测量与地图制图技术作业指导书

测量与地图制图技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u20425第1章绪论 3188351.1测量与地图制图技术概述 328691.2测量学基本概念 353111.3地图制图基本原理 414976第2章测量基准与坐标系统 4146032.1测量基准 423542.1.1水平基准 491712.1.2垂直基准 4100822.2坐标系统 411102.2.1地理坐标系 5206802.2.2投影坐标系 5130492.2.3空间直角坐标系 585762.3地球形状与大地测量模型 550032.3.1地球形状 5198952.3.2大地测量模型 521177第3章测量仪器及其使用 6153143.1测角仪器 682123.1.1经纬仪 6155793.1.2水准仪 6208203.2测距仪器 6156613.2.1光电测距仪 61993.2.2超声波测距仪 6224593.3测高仪器 720513.3.1激光测高仪 7185433.3.2遥感测高仪 7339第4章水准测量 7241604.1水准测量原理 734564.2水准仪及其使用 8217574.3水准路线布设与数据处理 818654第5章导线测量 8295395.1导线测量原理 8291275.2导线测量布设与观测 929275.2.1导线布设 951005.2.2导线观测 9323305.3导线测量数据处理 926398第6章三角测量 10231776.1三角测量原理 10177956.2三角网布设与观测 1020696.2.1三角网布设 10318276.2.2三角网观测 10226376.3三角测量数据处理 1050056.3.1角度和边长计算 10179396.3.2误差分析 11195256.3.3坐标计算 1117424第7章摄影测量与遥感 11211177.1摄影测量基本概念 11181707.1.1摄影测量定义 11180857.1.2摄影测量的分类 11150837.1.3摄影测量的基本原理 1192697.2遥感技术及其应用 11302637.2.1遥感技术概述 11302067.2.2遥感数据的类型 11304517.2.3遥感技术的应用 1236237.3摄影测量与遥感数据处理 12270117.3.1影像预处理 12263557.3.2特征提取 12104427.3.3目标识别与分类 12150357.3.4三维重建 12114477.3.5数据分析与成果应用 125321第8章地图投影与坐标变换 12169518.1地图投影基本理论 12271218.1.1地图投影的定义 12327378.1.2地图投影的分类 12325498.1.3地图投影的性质 13176208.2常见地图投影及其应用 13218328.2.1横轴墨卡托投影 13152558.2.2高斯克吕格投影 13197348.2.3赤平投影 13268868.2.4球心投影 1327828.3坐标变换方法 13203638.3.1墨卡托坐标变换 1385338.3.2高斯克吕格坐标变换 14125948.3.3投影变换 149848.3.4坐标系转换 143936第9章地图设计与编制 149729.1地图设计原则与方法 14156629.1.1设计原则 14312369.1.2设计方法 14168289.2地图符号与注记 15291749.2.1地图符号 15165739.2.2地图注记 1596319.3地图编制工艺与质量控制 15314309.3.1地图编制工艺 15188499.3.2质量控制 159488第10章现代测量与地图制图技术 162507510.1全球定位系统（GPS） 16209010.1.1GPS概述 162446710.1.2GPS测量原理 16642910.1.3GPS在现代测量与地图制图中的应用 