测量学

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。

无

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