测绘科学研究的对象主要是地球的形状、大小和
地表面上各种物体的几何形状及其空间位置，目
的是为人们了解自然和改造自然服务。
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1.2 测绘科学分类
1. 地形测量学：可以把地球表面上一个小区域当作平面看待而不考 虑其曲率。地形测量学研究的内容可以用文字和数字记录下来， 也可用图表示。
2. 大地测量学：研究的对象是地表上一个较大的区域甚至整个地球 时，就必须考虑地球的曲率，其基本任务是建立国家大地控制网， 测定地球形状、大小和研究地球重力场。 3. 摄影测量学：摄影测量学是利用摄影象片来研究地表形状和大小 的测绘科学。 4. 工程测量学：建设工程等方面的测绘工作。主要任务有三方面， 即：地面到图纸，图纸到地面，以及变形观测。 5. 制图学：利用测量所得的资料，研究如何投影编绘成地图，以及 地图制作的理论、工艺技术和应用等方面的测绘科学是制图学的 范畴。
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高斯—克吕格平面直角坐标系
测量工作是在椭球面面上进行的。在椭球面上，点的位置以经 纬度表示，而要测算地面点的经纬度，其工作是很繁杂的。为 了简化计算，如果在一定范围内，把球面当平面看待，那么， 在平面上处理测量数据，地面点的位置就可用平面直角坐标x， y表示。实际工作中，由于点的平面直角坐标x，y求算长度、夹 角、面积等等也很方便。因此，测量上，尤其是测绘地形图时， 通用的还是平面直角坐标。这样，就产生了一个将椭球面上的 点位转换到平面上的问题。研究这个问题的学科，称为地图投 影学——高斯投影（我国常用）。
早在春秋战国时期，已经制成了利用磁石的指南仪器“司 南”，它是沿用几千年的指南针与罗盘的雏型。大约是公 元前2200年，夏禹治水时，使用了“左准绳，右规矩”的 测量工具和方法。长沙马王堆3号汉墓出土了西汉时期的 《地形图》和《驻军图》》。东汉张衡研制的天球仪与侯 风地动仪、魏晋时期刘徽的《海岛算经》、西晋裴秀的 《制图六体》、唐李吉甫的《元和群县图志》等等一系列 成就都在我国测绘史上增添了光辉的篇章。
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凡是图上既表示出道路、河流、居民地等一系列固定物体的平 面位置，又表示出地面各种高低起伏形态，并经过综合取舍， 按比例缩小后用规定的符号和一定的表示方法描绘在图纸上的 正形投影图，都可称为地形图。
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三项基本观测量：
高程 水平角 水平距离
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三、水准仪及其使用
3.1 水准测量原理
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我国测绘科学的发展（3）
我国测绘事业自1949年新中国成立后进入了迅速发展 的时期。1956年建立了国家测绘总局，建立了全国统 一的坐标系统和高程系统，建立了全国范围的大地控
制网，测绘了全国基本图和大量不同比例尺地形图。
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二、 测量学的基本知识
2.1 地球形状大小和测量坐标系的概念
大地水准面：平均海水面是代替海水静止时的水面，是一个 特定重力位的水准面，称为大地水准面。测量工作取得重力 方向的一般方法是，用细绳悬挂一个垂球G，细绳即为悬挂 点O的重力方向，通常称它为垂线或铅垂线方向。 由于地球吸引力的大小与地球内部的质量有关，而地球内部 的质量分布又不均匀，这引起地面上各点的铅垂线方向产生
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世界测绘科学的发展（3）
20世纪40年代自动安平水准仪的问世，标志着水准测量自动化 的开端。1990年已研制出数字水准仪，可以作到读数记录全自 动化。1968年生产了电子经纬仪，它采用光栅、光学编码来代 替刻度分划线，以电信号方式获得测量数据，并可自动记录在 存贮载体上。陀螺经纬仪与激光经纬仪亦已应用于工程测量的 定向工作。1957年第一颗人造地球卫星上天，1966年开始进行 人卫大地测量，能以可全天候观测，速度快，精度高，对洲际 之间、岛屿和岛屿之间及岛屿和大陆之间的联测能既快速又正 确。20世纪70年代，通过人造卫星拍摄地球的照片，使航天技 术有了广泛发展和应用。80年代开始发射的全球定位系统卫星， 在90年代全部完成发射任务。
二、水准面的曲率对水平角度的影响：计算表明，对于面积在 100km2以内的多边形，地球曲率对水平角度的影响只有在最精密的测 量中才需要考虑，一般不必考虑。
三、地球曲率对高差的影响：地球曲率的影响对高差而言，即使在 很短的距离内也必须加以考虑。
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2.3 地形图的认识
凡是图上既表示出道路、河流、居民地等一系列固定物体的平 面位置，又表示出地面各种高低起伏形态，并经过综合取舍， 按比例缩小后用规定的符号和一定的表示方法描绘在图纸上的 正形投影图，都可称为地形图。 测绘地形图时，是先把一些起控制作用的点，经过一定的数学 法则（地图投影）处理后，求出它们的平面坐标和高程。再把 根据这些点所测得的地貌、地物，按上面所介绍的绘制地形图 的原则绘制成图。 地形图的内容：地形图一般四周都有图框（测量上称为图廓）。 图框的方向，通常上北，下南，左西，右东。否则，就应在图 上绘出指北的方向。图上还应有比例尺、坐标系、高程系及施 测日期。
水准测量是测出地面点高程的方法之一。已知A点高程为 HA，欲测定B点的高程。首先测出A、B两点之间的高差。 则B点的高程为：HB= HA + hAB