16496410.2激光扫描与三维测量 161569710.2.1激光扫描技术概述 16331510.2.2激光扫描在三维测量中的应用 161196710.2.3三维测量数据处理与分析 162776110.3地理信息系统（GIS）与地图制图 17269810.3.1GIS概述 171059210.3.2GIS在地图制图中的应用 17958310.3.3地图制图数据采集与处理 17710710.4遥感技术在地图制图中的应用与发展趋势 172372710.4.1遥感技术概述 171737510.4.2遥感技术在地图制图中的应用 17394110.4.3遥感技术在地图制图领域的发展趋势 17第1章绪论1.1测量与地图制图技术概述测量与地图制图技术是地理信息科学领域的重要组成部分，它们为各类地理空间数据的获取、处理、分析和应用提供了基本方法和技术手段。测量技术主要涉及地球表面及其附属物的形状、大小、位置和高程等方面的量测，以获取地理空间实体的精确几何信息。地图制图技术则基于测量成果，运用地图学原理，将地理信息以图形形式表达出来，为人类提供直观、形象的空间认知工具。1.2测量学基本概念测量学是研究地球表面及其附属物的形状、大小、位置和高程等几何量的量测理论、方法和技术的一门学科。以下为测量学的基本概念：（1）基准面：地球的形状和大小是测量工作的基础，基准面是进行测量工作的参考面。我国采用的大地水准面作为基准面。（2）坐标系：为了描述地球表面点的位置，需要建立一个坐标系。常用的坐标系有地理坐标系和投影坐标系。（3）高程系统：高程系统是描述地球表面点高程的度量系统。我国采用正常高程系统。（4）测量误差：测量误差是测量值与真实值之间的差异。了解测量误差的性质、来源和分布规律，对提高测量成果的质量具有重要意义。1.3地图制图基本原理地图制图是基于测量成果，运用地图学原理，将地理信息以图形形式表达出来的过程。以下是地图制图的基本原理：（1）地图比例尺：地图比例尺是地图上图形与实际地物之间的线性比例关系。它决定了地图内容的详略程度。（2）地图投影：将地球表面的三维地理信息转换到二维平面上，需要采用地图投影。不同的地图投影具有不同的性质和适用范围。（3）地图符号：地图符号是地图上用来表示地理信息的图形、色彩和文字等。合理选择和设计地图符号，可以提高地图的可读性和实用性。（4）地图综合：地图综合是在有限的空间范围内，将大量的地理信息进行取舍、概括和组合的过程。它旨在使地图内容清晰、简洁、有序，以适应不同的应用需求。（5）地图编制：地图编制是根据地图设计，运用地图制图技术和方法，制作地图的过程。它包括地图资料的收集与处理、地图设计、地图编绘和地图印刷等环节。第2章测量基准与坐标系统2.1测量基准测量基准是地图制图技术的基础，其为测量工作提供统一的参考标准。测量基准主要包括水平基准和垂直基准两个方面。2.1.1水平基准水平基准是指地球表面上的水平参考面，用以确定各点的平面位置。目前国际上广泛采用的世界大地坐标系（WGS84）地球椭球体作为水平基准。我国采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）作为水平基准。2.1.2垂直基准垂直基准是指地球表面上的垂直参考面，用以确定各点的垂直位置。我国采用的垂直基准是1985国家高程基准，该基准以黄海平均海平面作为起算面。2.2坐标系统坐标系统是描述地球表面上任意一点位置的系统。根据测量基准，可分为以下几种坐标系统：2.2.1地理坐标系地理坐标系是以经纬度表示地球表面上一点的坐标系统。经度表示东西方向的位置，纬度表示南北方向的位置。地理坐标系适用于大范围、全球性的地图制图。2.2.2投影坐标系投影坐标系是将地球表面上的三维地理坐标系转换为二维平面坐标系的过程。投影坐标系解决了地球表面曲率对地图制图的影响，使得地图上的距离、角度等保持准确。常见的投影坐标系有高斯克吕格投影、墨卡托投影等。