测量学与地图制图专业导论作业指导书

测量学与地图制图专业导论作业指导书TOC\o"1-2"\h\u20536第1章绪论 3238331.1测量学与地图制图概述 3204271.2测量学与地图制图的发展历程 442641.3测量学与地图制图的基本概念 45224第2章测量学基础知识 5170402.1测量基准与坐标系 598742.1.1测量基准 579472.1.2坐标系 5144202.2水准测量 5214512.2.1水准仪 5156512.2.2水准尺 5145462.2.3水准路线 576332.3三角测量 5105222.3.1角度测量 5207642.3.2边长测量 6208492.4椭球面测量 696222.4.1椭球面元素 6120772.4.2椭球面测量方法 612287第3章地图制图基本原理 614593.1地图的基本概念与功能 6105723.1.1地图定义 622633.1.2地图功能 686763.2地图的数学基础 6111713.2.1地图坐标系统 6235243.2.2地图比例尺 7158893.2.3地图定向 7277543.3地图投影 765733.3.1地图投影概念 710693.3.2地图投影性质 7236183.3.3常见地图投影 74993.4地图符号与注记 7268813.4.1地图符号 7178303.4.2地图注记 7275823.4.3地图符号与注记的设计原则 812561第4章测量仪器与工具 8141364.1光学测量仪器 8275374.1.1经纬仪 8242044.1.2水准仪 8266834.1.3全站仪 8110664.2电子测量仪器 8272084.2.1电子经纬仪 8236604.2.2电子水准仪 8250294.2.3GPS接收机 9167354.3测量工具及其使用方法 927724.3.1三角尺 941204.3.2拉尺 9194714.3.3水平尺 989164.3.4激光测距仪 9298844.3.5数字测角仪 922987第5章测量数据处理 9168925.1测量数据误差分析 931375.1.1误差来源及分类 925875.1.2误差对测量结果的影响 1028165.2数据预处理 10101495.2.1数据清洗 1019605.2.2数据筛选 10189335.2.3数据转换 1039645.3参数估计与平差 10162075.3.1参数估计 11321455.3.2平差 11114675.4数据质量控制 11101265.4.1质量控制原则 1127155.4.2质量控制方法 11249325.4.3质量评估指标 1112141第6章地形测量 1260386.1地形测量概述 12194536.2地形图的基本知识 12320226.2.1地形图概念及分类 12166.2.2地形图比例尺 12288686.2.3地形图投影 12154716.2.4地形图符号 1281996.3地形测量的方法 124166.3.1地面测量方法 12223066.3.2航空测量与卫星测量 13187916.4数字地形测量 13136116.4.1数字地形测量原理 1364886.4.2数字地形测量方法 13268376.4.3数字地形测量的应用 1328422第7章工程测量 1311297.1工程测量的基本任务与要求 13313757.1.1测量精度 13109127.1.2测量方法 136587.1.3测量成果表达 1490247.2建筑工程测量 14258137.2.1建筑平面控制测量 1475937.2.2建筑高程控制测量 142947.2.3建筑施工测量 14227047.3道路工程测量 1521107.3.1道路平面控制测量 15252167.3.2道路高程控制测量 15139927.3.3道路施工测量 15308087.4水利工程测量 