测量学(覃锋)

党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”，“我们要坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国，坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之。”随着我国航天技术的发展，特别是北斗卫星导航系统的全面建成，向全球提供导航、定位、授时等服务，彰显了“大国重器”的地位和作用，极大地促进了测绘科学技术的快速发展，涌现出一大批新仪器、新技术、新方法。为了适应测绘科学技术发展，满足高等教育本科人才培养目标要求，提高人才培养质量，更好地服务教学，培养学生的工程应用能力，适应工程实际的需要，编者编写本书。
在教材编写中，为了落实党的二十大报告“全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人”的要求，教材结合测绘地理行业和测量学课程的特点，融入了相关实例，增加学生对国家科技自立自强的信心，让学生感受测绘科技工作者勇于攀登、不断探索的科学态度以及无怨无悔献身新中国测绘事业的崇高品质，弘扬“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代北斗精神，学习老一辈科学家“国家需要，我就去做”的不求回报、无私奉献的精神境界。
本教材的主要内容包括测量学基本原理、基本知识、常用测量技术和测量仪器的使用方法。教材的编写遵循由理论到技术、由方法到应用的顺序，根据当前教学需要，增加了电子水准仪、电子全站仪和GNSS接收机等新仪器、新技术、新方法等内容。根据当前测绘科学技术的发展和工程实际应用现状，教材加强了对全球导航卫星系统测量原理、数字地形图测绘理论以及基于CASS软件数字地形图的成图方法和基于数字地形图的工程应用的介绍，增加了无人机航测基础理论、倾斜摄影测量实景三维建模技术，以及基于实景三维模型测绘数字地形图的新方法等内容。在工程测量部分，根据工程施工测量方法的变化，增加了全站仪和GNSS接收机等仪器在具体工程测量项目中的应用和操作方法等内容。
教材注重测绘基本理论、技术和方法的介绍，兼顾测量仪器的操作和CASS软件的使用，教材图文并茂，适合高等学校非测绘专业使用，也可供相关工程技术人员参考。另外，本书配套电子教案、习题参考答案供选用院校使用，如有需要，可登录www.cipedu.com.cn注册后下载使用。
本书由主编覃锋统稿，第1、6～12章由覃锋编写，第2、3章由黎春玲编写，第4、5章由覃锋、冯富寿共同编写。由于编者水平有限，教材中不足之处，敬请读者提出宝贵意见。

编者
2023年12月

本书围绕测量学基本概念、基本理论和测量技术方法展开阐述，全书共12章，第1～4章介绍测量学基础知识和高差、角度、距离、坐标的测量原理以及常规测量仪器的使用方法；第5章介绍全球导航卫星系统（GNSS）的测量原理和技术；第6章介绍测量误差基本知识和误差处理方法；第7章介绍控制测量的基本方法；第8章介绍地形图基本知识和地形图的应用；第9章介绍大比例尺地形图测绘方法；第10章介绍无人机航空摄影测量的原理和应用；第11章介绍建筑工程施工测量；第12章介绍道路工程测量方法。
在第1～6章，编写了与测绘行业和测绘科学技术有关的内容，介绍了新中国测绘科技的发展和取得的伟大成就、珠峰高程测量、新时代“北斗精神”托起“航天强国梦”以及“两弹一星”功勋科学家孙家栋的感人事迹等内容。
本书内容由浅入深、图文结合、通俗易懂，将测绘新仪器、新技术、新方法融入其中，体现了测绘科技的发展水平。
本书可作为高等学校土木工程、道路桥梁与渡河工程、水利水电工程、交通工程、地质工程、资源勘查、采矿工程、工程管理等专业教材，也可供土建类和资源开发类相关工程技术人员参考使用。

第1章绪论
1.1测量工作的任务  1
1.2地球的形状和大小  2
1.3测量坐标系  4
1.4高程系统  7
1.5标准方向与方位角  7
1.5.1标准方向  8
1.5.2直线方向的表示方法  8
1.5.3坐标方位角的推算  10
1.6用水平面代替水准面的限度  11
1.6.1水准面曲率对水平距离的影响  11
1.6.2水准面曲率对高差的影响  12
1.6.3水准面曲率对水平角的影响  12
1.7测量工作概述  12
思政案例新中国测绘科技发展成就见证大国自信  13
思考题与习题  13

