 324166第2章测量学基础知识 458032.1测量学基本概念 4169712.2测量坐标系与基准面 4145452.3测量误差与精度分析 417662第3章地图学基础 5321103.1地图的基本概念 5308853.2地图的表示方法 5100093.2.1图形符号法 5210893.2.2注记法 5101873.2.3色彩法 5287313.3地图投影与制图综合 644973.3.1地图投影 6326493.3.2制图综合 614823第4章全球定位系统（GPS） 6203314.1GPS概述 632504.2GPS定位原理 6144234.3GPS测量与数据处理 713358第5章遥感技术与应用 722445.1遥感基本概念 795645.2遥感传感器与数据获取 8267465.3遥感图像处理与分析 823715第6章地理信息系统（GIS） 9284306.1GIS的基本组成 9135146.1.1硬件设施 9203706.1.2软件系统 9211086.1.3数据 9190826.1.4人员与组织 9124846.2GIS数据结构与管理 9247256.2.1空间数据结构 9327226.2.2属性数据结构 10213716.2.3空间数据管理 10194786.3GIS空间分析与应用 10124026.3.1空间分析 10240636.3.2应用领域 1013796第7章工程测量 11315547.1工程测量的基本任务 11143257.2控制测量与地形测量 11162977.2.1控制测量 116607.2.2地形测量 11126587.3线路测量与施工测量 11278837.3.1线路测量 1154947.3.2施工测量 1212640第8章摄影测量与激光雷达 12270568.1摄影测量基本原理 12303428.1.1像片几何关系 12248008.1.2摄影测量坐标系统 1263208.1.3摄影测量基本公式 12205698.2数字摄影测量与激光雷达技术 122598.2.1数字摄影测量技术 13187558.2.2激光雷达技术 13323178.3摄影测量与激光雷达应用案例 1383998.3.1摄影测量在地质灾害监测中的应用 13298338.3.2激光雷达在林业资源调查中的应用 1318448.3.3摄影测量与激光雷达在城市规划中的应用 1394968.3.4摄影测量在水利工程中的应用 1329278.3.5激光雷达在电力线路巡检中的应用 134949第9章不动产测绘 1466779.1不动产测绘概述 14319839.2不动产测绘的基本方法 14142759.2.1地面测量方法 14171729.2.2航空摄影测量方法 14317189.2.3地理信息系统（GIS）方法 14221569.3不动产测绘成果与信息化管理 15140729.3.1不动产测绘成果 1514249.3.2信息化管理 1518270第10章测绘与地理信息工程实践 151679810.1实践项目概述 153137810.2实践项目实施步骤 152574310.2.1项目准备 15108310.2.2数据采集 163065210.2.3数据处理 16905410.2.4地理信息系统建立与应用 162175210.3实践成果评价与总结 16354210.3.1实践成果评价 163088710.3.2实践总结 16第1章绪论1.1测绘与地理信息工程概述测绘与地理信息工程是一门集地理学、测绘学、计算机科学、信息科学等多学科知识于一体的综合性学科。它以地球表层及空间环境为研究对象，运用现代测绘技术、计算机技术、网络通信技术等手段，对地理空间信息进行采集、处理、管理、分析和应用。