1510227.4.1水利平面控制测量 1534217.4.2水利高程控制测量 16207327.4.3水利施工测量 1630940第8章摄影测量与遥感 16131108.1摄影测量基本原理 1640098.2遥感技术及其应用 16131758.3摄影测量与遥感数据解译 16188258.4摄影测量与遥感在地图制图中的应用 1615374第9章地理信息系统 17232329.1地理信息系统概述 1778319.2地理信息数据结构 17110689.3地理信息系统软件与应用 1753809.4地理信息系统与地图制图 188182第10章现代地图制图技术 183275310.1计算机辅助地图制图 18422310.1.1计算机辅助地图制图概述 182982810.1.2计算机辅助地图制图软件 182095210.2地图制图自动化 183236210.2.1地图制图自动化的意义与实现方法 181867810.2.2地图制图自动化在实际应用中的案例分析 182424810.3网络地图制图 181912410.3.1网络地图制图技术概述 18580210.3.2网络地图制图的关键技术及其解决方案 183173810.3.3网络地图制图的应用案例与发展趋势 191782510.4三维地图制图与虚拟现实技术应用 191545110.4.1三维地图制图技术概述 192350210.4.2虚拟现实技术在地图制图中的应用 191395510.4.3三维地图制图与虚拟现实技术的未来发展 19。第1章绪论1.1测量学与地图制图概述测量学是一门研究地球表面及其空间物体几何特性的科学，主要涉及距离、角度和高程的测量。地图制图则是以测量学为基础，运用各种制图方法和技术，编制出能反映地球表面自然现象和社会经济现象的空间分布图件。这两门学科密切相关，共同为地理信息科学提供基础数据和技术支持。1.2测量学与地图制图的发展历程测量学与地图制图的历史悠久，可以追溯到远古时期。早期人类为了生存和摸索，开始对周围环境进行观察和测量。文明的进步，测量学与地图制图技术得到不断发展。（1）古代测量学与地图制图：早在公元前4世纪，我国就有了测量和地图制图的记载。古希腊、罗马等地的地理学家也进行了大量的测量和地图编制工作。（2）中世纪测量学与地图制图：这一时期，欧洲的测量学与地图制图技术得到了进一步发展。地图的精度和实用性不断提高，为地理大发觉奠定了基础。（3）近代测量学与地图制图：16世纪至20世纪初，测量学取得了重大突破。三角测量、水准测量等经典测量方法得到广泛应用，地图制图技术也逐步走向成熟。（4）现代测量学与地图制图：20世纪中叶以来，电子技术、计算机技术、空间技术的发展，测量学与地图制图进入了一个崭新的阶段。遥感技术、全球定位系统（GPS）等现代测量手段的出现，使测量与地图制图更加精确、快速和高效。1.3测量学与地图制图的基本概念（1）测量学基本概念：测量学主要包括水平测量、垂直测量和地形测量三个方面。水平测量涉及经纬度、平面控制网等方面的测量；垂直测量主要包括高程测量、重力测量等；地形测量则关注地表形态的测量。（2）地图制图基本概念：地图制图主要包括地图编制、地图投影、地图符号和地图设计等方面的内容。地图编制是根据测量数据，运用制图方法和技术，编制出反映地表现象的图件；地图投影则是将地球表面上的三维物体投影到二维平面上；地图符号用于表达地图上的各种地理要素；地图设计则是根据地图用途和读者需求，对地图内容、形式和结构进行设计。（3）测量学与地图制图的关系：测量学为地图制图提供基础数据和理论支持，地图制图则是测量学在实际应用中的具体体现。二者相互依赖，共同服务于地理信息科学的发展。第2章测量学基础知识2.1测量基准与坐标系测量学是地图制图的基础，准确的测量结果依赖于科学的测量基准和统一的坐标系。本节主要介绍测量基准与坐标系的相关概念及原理。