地籍測繪基礎(chǔ)

第一章緒論

§1-1測量學概論

一、測量學概念

測量學是研究測定、推算和描述地球的形狀、大小、重力場、地球表層的自然形態(tài)和人

工設(shè)施，以及集合和評價與土地和地理位置有關(guān)的信息，并利用這些信息對土地、海洋及工

程進行規(guī)劃和有效管理的理論、方法與技術(shù)。

二、地籍測量的概念

地籍測量是為獲取和表達地籍信息所進行的測繪工作。主要是測定每塊土地的位置、面

積大小，查清其類型、利用狀況，記錄其價值和權(quán)屬，據(jù)此建立土地檔案或地籍信息系統(tǒng)，

供實施土地管理工作和合理使用土地時參考。

§1-2地球的形狀和大小

測繪工作大多是在地球表面上進行的，測量基準的確定，測量成果的計算及處理都與地

球的形狀和大小有關(guān)。就整個地球表面而言，陸地面積僅占29%,而海洋面積占了71%。

因此，我們可以設(shè)想地球的整體形狀是被海水所包圍的球體，即設(shè)想將一靜止的海洋面擴展

延伸，使其穿過大陸和島嶼，形成一個封閉的曲面，如圖1-1所示。靜止的海水面稱作水準

面。由于海水受潮汐風浪等影響而時高時低，故水準面有無窮多個，其中與平均海水面相吻

合的水準面稱作大地水準面。由大地水準面所包圍的形體稱為大地體。通常用大地體來代表

地球的真實形狀和大小。

地球自然地表大夢準面N

S

圖1-1地球自然表面圖1-2旋轉(zhuǎn)橢球體

水準面的特性是處處與鉛垂線相垂直。同一水準面上各點的重力位相等，故又將水準

面稱為重力等位面，它具有幾何意義及物理意義。水準面和鉛垂線就是實際測量工作所依據(jù)

的面和線。

由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，致使地面上各點的鉛垂線方向產(chǎn)生不規(guī)則變化，所以，