测绘与地理信息工程在我国经济、社会发展和国家安全等方面具有重要作用。1.2地理信息系统基础地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是测绘与地理信息工程的核心技术之一。它是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。地理信息系统主要包括硬件、软件、数据和用户四个部分。硬件主要包括计算机设备、输入输出设备等；软件主要包括地理信息系统软件、数据库管理系统等；数据包括空间数据、属性数据和时间数据等；用户则包括企业、科研机构和公众等。1.3测绘与地理信息工程的应用领域测绘与地理信息工程在众多领域发挥着重要作用，以下列举了一些主要的应用领域：（1）土地管理：测绘与地理信息工程为土地管理提供基础数据和专业技术支持，包括土地利用现状调查、土地资源评价、土地规划、土地执法监管等。（2）城市规划：在城市规划中，测绘与地理信息工程用于城市地形地貌、交通、公共设施等方面的数据采集、分析和规划，为城市建设提供科学依据。（3）基础设施建设：测绘与地理信息工程在道路、桥梁、水利工程等基础设施建设中，为选址、设计、施工和运营管理提供空间数据支持。（4）环境保护：通过测绘与地理信息工程，可对环境质量、生态状况、资源分布等进行监测、评价和预测，为环境保护和可持续发展提供决策依据。（5）灾害防治：测绘与地理信息工程在自然灾害防治中具有重要作用，如地震、洪水、滑坡等灾害的预警、监测和应急响应等。（6）军事领域：在军事作战、国防建设和安全管理等方面，测绘与地理信息工程提供精确的地理空间信息，为战略决策和战术指挥提供支持。（7）智慧城市建设：测绘与地理信息工程是智慧城市的基础支撑技术，为城市运行管理、公共服务、产业发展等提供智能化解决方案。（8）资源调查与监测：测绘与地理信息工程在矿产资源、林业资源、水资源等方面的调查、监测和评估中具有广泛应用。（9）农业领域：在农业生产中，测绘与地理信息工程可用于农田土壤调查、作物长势监测、农业资源管理等。（10）旅游规划与开发：测绘与地理信息工程为旅游规划、景区管理和游客服务提供空间数据和技术支持。第2章测量学基础知识2.1测量学基本概念测量学是研究地球表面及其空间物体的形状、大小、位置和属性的一门科学。其基本任务是通过各种测量方法，获取地理空间信息，为地理信息系统（GIS）提供基础数据。测量学包括平面测量、高程测量、方向测量和面积测量等内容。2.2测量坐标系与基准面测量坐标系是描述地球表面位置关系的数学模型。为了准确描述地球表面各点之间的相互关系，需要建立一个统一的坐标系。常用的坐标系有地理坐标系、平面直角坐标系和空间直角坐标系。（1）地理坐标系：以地球自转轴为基准，通过地球表面某一点的大地经度和大地纬度来表示该点的位置。（2）平面直角坐标系：在一个较小的区域内，将地球表面视为平面，建立一个平面直角坐标系。该坐标系通常以某一点作为原点，以正北和正东方向作为坐标轴。（3）空间直角坐标系：以地球质心为原点，以地球自转轴为坐标轴，建立一个三维空间直角坐标系。基准面是描述地球形状和大小的参考面。我国采用1980年国际椭球面作为测量基准面。2.3测量误差与精度分析测量误差是指测量结果与真实值之间的差异。由于测量误差的存在，测量结果只能在一定程度上反映实际情况。为了评估测量结果的准确性，需要对测量误差进行分析。（1）误差来源：测量误差主要来源于仪器误差、环境误差、人为误差和随机误差。（2）误差分类：误差可分为系统误差和随机误差。系统误差是指在相同条件下，测量结果偏离真实值的固定量；随机误差是指在不同条件下，测量结果偏离真实值的随机量。（3）精度分析：测量精度是指测量结果与真实值之间的接近程度。