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水准测量：测出AB两点之间的高差，可在AB两点上分别竖 立两根标尺，在两点之间安置一架能提供水平视线的仪器， 使视线水平照准A点标尺读数，设为ａ，再照准B点标尺读 数，设为ｂ，则AB两点间的高差为 ：hAB =ａ-ｂ 因为A点高程已知，通常称a为后视读数，而称b为前视读 数。即hAB=后视读数一前视读数。
测量学基础知识
(1)基础知识 (2)水准测量 (3)水平角测量 (4)距离测量与直线定向 (5)误差基本理论 (6) 导线测量 (7)交会法 (8)三角高程测量
一、 绪 论 1.1 定义
测量学是一古老的地球科学，它自于希腊文的 “土地划分”。而近代的测量学已经发展为一门 多方面的综合科学，通常叫做测绘科学。
高差hAB本身可正可负
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转点、测站：如果两点之间的距离较远，或高差较大时，仅安 置一次仪器便不能测得它们的高差，这时需要加设若干个临 时的立尺点，作为传递高程的过渡点，称为转点。欲求A点至 B点的高差hAB，选择一条施测路线，用水准仪依次测出AP的高 差hAP、 、PQ的高差hPQ…等，直到最后测出的高差hWB 。每安置 一次仪器，称为一个测站，而P、Q、R……W等点即为转点。 hAB=hAp+hpQ+… + hBW
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世界测绘科学的发展（2）
20世纪50年代前后开始，不少新的科学技术迅速发展。如电 子学、信息论、相干光理论、电子计算机、空间科学技术等， 它们又推动了测绘科学的发展。1947年研究利用光波进行测 距，到60年代中利用氦氖激光器作为光源的电磁波测距仪就 问世了，这是量距工作的一大变革。在80年代电磁波测距仪 在白天或黑夜的最大测程就能达到60公里，而且精度可达± （5mm+1ppm）。短测程的测距仪，测程为 1～2km，误差 仅及厘米。
当气泡中点位于管子的零点位置时，称气泡居中，也就是管子的零 点最高时，视准轴成水平位置。
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世界测绘科学的发展（4）
数字化自动成图系统，其中包括航测数字化成图与全站仪数 字化成图，它与传统的方法相比，具有成图周期短、劳动强 度小、图纸精度高等等无可比拟的优点。
“3s”技术的崛起，其中包括地理信息系统、全球定位系统 和遥感，使测绘科学走向更高层次的电子化与自动化。
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我国测绘科学的发展（1）
不规则的变化，因而大地水准面实际上是一个有微小起伏的 不规则曲面。
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大地坐标系和高程：
地面上的物体大多具有空间形状，例如丘陵、山地、河谷、 洼地等。为了研究空间物体的位置，数学上采用投影的方 法加以处理。一个点在空间的位置，需要三个量来确定。 在测量工作中，这三个量通常用该点在基准面（参考椭球 面）上的投影位置和该点沿投影方向到基准面（一般实用
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2.2 DS3水准仪及其操作
水准仪是水准测量的主要仪器，按其所能达到的精度分为DS05、 DS1、DS3及DS10等几种等级。
“D”和“S”表示中文“大地”和“水准仪”中“大”字和“水” 字的汉语拼音的第一个字母，通常在书写时可省略字母“D”， 下标“05”、“l”、“3”及“10”等数字表示该类仪器的精度。 S3型和S10型水准仪称为普通水准仪，用于国家三、四等水准 及普通水准测量，S05型和S1型水准仪称为精密水准仪，用于 国家一、二等精密水准测量。
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水准器：水准仪的水平视线是应用一个称为水准器的部件 获得的。 水准器是利用液体受重力作用后气泡居最高处的特性，使 水准器的一条特定的直线位于水平或竖直位置的一种装置。 水准器分两种：
管水准器，通常称为水准管。
圆水准器。
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水准管 水准管的管子用玻璃制成，其纵剖面方向的内表面为具有一定 半径的圆弧。内表面琢磨后，将一端封闭，由开口的一端装入 质轻而易流动的液体如酒精或氯化理，装满后再加热使液体膨 胀而排去一部分，然后将开口端封闭或用玻璃塞塞住，待液体 冷却后，管内即形成了一个被液体蒸气充塞的空间，这个空间 称为水准气泡。
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1.3 测量学的发展概况
世界测绘科学的发展（1）
世界测绘科学的发展与成熟始于17世纪。1617年开始应用 三角测量；1668年出现了放大倍数为40倍的望远镜，并普 遍应用于各种测量仪器上。法国人皮卡尔等从1669年起进 行子午线弧长测量，直到1792～1798年米申和德伦贝尔进 行了历史性的工作，把通过巴黎的子午圈的长度的四千万 分之一作为lm。德国数学家高斯在1794年提出了最小二乘 法理论，奠定了测量平差的基础。高斯又于1816～1820年 推导了横圆柱正形投影的计算公式，克吕格在1912年加以 研究改进，用于测量实际。
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S3型水准仪的构造 S3型微倾式水准仪组成，它主要由望远镜、水准器和基座三部 分。 仪器的上部有望远镜、水准管、水准管气泡观察窗、圆水准器、 目镜及物镜对光螺旋、制动螺旋、微动及微倾螺旋等。