测量与地理信息作业指导书

测量与地理信息作业指导书TOC\o"1-2"\h\u20461第1章绪论 359961.1地理信息与测量基本概念 327671.2测量与地理信息的关系 378641.3测量与地理信息的应用领域 330132第2章测量学基础 4250292.1测量坐标系 438232.1.1坐标系分类 497392.1.2坐标系应用 4278692.2测量误差理论 4317852.2.1误差分类 5190532.2.2误差性质 5135332.2.3误差处理方法 5227272.3测量平差方法 5231732.3.1观测值平差 518642.3.2参数平差 5152882.3.3条件平差 5154002.3.4质量控制 614281第3章地图学基础 629493.1地图概述 6174473.1.1地图的基本概念 6101593.1.2地图的分类 666493.1.3地图的构成要素 6237823.1.4地图的功能 6136763.2地图投影 6153363.2.1地图投影的基本原理 7236813.2.2地图投影的分类 7291783.2.3地图投影的特点 7208483.3地图符号与注记 76073.3.1地图符号 7135143.3.2地图注记 7297823.3.3地图符号与注记的作用 832256第4章导线测量 8250964.1导线测量概述 8258664.2导线布设与观测 8307534.2.1导线布设 8118294.2.2导线观测 9130224.3导线测量平差计算 944484.3.1数据准备 9196704.3.2建立误差方程 9524.3.3选择平差参数 9135154.3.4进行平差计算 9274244.3.5精度评定 9192694.3.6成果整理与提交 925368第5章水准测量 9281045.1水准测量原理 998365.2水准路线设计 10176275.3水准测量数据处理 1022829第6章地形测量 11131256.1地形测量概述 11281646.2地形图测绘方法 11307566.2.1地面测量法 11108476.2.2航空摄影测量法 11252916.3数字地形建模 11187826.3.1格网法 12119186.3.2曲线拟合法 1268986.3.3不规则三角网法 1235526.3.4混合法 1210490第7章遥感技术及其应用 12264807.1遥感基本概念 12313477.2遥感传感器与平台 1274677.2.1遥感传感器 1233127.2.2遥感平台 12133867.3遥感图像处理与分析 1379187.3.1遥感图像预处理 13119927.3.2遥感图像解译 13311797.3.3遥感图像分类 13108317.3.4遥感图像变化检测 1382897.3.5遥感应用 1313374第8章全球定位系统（GPS） 13121858.1GPS概述 1333608.2GPS定位原理 13267378.3GPS测量应用 144799第9章地理信息系统（GIS） 14223399.1GIS基本概念 1458519.2GIS数据结构 15272289.2.1矢量数据结构 15194409.2.2栅格数据结构 1566839.3GIS空间分析与应用 153409.3.1查询与分析 1559359.3.2地形分析 15289229.3.3水文分析 16224529.3.4网络分析 16134749.3.5地理模拟与规划 16251459.3.6资源管理 16259219.3.7灾害管理 1628150第10章测量与地理信息在实践中的应用 161609410.1城市规划与管理 162707110.2土地管理与评估 161337910.3环境保护与灾害监测 161828910.4农林管理与资源调查 17第1章绪论1.1地理信息与测量基本概念地理信息是指地球表层及其附属物的空间位置、属性特征和相互关系的信息。