常用的精度评价指标有绝对误差、相对误差、中误差和极限误差等。（4）误差处理：为了减小误差对测量结果的影响，可以采用以下方法：1）选用高精度的仪器和设备；2）改进测量方法，提高测量技能；3）增加测量次数，提高测量结果的可靠性；4）进行误差分析和处理，如剔除异常值、加权平均等。通过以上措施，可以在一定程度上减小测量误差，提高测量结果的准确性。第3章地图学基础3.1地图的基本概念地图是地理信息的重要表达形式，是反映地球表面及其各种现象的空间分布、联系和规律的图形记录。它通过图形符号、注记和色彩等手段，将自然和社会经济现象的空间分布、属性特征及相互关系，以一定的比例关系表示在平面或曲面上。地图的基本要素包括地理要素、数学要素和辅助要素。3.2地图的表示方法地图的表示方法主要包括图形符号法、注记法和色彩法。3.2.1图形符号法图形符号法是地图表示的主要方法，包括点状符号、线状符号和面状符号。点状符号表示地理位置，如城市、村庄等；线状符号表示地理界线，如道路、河流等；面状符号表示具有一定面积的地理对象，如湖泊、森林等。3.2.2注记法注记法是通过文字和数字对地图上的地理名称、位置、高程、比例尺等进行说明。注记应简洁明了，位置适当，字体规范，以保证地图的易读性和美观性。3.2.3色彩法色彩法是利用色彩的视觉差异来表示地理信息的丰富性和层次性。在地图制作中，应根据地理现象的特点选择合适的色彩，同时注意色彩之间的搭配和对比，使地图具有良好的视觉效果。3.3地图投影与制图综合3.3.1地图投影地图投影是将地球表面的经纬线网转换为平面上的网格，以满足地图制作的需要。地图投影的基本原理是保证地球表面上的经纬线在平面上保持一定的形状、面积和角度关系。常见的地图投影包括圆锥投影、圆柱投影和方位投影等。3.3.2制图综合制图综合是在地图制作过程中，对地理信息进行筛选、概括和整理的过程。制图综合主要包括以下内容：（1）选取地理要素：根据地图的比例尺、用途和主题，选择适当的地理要素进行表示。（2）简化图形符号：对复杂的地理图形进行简化，以便于地图的阅读和理解。（3）合并地理要素：对于相邻的、属性相似的地理要素进行合并，以减少地图的杂乱感。（4）调整注记和符号位置：合理布局注记和符号，使之在地图上分布均匀、清晰易读。通过以上制图综合方法，使地图在有限的空间内，尽可能准确地反映地理信息的丰富性和层次性。第4章全球定位系统（GPS）4.1GPS概述全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）是美国国防部为满足军事导航需求而建立的一个全球性卫星导航系统。该系统由一组卫星、地面控制站和用户设备组成。自20世纪90年代起，GPS开始向民用领域开放，现已广泛应用于测绘、地理信息工程、交通、农业、林业等领域。4.2GPS定位原理GPS定位原理基于卫星发射的无线电信号与接收机接收到的信号之间的时间差。具体来说，GPS定位包括以下四个步骤：（1）卫星发射信号：GPS卫星不间断地向地面发射无线电信号，其中包含卫星的位置、速度和时间等信息。（2）接收机接收信号：地面用户设备（即GPS接收机）接收来自卫星的无线电信号，并计算出接收机与卫星之间的伪距。（3）定位计算：GPS接收机利用卫星发射的信号中包含的信息，结合接收机内置的星历数据，通过多星定位算法计算出接收机的精确位置。（4）误差校正：为提高定位精度，GPS接收机需要对多种误差（如大气层误差、卫星钟误差等）进行校正。4.3GPS测量与数据处理GPS测量主要包括静态测量和动态测量两种方式。（1）静态测量：静态测量是指将GPS接收机固定在某个地点，长时间（通常数小时至数天）连续记录卫星信号。