2.1.1测量基准测量基准是进行地面测量的基本参照面，我国采用的平均海平面作为测量基准。测量基准的确定对于保证测量数据的统一和准确具有重要意义。2.1.2坐标系坐标系是用于表示地球表面上任意一点位置的系统。常见的坐标系有地理坐标系、平面直角坐标系和大地坐标系等。大地坐标系是以地球椭球面为基准面，以经纬度表示地面点位置的坐标系。2.2水准测量水准测量是利用水准仪和水准尺，通过测定两点间的高差来推算地面点高程的一种测量方法。2.2.1水准仪水准仪是进行水准测量的主要仪器，包括微倾式水准仪、自动水准仪等。水准仪的基本原理是利用水平线的特性，通过调节仪器使视线保持水平，从而实现高差的测量。2.2.2水准尺水准尺是水准测量中的辅助工具，用于读取水准仪上的读数。水准尺通常分为米制和英制两种，我国普遍采用米制水准尺。2.2.3水准路线水准路线是进行水准测量的线路，分为闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线等。合理设计水准路线对于提高测量精度具有重要意义。2.3三角测量三角测量是利用三角形内角和为180度的性质，通过测定三角形边长和角度来推算地面点位置的一种测量方法。2.3.1角度测量角度测量是三角测量的基础，主要采用经纬仪进行。经纬仪是一种能同时测定水平角和垂直角的测量仪器。2.3.2边长测量边长测量是三角测量的关键环节，常用的方法有视距法、电磁波测距法和全站仪测量法等。2.4椭球面测量椭球面测量是建立在大地测量学基础上的一种测量方法，主要用于解决地球椭球面上的测量问题。2.4.1椭球面元素椭球面元素包括经度、纬度和大地高。经度表示地球表面上一点与本初子午线的角度，纬度表示地球表面上一点与赤道的角度，大地高表示地球表面上一点与参考椭球面的垂直距离。2.4.2椭球面测量方法椭球面测量方法包括天文测量、卫星测量和重力测量等。这些方法为地球椭球面的测量提供了多种技术手段，为地图制图提供了准确的测量数据。第3章地图制图基本原理3.1地图的基本概念与功能3.1.1地图定义地图是一种以图形、符号、文字和色彩等形式，表达地球表面及其各种现象的空间分布、相互关系和属性特征的一种图形模型。3.1.2地图功能地图具有以下主要功能：（1）空间信息的传递与表达；（2）地理现象的分析与解释；（3）空间决策的辅助与指导；（4）地理知识的普及与传播。3.2地图的数学基础3.2.1地图坐标系统地图坐标系统是用于确定地球表面点在地图上的位置的系统。主要包括地理坐标系统和投影坐标系统。3.2.2地图比例尺地图比例尺表示地图上距离与实际距离之间的比例关系。包括数值比例尺、线段比例尺和语言比例尺。3.2.3地图定向地图定向是指地图的绘制方向与地球表面实际方向之间的关系。地图定向主要包括正北、磁北和真北。3.3地图投影3.3.1地图投影概念地图投影是将地球表面的经纬线转换为平面上的直线或曲线的过程。地图投影分为圆锥投影、圆柱投影和方位投影。3.3.2地图投影性质地图投影具有以下性质：（1）保角性：保持地图上的角度与实际角度相等；（2）保积性：保持地图上的面积与实际面积成比例；（3）保距性：保持地图上的距离与实际距离成比例；（4）统一性：在投影过程中，尽量保持地球表面形状的统一性。3.3.3常见地图投影常见地图投影包括：（1）墨卡托投影：一种圆柱投影，广泛用于航海和航空地图；（2）高斯克吕格投影：一种圆锥投影，适用于大比例尺地形图；（3）兰伯特投影：一种圆锥投影，适用于中、小比例尺地图；（4）方位角投影：一种方位投影，适用于极地地图。3.4地图符号与注记3.4.1地图符号地图符号是地图上用来表示各种地理现象的图形、颜色和文字。地图符号分为点状符号、线状符号和面状符号。3.4.2地图注记地图注记是地图上用来表示地理名称、数值、说明文字等内容的标注。地图注记要求清晰、简洁、规范，便于读者理解和识别。