它涉及到自然、人文等多个领域，为人类社会的发展提供了重要的数据支持。测量是获取地理信息的主要手段，它通过对地球表层及其附属物的形状、大小、位置和属性等进行定量描述，为地理信息的获取、处理和分析提供依据。1.2测量与地理信息的关系测量与地理信息之间存在密切的联系。测量是获取地理信息的基础，通过对地形、地貌、地质、水文等要素的测量，为地理信息的采集提供准确的数据来源。地理信息为测量提供了应用背景和需求，测量的目的在于为地理信息的分析、处理和应用提供支撑。测量技术的发展，地理信息的精度和实时性不断提高，使得地理信息在规划、管理、决策等方面的应用更加广泛。1.3测量与地理信息的应用领域测量与地理信息的应用领域广泛，主要包括以下几个方面：（1）土地管理：测量与地理信息在土地管理中发挥着重要作用，如土地登记、土地规划、土地利用监测等，为土地资源合理利用和保护提供科学依据。（2）城市规划：测量与地理信息为城市规划提供了基础数据，包括地形地貌、交通布局、公共设施分布等，有助于实现城市可持续发展。（3）基础设施建设：在道路、桥梁、水利等基础设施建设中，测量与地理信息为工程选址、设计、施工和验收等环节提供关键数据。（4）环境保护：通过对环境要素的测量和监测，地理信息为环境保护政策制定、环境质量评价和生态修复提供支持。（5）灾害监测与防治：测量与地理信息在地震、洪水、滑坡等自然灾害的监测、预警和防治中具有重要意义。（6）军事领域：在军事作战、战略规划、国防设施建设等方面，测量与地理信息为军事行动提供地理空间支撑。（7）资源调查与评价：测量与地理信息在矿产资源、森林资源、水资源等调查与评价中具有重要作用，为资源合理开发提供科学依据。（8）智慧城市建设：测量与地理信息是智慧城市建设的基础，为城市运行管理、公共服务、产业发展等提供数据支持。通过以上应用领域的介绍，可以看出测量与地理信息在经济社会发展中的重要作用。测量技术的不断进步，地理信息的获取和处理能力将进一步提升，为我国经济社会发展贡献更大力量。第2章测量学基础2.1测量坐标系测量坐标系是地理信息数据表达的基础，它为地球表面提供了一个统一的数学描述。本节主要介绍测量坐标系的基本概念、分类及其应用。2.1.1坐标系分类（1）大地坐标系：以地球质心为原点，通过地球表面上的点与地球质心所连线的方向来确定点的位置。（2）空间直角坐标系：以地球质心为原点，三个相互垂直的坐标轴分别指向地球的南北极和地球赤道平面。（3）平面直角坐标系：在地球表面某区域内，忽略地球曲率，将地球表面视为平面，建立一个平面直角坐标系。（4）高斯克吕格坐标系：在地球椭球面上，采用高斯投影方法，将地球表面投影到平面上的坐标系。2.1.2坐标系应用（1）大地坐标系：主要用于大地测量、地质勘探等领域。（2）空间直角坐标系：适用于航空航天、卫星导航等领域。（3）平面直角坐标系：广泛应用于地图制作、城市规划、土地管理等领域。（4）高斯克吕格坐标系：在我国地理信息系统和测绘领域有广泛应用。2.2测量误差理论测量误差是测量值与真实值之间的差异。本节主要介绍测量误差的分类、性质及其处理方法。2.2.1误差分类（1）系统误差：由于测量仪器、观测方法或环境条件等因素引起的，具有规律性的误差。（2）随机误差：由于测量过程中种种不可预知因素引起的，无规律可循的误差。（3）粗大误差：由于操作失误、仪器故障等原因引起的明显偏离真实值的误差。2.2.2误差性质（1）可观测性：误差是否可以被观测到。（2）可消除性：通过一定的方法，能否消除或减小误差。（3）传递性：误差在数据处理和计算过程中的传递规律。2.2.3误差处理方法（1）重复观测：通过多次观测，减小随机误差的影响。（2）加权平均：根据观测值的精度，给予不同权重，计算加权平均值。