静态测量适用于高精度要求的场合，如大地测量、地形测绘等。（2）动态测量：动态测量是指GPS接收机在运动状态下进行测量。动态测量的精度相对较低，但能满足实时、快速定位的需求，适用于车辆导航、船舶导航等领域。GPS数据处理主要包括以下步骤：（1）原始数据预处理：对GPS接收机采集的原始数据进行格式转换、剔除异常值等预处理操作。（2）基线解算：根据接收机采集的数据，计算接收机之间的基线向量，即接收机之间的相对位置关系。（3）网平差：将基线解算结果与其他控制点数据进行联合平差，计算出各接收机的精确位置。（4）成果输出：将处理后的GPS测量数据输出为所需的地理信息格式，供后续应用使用。第5章遥感技术与应用5.1遥感基本概念遥感技术是指在不直接接触的情况下，利用传感器设备从远处获取地球表面及其附属物的信息的技术。这些传感器工作在可见光、红外、微波等不同光谱段，可获取地物的物理、化学及生物特性的信息。遥感技术具有覆盖范围广、获取速度快、实时性强、成本低等特点，已成为现代测绘与地理信息工程领域不可或缺的技术手段。5.2遥感传感器与数据获取遥感传感器是遥感技术中的核心设备，其功能是收集地面反射或辐射的能量。根据工作光谱段的不同，遥感传感器可分为以下几类：（1）可见光遥感传感器：主要用于获取地表的彩色影像，如卫星遥感中的Landsat系列、QuickBird等。（2）红外遥感传感器：可获取地表热量分布信息，适用于夜视、植被监测等领域。（3）微波遥感传感器：主要用于获取地表的湿度、冰雪等信息，如合成孔径雷达（SAR）。遥感数据获取主要包括以下步骤：（1）数据采集：通过遥感传感器获取地面的原始遥感数据。（2）数据传输：将遥感数据从传感器传输到地面接收站。（3）数据处理：对原始遥感数据进行解码、校正、配准等处理，以得到可供分析的遥感图像。5.3遥感图像处理与分析遥感图像处理与分析是对遥感图像进行预处理、增强、解译和应用的全过程。其主要内容包括：（1）图像预处理：包括图像校正、图像增强、图像配准等，目的是消除图像中的噪声和误差，提高图像质量。（2）图像解译：根据遥感图像的亮度、颜色、纹理等特征，识别和分类地面目标。（3）图像分析：对解译后的图像进行进一步的定量分析和应用，如地物提取、变化监测、环境影响评估等。遥感图像处理与分析在测绘与地理信息工程领域具有广泛的应用，如地形测绘、土地利用分类、城市规划、环境监测等。通过遥感技术，可以快速、准确地获取地表信息，为人类的生产和生活提供有力支持。第6章地理信息系统（GIS）6.1GIS的基本组成地理信息系统（GIS）是一种基于计算机技术的空间数据处理、存储、分析和可视化系统。其基本组成主要包括以下几个方面：6.1.1硬件设施（1）计算机设备：计算机是GIS的核心硬件设施，用于执行GIS软件的各种操作。（2）外部设备：包括打印机、绘图仪、扫描仪、GPS定位设备等，用于数据输入、输出和展示。6.1.2软件系统GIS软件系统主要包括以下几部分：（1）数据库管理系统：用于存储、查询、更新和管理空间数据。（2）空间数据处理与分析模块：实现对空间数据的处理、分析和可视化。（3）应用模型库：提供各种应用模型，支持用户进行地理空间分析。6.1.3数据GIS数据主要包括以下几类：（1）空间数据：描述地理实体位置、形状、大小和空间关系等信息。（2）属性数据：描述地理实体的性质、特征和分类等信息。（3）元数据：描述数据来源、精度、时间、空间范围等信息的辅助数据。6.1.4人员与组织GIS人员与组织包括以下几方面：（1）技术人员：负责GIS系统的设计、开发、维护和应用。（2）管理人员：负责GIS项目的组织、协调和监督。（3）用户：利用GIS系统进行空间数据分析和决策支持。