3.4.3地图符号与注记的设计原则地图符号与注记的设计原则包括：（1）科学性：符号与注记应能准确表达地理现象的特征；（2）系统性：符号与注记应具有一定的体系，便于比较和分析；（3）简洁性：符号与注记应简洁明了，易于识别；（4）美观性：符号与注记应具有一定的审美价值，提高地图的视觉效果。第4章测量仪器与工具4.1光学测量仪器光学测量仪器在测量学与地图制图领域中占有重要地位，具有高精度和易操作的特点。本章主要介绍以下几种光学测量仪器：4.1.1经纬仪经纬仪是一种用于测量水平角和垂直角的仪器。它广泛应用于控制测量、地形测量和建筑工程测量等领域。4.1.2水准仪水准仪是一种用于测量高程差的仪器。它分为光学水准仪和数字水准仪，广泛应用于大地测量、建筑工程测量和水利工程测量等领域。4.1.3全站仪全站仪是一种集光、机、电于一体的综合性测量仪器。它可以实现角度、距离和高度的自动测量，广泛应用于工程测量、地质勘探和土地管理等领域。4.2电子测量仪器电子技术的不断发展，电子测量仪器在测量学与地图制图领域中的应用日益广泛。本节主要介绍以下几种电子测量仪器：4.2.1电子经纬仪电子经纬仪是光学经纬仪的升级产品，采用电子技术进行角度测量。它具有高精度、高速度和自动化程度高等优点。4.2.2电子水准仪电子水准仪采用电子传感器和数字处理技术，实现高程差的精确测量。它具有操作简便、测量速度快和精度高等特点。4.2.3GPS接收机全球定位系统（GPS）接收机是一种用于接收卫星信号，实现地球表面位置测量的仪器。它广泛应用于大地测量、地质勘探和交通导航等领域。4.3测量工具及其使用方法在测量学与地图制图过程中，除了上述测量仪器外，还需要使用各种测量工具。本节主要介绍以下几种测量工具及其使用方法：4.3.1三角尺三角尺主要用于测量角度和绘制直线。使用时，将三角尺的直角边与测量对象对齐，读取角度值。4.3.2拉尺拉尺是一种用于测量距离的工具。它分为钢卷尺和皮卷尺两种，使用时需拉直，避免因弯曲导致测量误差。4.3.3水平尺水平尺主要用于检查测量对象是否水平或垂直。使用时，将水平尺的气泡居中，即可判断测量对象是否水平。4.3.4激光测距仪激光测距仪是一种利用激光技术测量距离的仪器。使用时，将激光测距仪对准测量目标，按下测量按钮，即可显示距离值。4.3.5数字测角仪数字测角仪是一种用于测量角度的工具，具有高精度和易读数的特点。使用时，将测角仪对准测量对象，读取显示屏幕上的角度值。通过本章学习，读者应掌握各种测量仪器与工具的基本原理、功能及其使用方法，为后续的测量实践和地图制图工作奠定基础。第5章测量数据处理5.1测量数据误差分析测量数据误差分析是保证测量结果可靠性的关键环节。本节主要讨论测量数据误差的来源、分类及其对测量结果的影响。5.1.1误差来源及分类（1）系统误差：由测量仪器、操作方法、环境因素等引起的具有规律性的误差。（2）偶然误差：由测量过程中不可预知因素引起的随机性误差。（3）粗大误差：由操作失误、仪器故障等非正常因素引起的明显偏离真实值的误差。5.1.2误差对测量结果的影响误差对测量结果的影响主要包括：（1）降低测量精度；（2）影响测量结果的可靠性；（3）可能导致错误的决策和结论。5.2数据预处理数据预处理是提高测量数据质量的重要步骤。主要包括数据清洗、数据筛选和数据转换等。5.2.1数据清洗数据清洗主要包括：（1）剔除粗大误差；（2）修正系统误差；（3）处理偶然误差。5.2.2数据筛选数据筛选主要包括：（1）选择合适的样本；（2）剔除异常值；（3）保证数据的代表性。5.2.3数据转换数据转换主要包括：（1）线性变换；（2）归一化处理；（3）对数变换等。5.3参数估计与平差参数估计与平差是测量数据处理的核心内容，其主要目的是确定测量模型中的未知参数，并评估其精度。5.3.1参数估计参数估计方法包括：（1）最小二乘法；（2）最大似然估计；（3）贝叶斯估计。