2.2.3空间直角坐标系空间直角坐标系是以地球椭球体为基准，将地球表面上的点表示为三维空间中的坐标。空间直角坐标系便于进行空间分析和计算，广泛应用于地理信息系统（GIS）等领域。2.3地球形状与大地测量模型地球形状是地球表面几何形态的抽象表达，大地测量模型则是描述地球表面形状的数学模型。2.3.1地球形状地球形状通常被认为是一个不规则的椭球体，即地球椭球体。地球椭球体是进行大地测量和地图制图的基本模型。2.3.2大地测量模型大地测量模型是描述地球表面形状和大小的一组数学公式。常见的大地测量模型有：（1）大地水准面：大地水准面是地球表面上的一个闭合曲面，其与平均海平面在地球上的作用相一致。（2）地球椭球体：地球椭球体是大地水准面的近似表达，其参数包括长轴、短轴、扁率等。（3）大地坐标系：大地坐标系是以地球椭球体为基准，通过经纬度表示地球表面上一点的坐标系统。（4）投影变换：投影变换是将地球表面上的地理坐标系转换为平面坐标系的过程，涉及不同的数学变换方法。第3章测量仪器及其使用3.1测角仪器测角仪器是地图制图中不可或缺的工具，主要用于角度的测量。以下是几种常见的测角仪器及其使用方法。3.1.1经纬仪经纬仪主要用于测量水平角和垂直角。使用经纬仪时，应遵循以下步骤：（1）将经纬仪架设于稳固的三脚架上，并调整三脚架高度，使经纬仪大致水平。（2）打开经纬仪，进行光学对中，保证目标物在经纬仪的视轴上。（3）根据测量要求，调整经纬仪的度盘，进行角度测量。（4）记录测量数据，并进行必要的计算。3.1.2水准仪水准仪主要用于测量两点间的高差。使用水准仪时，应遵循以下步骤：（1）将水准仪架设于三脚架上，调整三脚架高度，使水准仪大致水平。（2）打开水准仪，进行光学对中，保证目标物在水准仪的视轴上。（3）调整水准仪的补偿器，使气泡居中。（4）在两个测量点之间进行水准测量，记录高差数据。3.2测距仪器测距仪器主要用于测量两点间的距离，以下是几种常见的测距仪器及其使用方法。3.2.1光电测距仪光电测距仪通过激光、红外线等光信号进行距离测量。使用时应遵循以下步骤：（1）将测距仪架设于稳固的三脚架上，调整三脚架高度。（2）打开测距仪，进行光学对中，保证目标物在测距仪的视轴上。（3）调整测距仪的参数，如气温、大气压力等，以获得准确的测量结果。（4）进行距离测量，记录测量数据。3.2.2超声波测距仪超声波测距仪通过发射和接收超声波信号进行距离测量。使用时应遵循以下步骤：（1）将测距仪固定在测量点上。（2）打开测距仪，调整仪器参数，如气温、材料声速等。（3）进行距离测量，记录测量数据。3.3测高仪器测高仪器主要用于测量地面点的高度，以下是几种常见的测高仪器及其使用方法。3.3.1激光测高仪激光测高仪通过激光信号测量地面点的高度。使用时应遵循以下步骤：（1）将激光测高仪架设于三脚架上，调整三脚架高度。（2）打开测高仪，进行光学对中，保证目标物在测高仪的视轴上。（3）调整测高仪的参数，如气温、大气压力等。（4）进行高度测量，记录测量数据。3.3.2遥感测高仪遥感测高仪通过接收卫星信号，结合地面控制点数据，进行地面高程测量。使用时应遵循以下步骤：（1）接收卫星信号，获取遥感图像。（2）选择地面控制点，进行地面高程测量。（3）根据遥感图像和地面控制点数据，进行高程计算。（4）记录测量数据，为地图制图提供高程信息。第4章水准测量4.1水准测量原理水准测量是基于地球重力场和液体静力平衡原理的一种高程测量方法。其基本原理是通过水准仪确定两点间的高差，再通过已知点高程推算出未知点的高程。水准测量遵循以下物理定律：（1）地球重力场定律：地球重力场使得重力方向始终指向地球质心，水准仪通过液体（如水银）在重力场中的自由表面寻找重力方向，从而确定水平线。（2）液体静力平衡定律：液体在重力作用下，其自由表面是水平的。水准仪利用这一原理，通过调整水准管中液体的高度，使液体自由表面与地球重力方向一致，从而得到水平线。4.2水准仪及其使用水准仪是进行水准测量的主要仪器，主要由望远镜、水准管、脚螺旋、调焦螺旋等部分组成。