6.2GIS数据结构与管理6.2.1空间数据结构空间数据结构是GIS表达地理实体空间关系的基础。主要的空间数据结构有：（1）矢量数据结构：通过点、线、面等基本图元表达地理实体，具有精确的位置和形状信息。（2）栅格数据结构：将地理空间划分为规则网格，每个网格单元存储相应的属性值。6.2.2属性数据结构属性数据结构主要包括以下几类：（1）关系型数据库：采用表格形式存储和管理属性数据。（2）对象关系型数据库：结合关系型数据库和面向对象技术，支持复杂属性数据的管理。6.2.3空间数据管理空间数据管理主要包括以下内容：（1）数据采集：通过各种方式获取空间数据，如卫星遥感、航空摄影、地面测量等。（2）数据存储：将空间数据以适当的数据结构存储在数据库中。（3）数据更新：定期对空间数据进行更新，保证数据的时效性和准确性。（4）数据查询：提供多种查询方式，如空间查询、属性查询、复合查询等。6.3GIS空间分析与应用6.3.1空间分析GIS空间分析主要包括以下内容：（1）叠加分析：将两个或多个图层按照一定的规则叠加，产生新的空间数据。（2）缓冲区分析：以某个地理实体为中心，一定范围的缓冲区。（3）网络分析：分析地理实体之间的连通性、路径和最短距离等。（4）地形分析：分析地表形态、坡度、坡向等地形特征。6.3.2应用领域GIS在以下领域得到了广泛应用：（1）城市规划与管理：辅助规划师进行城市土地利用、交通规划、环境保护等。（2）资源管理：评估自然资源分布、利用和规划。（3）环境监测与评价：监测环境污染、生态变化等。（4）灾害管理：评估灾害风险、制定应急预案等。（5）基础设施建设：辅助选址、设计、施工和运营管理。（6）农业与林业：土地资源调查、作物估产、森林资源管理等。第7章工程测量7.1工程测量的基本任务工程测量是测绘与地理信息工程中的重要环节，其基本任务包括：（1）为工程设计和施工提供准确、可靠的测量数据；（2）根据工程设计要求，进行施工放样，保证工程建设质量；（3）对工程建设过程中产生的各种变化进行监测，为工程管理和维护提供依据；（4）为工程验收、评估和科学研究提供精确的测量成果。7.2控制测量与地形测量7.2.1控制测量控制测量是工程测量的基础，其主要任务是为各类测量提供统一的基准和精确的起始数据。控制测量应遵循以下原则：（1）合理布设控制网，保证控制点分布均匀、合理；（2）采用高精度的测量仪器和设备，提高控制测量的精度；（3）对控制点进行稳定性分析，保证控制点的可靠性。7.2.2地形测量地形测量是对工程建设区域内的地形、地貌进行详细测量的过程。其主要任务包括：（1）获取地形数据，为工程设计和施工提供依据；（2）绘制地形图，反映地形、地貌的详细信息；（3）为土地利用、规划和管理提供基础数据。7.3线路测量与施工测量7.3.1线路测量线路测量是对工程线路进行测量和放样的过程，其主要任务包括：（1）测定线路的平面位置和高程，保证线路走向准确；（2）对线路进行优化设计，降低工程成本；（3）为线路施工提供详细的测量数据。7.3.2施工测量施工测量是在工程建设过程中进行的测量工作，其主要任务包括：（1）根据设计图纸进行施工放样，保证工程建设质量；（2）对施工过程中的关键工序进行监测，及时发觉并解决问题；（3）为工程验收和评估提供准确的测量成果。在工程测量过程中，应严格遵守相关法律法规和规范，保证测量数据的准确性和可靠性。同时测量人员应具备良好的职业素养和业务能力，为工程建设的顺利进行提供有力保障。第8章摄影测量与激光雷达8.1摄影测量基本原理摄影测量是利用照片来测定物体的形状、大小和位置的技术和科学。其基本原理是基于中心投影原理，即从一点（摄影中心）发出的光线与物体相交，将物体的影像投影到摄影底片上。本节主要介绍摄影测量的基本原理，包括像片几何关系、摄影测量坐标系统以及摄影测量基本公式。