（3）最小二乘法：在测量数据处理中，寻找一组参数，使得观测值与理论值之间的残差平方和最小。2.3测量平差方法测量平差是通过对测量数据进行处理，求取测量结果的最优估值。本节主要介绍测量平差的基本方法。2.3.1观测值平差观测值平差是根据观测值的精度和相互关系，对观测值进行加权处理，求取观测值的最佳估值。2.3.2参数平差参数平差是在观测值平差的基础上，对未知参数进行估计，求取参数的最佳估值。2.3.3条件平差条件平差是利用已知的条件方程，对观测值进行平差处理，求取观测值的最佳估值。2.3.4质量控制在测量平差过程中，需要进行质量控制，包括检验数据的可靠性、评价平差结果的精度等，以保证测量结果的准确性。第3章地图学基础3.1地图概述地图作为地理信息的重要表达形式，是人类认识、研究、利用地理环境的重要工具。地图通过图形、符号、注记等元素，直观地反映地球表面各种自然和社会现象的空间分布、相互关系及变化规律。本节主要介绍地图的基本概念、分类、构成要素及其功能。3.1.1地图的基本概念地图是按照一定比例关系，将地球表面的自然和人文现象，通过图形、符号、注记等表现形式，投影到二维平面上的图形制品。3.1.2地图的分类根据地图的内容、用途、比例尺、表现形式等不同，地图可分为自然地图、人文地图、专题地图、基础地图、遥感地图等。3.1.3地图的构成要素地图主要由地图框架、地图内容、地图注记、图例、比例尺、方向指示等要素构成。3.1.4地图的功能地图具有以下功能：（1）表达空间信息：地图可以直观地展示地理事物的空间分布、相互关系及变化规律。（2）传递知识：地图是地理知识的重要载体，可以帮助人们认识和研究地理环境。（3）辅助决策：地图为企业、科研等提供决策依据，如城市规划、资源调查、环境保护等。（4）导航定位：地图为人们提供导航和定位功能，如交通导航、户外探险等。3.2地图投影地图投影是将地球表面的三维空间转换成二维平面的过程。由于地球是一个不规则的椭球体，因此在投影过程中会产生变形。本节主要介绍地图投影的基本原理、分类及特点。3.2.1地图投影的基本原理地图投影的基本原理是利用数学方法，将地球表面上的点、线、面按照一定规律投影到二维平面上。3.2.2地图投影的分类地图投影可分为以下几类：（1）圆锥投影：以圆锥体为投影面，适用于中纬度地区的地图。（2）圆柱投影：以圆柱体为投影面，适用于低纬度地区的地图。（3）平面投影：以平面为投影面，适用于局部地区的地图。（4）方位投影：以球面为投影面，适用于高纬度地区的地图。3.2.3地图投影的特点地图投影具有以下特点：（1）变形：地图投影过程中会产生长度、面积、角度等变形。（2）适用范围：不同类型的投影适用于不同纬度的地区。（3）选择原则：选择地图投影时，应考虑地图的用途、比例尺、纬度范围等因素。3.3地图符号与注记地图符号和注记是地图的重要组成部分，用于表示地图内容、传递地理信息。本节主要介绍地图符号和注记的分类、特点及作用。3.3.1地图符号地图符号是地图上用来表示地理事物的图形、颜色、线型等。地图符号分为以下几类：（1）点状符号：表示地理位置、地名、重要设施等。（2）线状符号：表示河流、道路、行政边界等。（3）面状符号：表示地形、土地利用、植被等。（4）色彩符号：表示地理事物的属性、分类等。3.3.2地图注记地图注记是对地图上地理事物、现象、属性、名称等进行文字说明的部分。地图注记分为以下几类：（1）地名注记：表示地理事物的名称，如城市、河流、山脉等。（2）说明注记：对地图上的地理现象、属性等进行简要说明。（3）比例尺注记：表示地图上的距离与实际距离的比例关系。（4）图例注记：表示地图上各种符号、颜色、线型的含义。3.3.3地图符号与注记的作用地图符号与注记具有以下作用：（1）传递地理信息：地图符号与注记是地图传递信息的重要手段。（2）增强地图可读性：合理运用符号与注记，可以提高地图的清晰度和易读性。