第2章水准测量
2.1水准测量原理  14
2.2光学水准仪和水准尺  15
2.2.1水准仪的基本构造  15
2.2.2水准尺和尺垫  18
2.2.3水准仪的使用  19
2.3水准测量实施方法  20
2.3.1水准点与水准路线  20
2.3.2水准测量方法  22
2.3.3水准测量成果整理  25
2.4精密水准仪和水准尺  27
2.4.1精密水准仪  28
2.4.2精密水准尺与读数方法  29
2.5数字水准仪  30
2.5.1数字水准仪基本原理  31
2.5.2数字水准仪的技术操作  32
2.5.3数字水准仪的注意事项  33
2.6水准仪的检验和校正  34
2.6.1圆水准器的检验与校正  34
2.6.2十字丝横丝的检验与校正  35
2.6.3水准管轴平行于视准轴的检验与校正  35
2.6.4水准仪补偿器的检验  36
2.6.5注意事项  37
2.7水准测量误差分析  37
2.7.1仪器误差  37
2.7.2观测误差  37
2.7.3外界条件的影响  38
思政案例“国测一大队”的先进事迹  39
思考题与习题  39

第3章角度与距离测量
3.1角度测量原理  41
3.1.1水平角测量原理  41
3.1.2竖直角观测原理  42
3.2角度测量的仪器和基本操作  42
3.2.1经纬仪  43
3.2.2全站仪  44
3.2.3全站仪的基本操作  46
3.3水平角测量  48
3.3.1测回法  48
3.3.2方向观测法  50
3.4竖直角测量  51
3.4.1竖盘测角结构  51
3.4.2竖直角计算  52
3.4.3竖盘指标差  53
3.4.4竖直角观测  54
3.5距离测量  54
3.5.1钢尺量距  54
3.5.2视距测量  55
3.5.3电磁波测距  57
3.5.4全站仪距离测量  59
3.5.5手持式测距仪简介  61
3.6全站仪的检验与校正  61
3.6.1照准部水准管轴的检校  62
3.6.2十字丝竖丝的检校  62
3.6.3视准轴的检校  62
3.6.4横轴的检校  63
3.6.5竖盘指标差的检校  64
3.6.6光学对中器的检校  64
3.7角度测量的误差分析  65
3.7.1仪器误差  65
3.7.2观测误差  66
3.7.3外界条件的影响  67
3.8距离测量误差  67
思政案例不畏限险勇测珠峰（一）  68
思考题与习题  68

第4章全站仪测量
4.1概述  70
4.2全站仪的望远镜和补偿器  71
4.3全站仪电子测角原理  74
4.4菜单功能总图及设置  76
4.5全站仪坐标测量原理及常规测量操作  79
4.6坐标放样和后方交会测量  84
4.7悬高测量  86
思政案例不畏限险勇测珠峰（二）  88
思考题与习题  88

第5章全球导航卫星系统（GNSS）测量
5.1全球导航卫星系统介绍  89
5.1.1全球定位系统GPS  89
5.1.2格洛纳斯卫星导航系统GLONASS  91
5.1.3北斗卫星导航系统BDS  91
5.1.4伽利略卫星导航系统Galileo  93
5.1.5卫星导航定位技术的应用  93
5.2GPS定位测量的基本原理  95
5.2.1GPS定位原理  95
5.2.2GPS卫星信号  97
5.2.3GPS测距码伪距定位测量  98
5.2.4GPS载波相位测量  99
5.3GPS静态相对定位原理  100
5.4GPS动态相对定位原理  102
5.4.1实时动态定位的基本概念  102
5.4.2RTK定位原理  102
5.4.3网络RTK定位原理  103
思政案例新时代“北斗精神”托起“航天强国梦”  105
思考题与习题  105

第6章测量误差基本知识
6.1测量误差概述  106
6.1.1测量误差的来源  107
6.1.2测量误差的分类及处理方法  107
6.1.3偶然误差的特性  108
6.2衡量测量精度的指标  109
6.2.1中误差  110
6.2.2相对误差  110
6.2.3极限误差和容许误差  111
6.3测量误差传播定律  111
6.3.1线性函数  111
6.3.2非线性函数  112
6.4算术平均值及其中误差  113
6.4.1算术平均值  113
6.4.2观测值的改正数  113
6.4.3由观测值的改正数计算中误差  114
6.4.4等精度观测算术平均值中误差  114
6.5非等精度观测值的精度评定  115
6.5.1观测值的权  115
6.5.2观测值的加权平均值及其中误差  116
思政案例“两弹一星”功勋科学家孙家栋的航天人生  118
思考题与习题  118

第7章控制测量
7.1概述  119
7.2导线测量  122
7.2.1导线布设形式  122
7.2.2导线测量的外业工作  123
7.2.3导线测量计算（近似平差）  124
7.3交会定点测量  131
7.4三、四等水准测量  133
7.4.1主要技术要求  133
7.4.2测站观测程序与记录  134
7.4.3测站计算与检核  135
7.5三角高程测量  136
7.5.1三角高程测量的原理  136
7.5.2三角高程控制测量的技术要求  137
7.5.3全站仪三角高程导线测量的计算  138
7.6GNSS在控制测量中的应用  139
7.6.1GNSS控制测量概述  139
7.6.2GNSS控制网技术设计  140
7.6.3选点及观测  141
7.6.4观测数据的处理  141
7.6.5GNSSRTK控制测量  142
思考题与习题  145