以下为水准仪的使用方法：（1）安置水准仪：选择合适的位置，将水准仪架设在地面上，使水准管气泡居中。（2）瞄准目标：通过望远镜瞄准测量目标，调整调焦螺旋，使目标清晰。（3）读取高差：当望远镜瞄准目标后，观察水准管气泡的移动，记录高差值。（4）水准仪的检校：在进行水准测量前，应对水准仪进行检校，包括圆水准器的检校、水准管的检校等。4.3水准路线布设与数据处理水准路线布设是水准测量的重要环节，关系到测量结果的准确性。以下为水准路线布设与数据处理的方法：（1）水准路线布设：根据测区地形、地貌及测量要求，合理布设水准路线。水准路线可分为闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线。（2）水准点布设：在水准路线上布设一定数量的水准点，作为测量的控制点。水准点应选择在地势相对稳定、易于保护的地方。（3）观测方法：按照水准路线布设，依次进行水准点的观测。观测时，应遵循“前后视距相等、前后视距差小于规定值”的原则。（4）数据处理：将观测数据整理成表格，计算各水准点的高程。根据已知点高程，推算出未知点的高程。（5）误差分析：分析观测数据，计算测量误差，如闭合差、附合差等。当误差超出允许范围时，应重新进行测量。第5章导线测量5.1导线测量原理导线测量是地图制图与工程建设中常用的一种平面控制测量方法。其基本原理是利用一系列直线（导线）连接各个控制点，通过测量各导线的长度和方向，确定各控制点在平面上的精确位置。导线测量遵循平面几何关系和三角测量原理，主要包括水平角测量和距离测量。5.2导线测量布设与观测5.2.1导线布设（1）根据测量区域的地形地貌、工程规模和精度要求，合理设计导线等级和导线网型。（2）在实地选取控制点，控制点应具备稳定性好、易于观测和标识清晰等特点。（3）布设导线时，应遵循以下原则：①导线应尽量短，以减小测量误差；②导线应具有一定的几何强度，避免出现狭长、曲折等不良形状；③导线应避开地形复杂、交通不便、观测条件差等地段。5.2.2导线观测（1）水平角测量：采用全站仪或其他角度测量设备，按照导线设计的顺序，依次测量各导线的水平角度。（2）距离测量：采用全站仪、电子测距仪或激光测距仪等设备，测量相邻控制点之间的水平距离。（3）观测时应注意：①观测过程中，仪器应保持稳定，避免外界因素影响；②观测数据应记录完整、准确，包括测站、后视点、观测值等信息；③观测数据应进行初步检查，发觉异常值应立即重测。5.3导线测量数据处理（1）数据整理：将观测数据按照导线顺序进行整理，包括水平角、距离、高差等。（2）闭合导线计算：对闭合导线进行角度闭合差和坐标闭合差计算，判断导线测量的精度。（3）平差计算：采用最小二乘法或其他数学方法，对导线测量数据进行平差计算，求出各控制点的坐标。（4）成果整理：将平差计算后的结果整理成表格、图形等形式，为后续地图制图和工程建设提供依据。（5）质量控制：对数据处理过程进行质量控制，保证测量结果的准确性。包括数据检查、分析误差来源、采取相应措施等。第6章三角测量6.1三角测量原理三角测量是一种基于几何原理的测量方法，主要通过测量三角形的边长和角度来确定地面点的空间位置。其基本原理是利用地球表面的三角形，通过测量三角形的角度和至少一条边的长度，根据三角形的几何特性计算出其余边的长度，从而确定各顶点的坐标。6.2三角网布设与观测6.2.1三角网布设三角网的布设是三角测量的基础工作，其目的是将整个测区划分为一系列相互连接的三角形。布设三角网时，应遵循以下原则：（1）三角形的边长应适中，避免过长或过短，以便于观测和计算；（2）三角形的内角应避免过小，一般不宜小于30度；（3）三角网应具有一定的几何强度，保证测量结果的精度；（4）三角网应覆盖整个测区，并留有足够的边界扩展。6.2.2三角网观测三角网观测主要包括角度观测和边长观测。