8.1.1像片几何关系描述摄影测量中像片与地面之间的几何关系，主要包括以下三个方面：（1）摄影中心与像点的关系；（2）像点与地面点的关系；（3）地面点之间的相互关系。8.1.2摄影测量坐标系统摄影测量坐标系统包括像平面坐标系统、摄影测量坐标系统和地面坐标系统。本节主要介绍这三种坐标系统的定义、相互关系及转换方法。8.1.3摄影测量基本公式摄影测量基本公式包括以下内容：（1）共线方程；（2）共面方程；（3）交会角公式；（4）立体测距公式。8.2数字摄影测量与激光雷达技术计算机技术和光学技术的发展，数字摄影测量与激光雷达技术在测绘领域得到了广泛应用。本节主要介绍数字摄影测量与激光雷达技术的基本原理、特点及其在地理信息工程中的应用。8.2.1数字摄影测量技术数字摄影测量技术是利用数字影像进行摄影测量的方法，主要包括以下两个方面：（1）数字影像获取与处理；（2）数字影像解析。8.2.2激光雷达技术激光雷达（LiDAR）技术是一种主动式遥感技术，通过向目标发射激光脉冲，测量激光脉冲返回时间，从而获取目标物体的三维信息。本节主要介绍激光雷达的原理、数据获取、数据处理及其在地理信息工程中的应用。8.3摄影测量与激光雷达应用案例本节通过具体案例，介绍摄影测量与激光雷达技术在地理信息工程中的应用。8.3.1摄影测量在地质灾害监测中的应用利用摄影测量技术对地质灾害区域进行监测，获取高精度三维地形数据，为地质灾害预警和防治提供科学依据。8.3.2激光雷达在林业资源调查中的应用利用激光雷达技术获取森林垂直结构参数，为林业资源调查、规划和管理提供高精度数据支持。8.3.3摄影测量与激光雷达在城市规划中的应用结合摄影测量与激光雷达技术，获取城市三维模型，为城市规划、建设和管理工作提供重要依据。8.3.4摄影测量在水利工程中的应用利用摄影测量技术获取水利工程区域的地形地貌、水文地质等信息，为工程设计、施工和运行管理提供数据支持。8.3.5激光雷达在电力线路巡检中的应用利用激光雷达技术对电力线路进行巡检，快速获取线路走廊的三维信息，为线路安全运行提供保障。第9章不动产测绘9.1不动产测绘概述不动产测绘是指对土地、建筑物、林木等不动产进行测量和绘图的活动，旨在获取不动产的空间位置、界限、面积和属性等信息。不动产测绘为不动产登记、交易、管理提供基础数据和图件，对于维护不动产权利、促进不动产市场发展具有重要意义。本章主要介绍不动产测绘的基本理论、方法及其信息化管理。9.2不动产测绘的基本方法9.2.1地面测量方法地面测量是不动产测绘的基础，主要包括以下几种方法：（1）全站仪测量：通过全站仪对不动产进行角度和距离测量，获取不动产的空间位置信息。（2）GNSS测量：利用全球导航卫星系统（GNSS）进行不动产测绘，具有精度高、速度快、操作简便等特点。（3）激光扫描：利用激光扫描设备对不动产进行扫描，获取其表面形态和空间结构信息。9.2.2航空摄影测量方法航空摄影测量是利用航空摄影获取的影像资料，通过影像解析、立体测图等方法，制作不动产测绘成果。主要包括以下几种方法：（1）数字摄影测量：将航空影像数字化，利用计算机视觉原理进行测量，获取不动产的空间信息。（2）倾斜摄影测量：通过倾斜摄影获取的影像，进行三维建模，实现不动产测绘。9.2.3地理信息系统（GIS）方法地理信息系统（GIS）方法是将不动产测绘数据与属性信息相结合，进行空间分析和可视化表达。主要包括以下应用：（1）不动产数据采集与处理：通过GIS软件，对不动产测绘数据进行编辑、处理和存储。（2）不动产界限划分：利用GIS的空间分析功能，进行不动产界限的划分和面积计算。9.3不动产测绘成果与信息化管理9.3.1不动产测绘成果不动产测