5.3.2平差平差方法包括：（1）条件平差；（2）间接平差；（3）加权最小二乘平差。5.4数据质量控制数据质量控制是保证测量数据正确、可靠的重要环节。主要包括以下几个方面：5.4.1质量控制原则遵循以下原则进行数据质量控制：（1）完整性原则：保证数据无遗漏；（2）准确性原则：保证数据正确无误；（3）一致性原则：保证数据在不同时间、空间的一致性；（4）可靠性原则：保证数据的稳定性和可重复性。5.4.2质量控制方法采用以下方法进行数据质量控制：（1）重复测量；（2）交叉验证；（3）质量控制图；（4）数据审核与验收。5.4.3质量评估指标质量评估指标包括：（1）中误差；（2）相对误差；（3）可信度；（4）精度分布等。第6章地形测量6.1地形测量概述地形测量是测量学的重要组成部分，其主要任务是对地表形态、地貌特征进行测定，为地图制图、工程建设、资源调查等领域提供基础数据。本章将介绍地形测量的基本概念、目的、任务及其在相关领域中的应用。6.2地形图的基本知识地形图是地形测量成果的主要表现形式，它以图形的方式表达地表的各种地貌特征。本节将介绍地形图的基本概念、分类、比例尺、投影及地形图符号等内容。6.2.1地形图概念及分类地形图是一种专题地图，它以等高线为主要表示手段，反映地表地貌形态、水文地理、交通网络等信息。根据比例尺、精度和用途的不同，地形图可分为基本地形图、详细地形图和特殊用途地形图。6.2.2地形图比例尺地形图比例尺是表示地图上距离与实际距离之间的比例关系。比例尺的选择应根据地形测量的目的、精度要求及地形复杂程度等因素综合考虑。6.2.3地形图投影地形图投影是将地球表面上的三维地形信息转换到二维平面上的一种数学方法。本节将介绍常用的地形图投影及其特点。6.2.4地形图符号地形图符号是地形图上表示各种地貌、地物、注记等的图形和文字。了解地形图符号对于正确识别和解释地形图具有重要意义。6.3地形测量的方法地形测量方法包括地面测量、航空测量和卫星测量等。本节将重点介绍地面测量方法。6.3.1地面测量方法地面测量方法主要包括三角测量、导线测量、水准测量和激光测量等。这些方法在精度、效率、适用范围等方面各有特点。6.3.2航空测量与卫星测量航空测量和卫星测量是现代地形测量中常用的方法。它们具有速度快、范围广、不受地面条件限制等优点，但精度相对较低。6.4数字地形测量数字地形测量是近年来发展迅速的一种地形测量方法，其主要特点是采用数字技术进行数据采集、处理和表达。本节将介绍数字地形测量的基本原理、方法及其应用。6.4.1数字地形测量原理数字地形测量原理主要包括数字高程模型（DEM）、数字地形模型（DTM）和数字正射影像图（DOM）等。这些模型为地形信息的表达和处理提供了新的手段。6.4.2数字地形测量方法数字地形测量方法主要包括电子水准仪测量、全站仪测量、激光扫描和卫星遥感等。这些方法在数据采集、处理和传输方面具有明显优势。6.4.3数字地形测量的应用数字地形测量在地图制图、工程建设、城市规划、资源调查等领域具有广泛的应用。其高精度、高效率的特点为相关领域的发展提供了有力支持。第7章工程测量7.1工程测量的基本任务与要求工程测量是各类工程建设中不可或缺的环节，其主要任务是为工程建设提供准确、可靠的测量数据。本章将阐述工程测量的基本任务与要求，包括测量精度、测量方法及测量成果的表达。7.1.1测量精度工程测量应满足以下精度要求：（1）满足设计精度要求；（2）满足施工精度要求；（3）满足验收精度要求。7.1.2测量方法工程测量应采用以下方法：（1）地面测量方法；（2）摄影测量方法；（3）遥感测量方法；（4）激光测量方法；（5）卫星定位测量方法。7.1.3测量成果表达工程测量成果应包括以下内容：（1）平面控制成果；（2）高程控制成果；（3）地形图；（4）施工图；（5）测量报告。