观测时应注意以下几点：（1）观测前，应对仪器进行校准，保证仪器的精度；（2）观测过程中，应保持仪器的稳定，避免误差的产生；（3）观测顺序应从已知点开始，逐步向未知点推进；（4）观测角度时，应采用方向观测法或全圆观测法；（5）观测边长时，可采用视距法、电子全站仪法等。6.3三角测量数据处理三角测量数据处理主要包括角度和边长的计算、误差分析以及坐标计算等。6.3.1角度和边长计算根据观测数据，利用三角形的几何关系，可以计算出各三角形的角度和边长。计算公式如下：（1）正弦定理：a/sinA=b/sinB=c/sinC（2）余弦定理：c^2=a^2b^22abcosC其中，a、b、c分别为三角形的边长，A、B、C分别为三角形的角度。6.3.2误差分析三角测量的误差主要包括观测误差、仪器误差和地球曲率误差等。为了提高测量精度，应对这些误差进行分析和校正。6.3.3坐标计算根据三角测量结果，可以计算出各顶点的平面直角坐标。计算公式如下：（1）利用三角形的三个角度和一条边的长度，采用三角函数计算其余顶点的坐标；（2）根据坐标系统的定义，将计算得到的坐标转换为实际坐标。通过以上步骤，可以完成三角测量的数据处理。在实际应用中，应根据测区的具体情况，合理选择观测方法和数据处理方法，以提高测量精度和效率。第7章摄影测量与遥感7.1摄影测量基本概念7.1.1摄影测量定义摄影测量是利用摄影原理和图像处理技术，通过分析、解析和解释影像数据，获取物体形状、大小和位置信息的一种测量方法。7.1.2摄影测量的分类按照摄影的位置和方向，摄影测量可分为地面摄影测量、航空摄影测量和卫星摄影测量。7.1.3摄影测量的基本原理摄影测量基于中心投影原理，通过建立物像关系，实现空间坐标与图像坐标之间的转换。7.2遥感技术及其应用7.2.1遥感技术概述遥感技术是指利用飞机、卫星等载体，搭载传感器设备，获取地球表面及其周围环境信息的一种技术。7.2.2遥感数据的类型遥感数据主要包括光学遥感数据、红外遥感数据、雷达遥感数据和多光谱遥感数据。7.2.3遥感技术的应用遥感技术在地理信息系统、资源调查、环境监测、灾害预警和军事等领域具有广泛的应用。7.3摄影测量与遥感数据处理7.3.1影像预处理影像预处理包括图像增强、图像复原、图像配准和图像融合等步骤，目的是提高影像质量和信息提取的准确性。7.3.2特征提取特征提取是从影像中提取出对目标识别有用的信息，如边缘、纹理、形状等。7.3.3目标识别与分类目标识别与分类是通过对影像中的目标进行特征分析，实现对不同目标的识别和分类。7.3.4三维重建三维重建是利用摄影测量原理，通过对影像数据的处理，恢复物体表面的三维形态。7.3.5数据分析与成果应用通过对摄影测量与遥感数据的分析，为地理信息系统、城市规划、环境保护等领域提供科学依据和决策支持。第8章地图投影与坐标变换8.1地图投影基本理论地图投影是将地球表面的经纬度坐标系转换为平面直角坐标系的过程。本节将介绍地图投影的基本理论，包括地图投影的定义、分类和性质。8.1.1地图投影的定义地图投影是指将地球表面上的点、线、面等要素按照一定的数学法则，转换到平面上的过程。地图投影的目的是为了解决地球表面不可展开与平面地图可展开之间的矛盾。8.1.2地图投影的分类地图投影可分为以下几类：（1）按投影面分类：圆柱投影、圆锥投影、方位投影等。（2）按投影性质分类：等角投影、等面积投影、任意投影等。（3）按投影方法分类：几何投影、条件投影、透视投影等。8.1.3地图投影的性质地图投影具有以下性质：（1）保形性：指投影前后地图上的角度关系保持不变。（2）保面积性：指投影前后地图上的面积关系保持不变。（3）保角性：指投影前后地图上的形状关系保持不变。（4）统一性：指投影适用于整个地球表面。8.2常见地图投影及其应用本节将介绍几种常见的地图投影及其应用。8.2.1横轴墨卡托投影横轴墨卡托投影（TransverseMercatorProjection）是一种等角圆柱投影，广泛应用于大比例尺地形图、工程图等领域。