（3）美化地图：地图符号与注记的设计和布局，可以提升地图的整体美观性。（4）辅助地图分析：地图符号与注记有助于地理信息的分析和应用。第4章导线测量4.1导线测量概述导线测量是地理信息数据采集与处理中的一种基本测量方法，它通过在地面设立一系列控制点，利用导线将这些点相互连接，进而确定各控制点的精确位置。导线测量具有操作简便、布设灵活、成本较低等优点，广泛应用于地形测绘、工程建设等领域。4.2导线布设与观测4.2.1导线布设在进行导线布设时，应遵循以下原则：（1）保证导线全长精度均匀，尽量避免过长或过短的导线段；（2）保证导线点之间的通视，避免因地形或建筑物遮挡导致的测量误差；（3）选择合适的导线形状，如闭合导线、附合导线或支导线等，以满足不同测量需求；（4）合理布设导线点，使导线走向与地形、地貌相适应，便于后续测量工作。4.2.2导线观测导线观测主要包括以下内容：（1）测角：采用经纬仪或全站仪等设备，测量相邻导线点之间的水平角；（2）测距：利用全站仪、激光测距仪等设备，测量相邻导线点之间的水平距离；（3）测高：通过三角高程测量或水准测量等方法，获取导线点的高程。4.3导线测量平差计算导线测量平差计算是保证测量成果精度的重要环节，主要包括以下步骤：4.3.1数据准备收集导线测量的原始数据，包括测角、测距、测高数据等，并进行整理和检查。4.3.2建立误差方程根据导线测量的原理，建立测角、测距、测高等各类误差的方程。4.3.3选择平差参数根据实际测量情况，选择合适的平差参数，如测角、测距的权值等。4.3.4进行平差计算利用最小二乘法等数学方法，对导线测量数据进行平差计算，求取各导线点的坐标和高程。4.3.5精度评定根据平差计算结果，对导线测量成果的精度进行评定，包括点位精度、距离精度、高程精度等。4.3.6成果整理与提交将平差计算后的导线测量成果进行整理，包括绘制导线图、编制成果表等，并按照相关规定提交。第5章水准测量5.1水准测量原理水准测量是基于地球的重力场，利用水准仪和水准尺测定两点间高差的一种测量方法。其基本原理是利用水准仪提供的水平视线，通过读取水准尺上的读数，计算两点间的高差。水准测量遵循以下三个基本原理：（1）重力垂直原理：地球重力场中，重力方向始终垂直于水平面。（2）视线水平原理：在理想条件下，水准仪的视线与水平面重合。（3）高差传递原理：通过一系列已知高程点和未知高程点之间的水准测量，可以将高程传递到整个测区。5.2水准路线设计水准路线的设计是水准测量的重要环节，关系到测量结果的精度和可靠性。水准路线设计应遵循以下原则：（1）闭合原则：水准路线应设计成闭合或附合路线，以保证测量结果的检核。（2）最短原则：在满足测量精度要求的前提下，水准路线应尽可能短，以减少工作量。（3）均衡原则：水准路线应充分考虑地形地貌、交通条件等因素，使各测站间的距离和视线长度尽量均衡。（4）安全原则：水准路线设计时应保证测量人员的安全。水准路线设计主要包括以下内容：（1）确定测站数量和位置。（2）选择合适的测量方法，如往返测量、三角高程测量等。（3）制定测量计划，包括测量时间、测量顺序等。5.3水准测量数据处理水准测量数据处理主要包括以下步骤：（1）数据整理：将测量数据按照测站顺序进行整理，检查数据是否完整、准确。（2）高差计算：根据水准仪读数和水准尺上的读数，计算各测站间的高差。（3）闭合差计算：对闭合水准路线进行闭合差计算，检查测量结果的准确性。（4）高程计算：根据已知高程点和测站间高差，计算未知点的高程。（5）成果整理：将计算得到的高程数据进行整理，编写水准测量成果报告。在数据处理过程中，应严格遵循以下要求：（1）采用科学、合理的计算方法。（2）对数据进行多次核对，保证数据准确无误。（3）对计算结果进行分析，查找可能的误差来源，以提高测量精度。（4）遵守国家有关水准测量规范和标准。