7.2建筑工程测量建筑工程测量是建筑工程设计、施工和验收的基础。其主要内容包括以下几个方面：7.2.1建筑平面控制测量建筑平面控制测量主要包括以下内容：（1）平面控制网设计；（2）平面控制点布设；（3）平面控制测量。7.2.2建筑高程控制测量建筑高程控制测量主要包括以下内容：（1）高程控制网设计；（2）高程控制点布设；（3）高程控制测量。7.2.3建筑施工测量建筑施工测量主要包括以下内容：（1）建筑物定位测量；（2）建筑物轴线测量；（3）建筑物细部测量；（4）建筑物变形观测。7.3道路工程测量道路工程测量是道路工程设计、施工和验收的基础。其主要内容包括以下几个方面：7.3.1道路平面控制测量道路平面控制测量主要包括以下内容：（1）平面控制网设计；（2）平面控制点布设；（3）平面控制测量。7.3.2道路高程控制测量道路高程控制测量主要包括以下内容：（1）高程控制网设计；（2）高程控制点布设；（3）高程控制测量。7.3.3道路施工测量道路施工测量主要包括以下内容：（1）道路中线测量；（2）道路横断面测量；（3）道路纵断面测量；（4）道路施工放样。7.4水利工程测量水利工程测量是水利工程设计和施工的基础。其主要内容包括以下几个方面：7.4.1水利平面控制测量水利平面控制测量主要包括以下内容：（1）平面控制网设计；（2）平面控制点布设；（3）平面控制测量。7.4.2水利高程控制测量水利高程控制测量主要包括以下内容：（1）高程控制网设计；（2）高程控制点布设；（3）高程控制测量。7.4.3水利施工测量水利施工测量主要包括以下内容：（1）河道整治测量；（2）水库大坝测量；（3）水工建筑物测量；（4）水利工程变形观测。第8章摄影测量与遥感8.1摄影测量基本原理本节主要介绍摄影测量的基本原理。摄影测量是通过分析、解译和利用照片来获取物体形状、大小和位置信息的技术和方法。内容包括：像片几何关系、摄影测量坐标系、像点与物点的关系、共线方程、透视变换以及立体测量的基本原理。8.2遥感技术及其应用遥感技术是利用航空、航天和地面传感器获取地球表面及其周围环境的物理信息的技术。本节主要介绍遥感技术的基本原理、传感器类型、遥感数据获取、预处理和遥感图像的分类与解译。还将讨论遥感技术在农业、林业、地质、城市规划、环境保护等领域的应用。8.3摄影测量与遥感数据解译本节主要介绍摄影测量与遥感数据的解译方法。阐述摄影测量与遥感数据解译的基本步骤，包括图像增强、特征提取、目标识别和分类。分析不同类型的解译方法，如目视解译、数字图像处理和人工智能方法。讨论解译过程中可能遇到的问题及其解决方法。8.4摄影测量与遥感在地图制图中的应用摄影测量与遥感技术在地图制图中具有广泛的应用。本节主要介绍以下方面：（1）地形图制作：利用摄影测量与遥感技术获取的地形数据，制作各种比例尺的地形图。（2）工程测量：在道路、桥梁、大坝等工程建设中，摄影测量与遥感技术用于地形分析、设计规划和施工监测。（3）城市规划：通过摄影测量与遥感技术获取的城市空间信息，为城市规划、建设和管理提供重要依据。（4）环境监测：利用遥感技术监测环境污染、植被变化、水土流失等环境问题。（5）灾害评估：在地震、洪水、火灾等自然灾害发生后，通过摄影测量与遥感技术快速获取灾情信息，为救援和灾后重建提供支持。（6）资源调查：摄影测量与遥感技术在矿产资源、水资源、森林资源等方面的调查与监测中发挥重要作用。通过本章学习，使读者掌握摄影测量与遥感技术的基本原理、方法和在地图制图中的应用，为今后从事相关领域工作奠定基础。第9章地理信息系统9.1地理信息系统概述地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是一种集成、存储、分析、管理和展示与地理位置相关数据的计算机系统。它通过空间数据和属性数据的结合，为用户提供地理信息的查询、分析和可视化功能。本节将介绍地理信息系统的基