8.2.2高斯克吕格投影高斯克吕格投影（GaussKrügerProjection）是一种等角圆锥投影，主要用于国家基本比例尺地图的编制。8.2.3赤平投影赤平投影（OrthographicProjection）是一种透视投影，常用于天文学、地理学等领域。8.2.4球心投影球心投影（StereographicProjection）是一种条件投影，适用于南极洲、北极洲等极地地区的地图编制。8.3坐标变换方法坐标变换是指在地图投影过程中，将地球表面上的点从一种坐标系转换为另一种坐标系的方法。本节将介绍几种常见的坐标变换方法。8.3.1墨卡托坐标变换墨卡托坐标变换（MercatorTransformation）是将地球表面上的点从经纬度坐标系转换为墨卡托坐标系的方法。8.3.2高斯克吕格坐标变换高斯克吕格坐标变换（GaussKrügerTransformation）是将地球表面上的点从经纬度坐标系转换为高斯克吕格坐标系的方法。8.3.3投影变换投影变换（ProjectionTransformation）是指在不同地图投影之间进行坐标变换的方法。8.3.4坐标系转换坐标系转换（CoordinateSystemTransformation）是指在不同坐标系之间进行坐标变换的方法，如从地理坐标系转换为平面直角坐标系。常见的坐标系转换方法有：相似变换、仿射变换、正射变换等。第9章地图设计与编制9.1地图设计原则与方法地图设计是地图制图过程中的重要环节，关系到地图的实用性、美观性和科学性。地图设计应遵循以下原则与方法：9.1.1设计原则（1）明确地图目的与主题：根据地图的使用需求和目标读者，确定地图的主题和内容，保证地图信息的针对性和实用性。（2）遵循标准化与规范化：按照国家及行业相关标准进行地图设计，保证地图内容的准确性和一致性。（3）注重美观与协调：地图设计应注重整体布局、色彩搭配和符号形式，使地图具有视觉美感和协调性。（4）易于理解与识别：地图设计要充分考虑读者的认知习惯，使地图信息清晰、易懂，便于读者快速获取所需信息。9.1.2设计方法（1）地图布局设计：根据地图主题和内容，合理布局地图要素，包括图名、图例、比例尺、指北针等，使地图整体结构清晰、层次分明。（2）地图色彩设计：选择适合地图主题和内容的色彩，遵循色彩对比、协调原则，突出主题，增强视觉冲击力。（3）地图符号设计：根据地图内容，设计具有代表性、简洁明了的地图符号，使地图信息表达准确、清晰。9.2地图符号与注记地图符号与注记是地图信息表达的重要手段，对于提高地图的可读性和实用性具有重要意义。9.2.1地图符号（1）符号分类：根据地图内容和需求，将符号分为点状符号、线状符号和面状符号。（2）符号设计：符号应简洁、形象、易于识别，遵循符号标准化和规范化原则。（3）符号摆放：符号摆放应遵循一定的规则，如方向、大小、间隔等，保证地图信息的准确性和美观性。9.2.2地图注记（1）注记分类：根据地图内容和需求，将注记分为名称注记、说明注记和指示注记。（2）注记设计：注记字体、大小、颜色应与地图整体风格协调，同时注重注记的清晰度和可读性。（3）注记摆放：注记摆放应避免遮挡地图要素，遵循一定的规则，如方向、位置、间距等。9.3地图编制工艺与质量控制地图编制工艺与质量控制是保证地图质量的关键环节，主要包括以下内容：9.3.1地图编制工艺（1）数据准备：收集、整理地图编制所需的基础数据和参考资料，保证数据准确、完整。（2）地图编制：采用专业地图制图软件，按照设计要求进行地图编制，包括底图制作、符号绘制、注记标注等。（3）地图审查：对编制完成的地图进行审查，保证地图内容符合相关法律法规和行业标准。9.3.2质量控制（1）过程质量控制：在地图编制过程中，对关键环节进行质量检查，保证地图内容的准确性、完整性和一致性。（2）成品质量控制：对编制完成的地图进行全面审查，检查地图的符号、注记、色彩、布局等方面，保证地图质量符合要求。（3）持续改进：根据用户反馈和