第6章地形测量6.1地形测量概述地形测量是地理信息数据采集的重要组成部分，主要涉及地表形态、地貌特征及其空间分布位置的测定。其目的在于获取准确的地形数据，为土地管理、工程建设、资源调查及环境保护等领域提供基础地理信息。地形测量工作应根据国家相关标准和规范执行，保证测量数据的准确性、可靠性和科学性。6.2地形图测绘方法6.2.1地面测量法地面测量法是通过对地表进行直接观测和测量的方法，主要包括以下几种：（1）水准测量：利用水准仪、标尺等设备，按照一定的路线进行高程测量，获取地形高程信息。（2）三角测量：通过在地面上建立一系列的三角形，利用角度和已知边长计算各顶点坐标，从而得到地形数据。（3）导线测量：沿着地表布设导线，通过测量导线各转折点的坐标和角度，计算地形数据。6.2.2航空摄影测量法航空摄影测量法是利用飞行器搭载的摄影机对地表进行拍摄，获取大量地表影像资料，通过影像解析和数据处理，得到地形数据。其主要步骤包括：（1）航空摄影：在预定区域内进行航空摄影，获取高质量的地表影像。（2）像片控制测量：在影像上选取一定数量的控制点，利用地面测量方法测定其坐标，为后续数据处理提供基准。（3）立体测图：通过专业软件，利用像对之间的视差计算地形坐标，编制地形图。6.3数字地形建模数字地形建模是利用计算机技术，将地形数据转换为数字模型的过程。其主要方法有：6.3.1格网法格网法是将地表划分为规则或不规则的格网单元，通过测量每个格网单元的高程或地形特征，构建数字高程模型（DEM）。格网法适用于地形变化平缓的区域。6.3.2曲线拟合法曲线拟合法是利用数学函数对地形曲线进行拟合，从而得到数字地形模型。该方法适用于地形变化复杂的区域，如山区、丘陵等地形。6.3.3不规则三角网法不规则三角网法（TIN）是通过将地表上的测量点连接成不规则三角网，利用三角面片模拟地形表面。该方法在地形复杂区域具有较高的精度和效率。6.3.4混合法混合法是将格网法、曲线拟合法和不规则三角网法相结合，根据地形特点选择合适的建模方法，提高数字地形模型的精度和适应性。通过以上方法，可以构建出符合实际地形特点的数字地形模型，为地理信息系统提供准确的地形信息。第7章遥感技术及其应用7.1遥感基本概念遥感技术是指在不直接接触研究对象的情况下，通过感测、记录和传输地球表面及其大气层的信息，实现对地球表面及其环境进行远距离监测和识别的技术。遥感技术具有时效性强、覆盖范围广、信息量大、动态监测能力强等特点，已成为地理信息获取的重要手段。7.2遥感传感器与平台7.2.1遥感传感器遥感传感器是遥感技术中的核心部件，主要负责接收地物反射、辐射或散射的电磁波信号。根据工作波段，遥感传感器可分为可见光、红外、微波等类型。不同类型的传感器具有不同的分辨率和监测能力，以满足不同应用需求。7.2.2遥感平台遥感平台是搭载遥感传感器的飞行器或卫星，用于实现遥感数据的获取。根据飞行高度，遥感平台可分为近地遥感平台和卫星遥感平台。近地遥感平台包括飞机、无人机等，适用于小范围、高精度的遥感监测；卫星遥感平台则具有大范围、长时间序列的监测能力。7.3遥感图像处理与分析7.3.1遥感图像预处理遥感图像预处理是对原始遥感数据进行处理，提高图像质量，消除图像中噪声和干扰，便于后续分析。主要包括图像校正、图像增强、图像配准等步骤。7.3.2遥感图像解译遥感图像解译是指通过分析遥感图像的形状、纹理、光谱等信息，识别和提取地物信息的过程。解译方法包括目视解译、计算机辅助解译等。7.3.3遥感图像分类遥感图像分类是根据图像像素的光谱特征，将图像划分为不同类别。分类方法包括监督分类、无监督分类、基于知识的分类等。7.3.4遥感图像变化检测遥感图像变化检测是通过比较不同时间获取的遥感图像，识别地表变化信息。变化检测方法包括基于像素的方法、基于特征的方法和基于模型的方法等。