第8章地形图基本知识与应用
8.1地形图概述  147
8.2地物的表示  150
8.3地貌的表示  155
8.3.1等高线的原理  155
8.3.2等高线表示典型地貌  157
8.3.3等高线的特性  160
8.4地形图的分幅和编号  160
8.5地形图图廓外注记  163
8.6地形图的应用  165
8.6.1地形图的基本应用  165
8.6.2地形图上面积的量算  167
8.6.3按设计坡度选择最短路线  167
8.6.4利用地形图绘制地形断面图  168
8.6.5在图上确定汇水面积  169
8.6.6利用地形图计算土方量  170
思考题与习题  173

第9章大比例尺地形图测绘
9.1地形测绘的基本方法  175
9.1.1碎部点的选择  176
9.1.2等高线的勾绘  177
9.2经纬仪测绘地形图  177
9.2.1经纬仪测图原理及准备工作  177
9.2.2经纬仪测绘地形图的方法  178
9.2.3地形图的拼接、检查和整饰  179
9.3全野外数字测图原理及组成  180
9.3.1数字测图的原理  180
9.3.2数字测图系统的组成  180
9.4野外地形数据采集  181
9.4.1野外地形数据采集模式  181
9.4.2地形要素分类编码  181
9.4.3野外地形碎部点采集  183
9.5数字地形图的绘制  184
9.5.1数据的传输  184
9.5.2CASS9.1功能介绍  185
9.5.3CASS地物绘制  185
9.5.4等高线的绘制与图幅整饰  186
9.6数字地形图的应用  187
思考题与习题  187

第10章无人机航空摄影测量
10.1概述  189
10.2无人机航空摄影系统  190
10.3无人机航空摄影  192
10.3.1航空摄影  192
10.3.2航空摄影基本知识和像片要求  193
10.3.3无人机倾斜摄影  196
10.4航空摄影测量基本理论介绍  198
10.4.1航空摄影常用坐标系  198
10.4.2航摄像片的内外方位元素  199
10.4.3像点空间坐标变换与共线方程  200
10.4.4单像空间后方交会与立体像对前方交会  202
10.4.5解析空中三角测量  204
10.5像片控制测量  206
10.5.1像片控制点选点  206
10.5.2像片控制点布设  206
10.5.3像片控制点的测量  209
10.6倾斜摄影测量实景三维建模  210
10.6.1倾斜摄影建模特点  210
10.6.2倾斜摄影三维建模的关键技术  211
10.6.3倾斜摄影三维建模常用软件  212
10.6.4倾斜影像实景三维建模  212
10.6.5无人机航空摄影测量产品  213
10.7基于实景三维模型的数字测图  215
思考题与习题  216

第11章建筑工程测量
11.1建筑工程测量概述  217
11.1.1建筑工程测量的主要内容  217
11.1.2建筑施工测量的主要测量限差  218
11.1.3施工坐标系与测量坐标系的转换  219
11.2施工测量基本方法  219
11.2.1测设已知水平距离  219
11.2.2测设已知水平角  220
11.2.3测设已知高程  221
11.2.4平面点位的测设  222
11.3建筑施工控制测量  223
11.3.1施工平面控制测量  223
11.3.2施工高程控制测量  225
11.4建筑施工测量  226
11.4.1民用建筑物轴线测设  226
11.4.2工业厂房柱列轴线测设  228
11.4.3建筑物轴线控制桩测设  228
11.4.4基础施工测量  229
11.5高层建筑物的施工测量  230
11.5.1高层建筑物的轴线投测  230
11.5.2高层建筑物的高程竖向传递  232
11.6建筑物变形观测  233
11.6.1概述  233
11.6.2沉降观测  234
11.6.3建筑物倾斜观测  236
11.6.4建筑物水平位移观测  237
思考题与习题  238

第12章道路工程测量
12.1概述  239
12.2道路曲线及里程桩  240
12.2.1路线交点、转点和转角  240
12.2.2圆曲线  241
12.2.3缓和曲线  243
12.2.4带有缓和曲线的圆曲线主点及里程  244
12.2.5里程桩设置  245
12.3道路中线测设  246
12.3.1圆曲线测设的传统方法  246
12.3.2缓和曲线测设的传统方法  247
12.3.3中线逐桩坐标计算  248
12.4全站仪和GNSSRTK放样道路中线  252
12.5道路纵、横断面测量  253
12.5.1基平测量  253
12.5.2中平测量  254
12.5.3道路横断面测量  257
12.6道路施工测量  260
12.6.1中线恢复测量  260
12.6.2竖曲线的测设  260
12.6.3路基边桩测设  262
思考题与习题  263

参考文献