7.3.5遥感应用遥感技术在地理信息系统、资源调查、环境监测、灾害评估等领域具有广泛的应用。通过遥感图像处理与分析，可为部门、企业和科研机构提供重要的决策支持。第8章全球定位系统（GPS）8.1GPS概述全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）是美国国防部开发的一种卫星导航和定位系统。该系统由一系列卫星、地面控制站及用户设备组成。自1994年全面运行以来，GPS已成为全球范围内广泛应用于军事、民用及商业领域的定位和导航系统。8.2GPS定位原理GPS定位原理基于时间测距法。系统由一组卫星组成，每颗卫星持续向地球表面广播含有时间信息和卫星轨道参数的信号。GPS接收机通过接收来自多颗卫星的信号，计算出接收机至各卫星的伪距，进而确定接收机所在位置。GPS定位包括以下步骤：（1）卫星发射信号：GPS卫星持续向地球表面发射含有时间信息和卫星轨道参数的信号。（2）接收机接收信号：GPS接收机接收到来自多颗卫星的信号，并记录下信号传播时间。（3）计算伪距：接收机根据信号传播时间和卫星轨道参数，计算出接收机至各卫星的伪距。（4）定位解算：接收机利用伪距和卫星轨道参数，通过最小二乘法等数学方法，求解接收机的三维坐标。8.3GPS测量应用GPS在测量领域具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：（1）大地测量：GPS技术可用于确定地球表面的控制点坐标，进行国家大地测量和地形测绘。（2）工程测量：在道路、桥梁、隧道等工程建设中，利用GPS进行地形测绘、施工放样和变形监测。（3）地籍测量：通过GPS技术，实现地籍控制网的建立和地籍测绘。（4）海洋测量：GPS技术在水下地形测绘、航道测量及海洋资源调查等方面具有重要作用。（5）气象观测：利用GPS信号穿过大气层时的延迟，研究大气层中的水汽分布和气候变化。（6）地震监测：通过监测地震发生时地面位移，GPS技术在地震预警和灾害评估中发挥重要作用。（7）地质调查：GPS技术可用于地质构造研究、地质灾害监测等领域。（8）交通管理：在智能交通系统中，利用GPS进行车辆定位和导航，提高交通管理效率。通过以上应用，GPS技术为我国测量领域提供了高精度、高效率的定位服务，对促进国家经济建设和社会发展具有重要作用。第9章地理信息系统（GIS）9.1GIS基本概念地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）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。GIS通过将地理空间数据与属性数据进行有效结合，为用户提供强大的空间查询、分析、决策支持等功能。本章主要介绍GIS的基本概念、数据结构及其空间分析与应用。9.2GIS数据结构GIS数据结构主要包括矢量数据结构和栅格数据结构。9.2.1矢量数据结构矢量数据结构以点、线、面为基本图形元素，采用数学几何方法来表示地理实体。矢量数据结构具有以下特点：（1）准确性：矢量数据能够精确表示地理实体的位置、形状和大小。（2）简洁性：矢量数据结构占用存储空间小，便于快速传输和处理。（3）可扩展性：矢量数据结构易于进行图形变换和组合，便于实现地图的缩放、旋转等操作。9.2.2栅格数据结构栅格数据结构以像素（或像元）为基本单元，将地理空间划分为规则的网格，每个网格单元存储相应的属性值。栅格数据结构具有以下特点：（1）简单性：栅格数据结构易于理解，便于进行地理数据的可视化。（2）适于遥感数据：栅格数据结构便于与遥感图像数据进行集成和融合。（3）易于空间分析：栅格数据结构便于进行空间分析，如坡度、坡向、水文分析等。9.3GIS空间分析与应用GIS空间分析是GIS的核心功能之一，主要包括以下几方面：9.3.1查询与分析G