大地水準面是一個不規(guī)則的無法用數(shù)學式表述的曲面，在這樣的面上是無法進行測量數(shù)據(jù)的

計算及處理的。因此人們進一步設(shè)想，用一個與大地體非常接近的又能用數(shù)學式表述的規(guī)則

球體即旋轉(zhuǎn)橢球體來代表地球的形狀。如圖1-2所示，它是由橢圓NESW繞短軸NS旋轉(zhuǎn)而

成。

§1-3地面點位置的確定

地面點的位置需用坐標和高程來確定。坐標表示地面點投影到基準面上的位置，高程表

示地面點沿投影方向到基準面的距離。根據(jù)不同的需要可以采用不同的坐標系和高程系。

一、地理坐標

當研究和測定整個地球的形狀或進行大區(qū)域的測繪工作時，可用地理坐標來確定地面

點的位置。地理坐標是一種球面坐標，視依據(jù)球體的不同而分為天文坐標和大地坐標。

二、平面直角坐標

測量工作中所用的平面直角坐標與數(shù)學上的直

角坐標基本相同，只是測量工作以X軸為縱軸，一

般表示南北方向，以y軸為橫軸一般表示東西方向，

象限為順時針編號，直線的方向都是從縱軸北端按

順時針方向度量的，如圖1-3所示。

圖1—3測量平面直角坐標系

1、獨立測區(qū)的平面直角坐標

當測區(qū)的范圍較小，能夠忽略該區(qū)地球曲率的影響而將其當作平面看待時，可在此平

面上建立獨立的直角坐標系。一般選定子午線方向為縱軸，即x軸，原點設(shè)在測區(qū)的西南角，

以避免坐標出現(xiàn)負值。測區(qū)內(nèi)任一地面點用坐標（x,y）來表示，它們與本地區(qū)統(tǒng)一坐標系

沒有必然的聯(lián)系而為獨立的平面直角坐標系。如有必要可通過與國家坐標系聯(lián)測而納入統(tǒng)一

坐標系。

2、高斯平面直角坐標系

當測區(qū)范圍較大時，要建立平面坐標系，就不能忽略地球曲率的影響，為了解決球面

與平面這對矛盾，則必須采用地圖投影的方法將球面上的大地坐標轉(zhuǎn)換為平面直角坐標。目

前我國采用的是高斯投影，高斯投影從幾何意義上看，就是假設(shè)一個橢圓柱橫套在地球橢球

體外并與橢球面上的某一條子午線相切，這條相切的子午線稱為中央子午線。假想在橢球體

中心放置一個光源，通過光線將橢球面上一定范圍內(nèi)的物象映射到橢圓柱的內(nèi)表面上，然后

將橢圓柱面沿一條母線剪開并展成平面，即獲得投影后的平面圖形，如圖1-4所示。

X

圖1一4高斯投影概念

高斯投影沒有角度變形，但有長度變形和面積變形，離中央子午線越遠，變形就越大，為

了對變形加以控制，測量中采用限制投影區(qū)域的辦法，即將投影區(qū)域限制在中央子午線兩側(cè)

一定的范圍，這就是所謂的分帶投影。

通過高斯投影，將中央子午線的投影作為縱坐標軸，用X表示，將赤道的投影作為橫

坐標軸，用y表示，兩軸的交點作為坐標原點，由此構(gòu)成的平面直角坐標系稱為高斯平面直

角坐標系。對應于每一個投影帶，就有一個獨立的高斯平面直角坐標系，區(qū)分各帶坐標系則

利用相應投影帶的帶號。

在每一投影帶內(nèi)，y坐標值有正有負，這對計算和使用均不方便，為了使y坐標都為

正值，故將縱坐標軸向西平移500km（半個投影帶的最大寬度不超過500km）,并在y坐標

前加上投影帶的帶號。

三'高程

在一般的測量工作中都以

大地水準面作為高程起算的基

準面。因此，地面任一點沿鉛垂

線方向到大地水準面的距離就

稱為該點的絕對高程或海拔，簡

稱高程，用”表示。如圖1-5所

示，圖中的父、分別表示地

面上A、B兩點的高程。

當測區(qū)附近暫沒有國家高

程點可聯(lián)測時，也可臨時假定一圖1-5地面點的高程

個水準面作為該區(qū)的高程起算

面。地面點沿鉛垂線至假定水準

面的距離，稱為該點的相對高程或假定高程。如圖1-5中的〃屋4％分別為地面上A、B兩

點的假定高程。地面上兩點之間的高程之差稱為高差，用表示。

§1-4測量工作概述

測量工作的基本任務是要確定地面點的幾何位置。確定地面點的幾何位置需要進行一

些測量的基本工作，為了保證測量成果的精度及質(zhì)量需遵循一定的測量原則。

一、測量的基本工作

如圖1-6所示，A、B、C、D、E為

地面上高低不同的一系列點，構(gòu)成空間多

邊形ABCDE,圖下方為水平面。從A、B、

C、D、E分別向水平面作鉛垂線，這些垂

線的垂足在水平面上構(gòu)成多邊形abcde,

水平面上各點就是空間相應各點的正射投

影；水平面上多邊形的各邊就是各空間斜

邊的正射投影；水平面上的角就是包含空

間兩斜邊的兩面角在水平面上的投影。地

形圖就是將地面點正射投影到水平面上后

再按一定的比例尺縮繪至圖紙上而成的。

由此看出，地形圖上各點之間的相對位置

是由水平距離￡＞、水平角￡和高差/?決定

的，若己知其中一點的坐標（x,y）和過

該點的標準方向及該點高程則可借助

D、￡和/?將其它點的坐標和高程算出。

因此，不論進行任何測量工作，在實地要

測量的基本要素都是：

1.距離（水平距離或斜距）；

2.角度（水平角和豎直角）；

3.直線的方向；

4.高程（高差）。

二、測量工作的原則

測量工作必須遵循的第一條基本原則是“從整

體到局部”，“先控制后碎部”的原則。測量工作的

目的之一是測繪地形圖，地形圖是通過測量一系列

碎部點（地物點和地貌點）的平面位置和高程，然

后按一定的比例，應用地形圖符號和注記縮繪而成。

測量工作不能一開始就測量碎部點，而是先在測區(qū)內(nèi)統(tǒng)一選擇一些起控制作用的點，將

它們的平面位置和高程精確地測量計算出來，這些點被稱作控制點，由控制點構(gòu)成的幾何圖

形稱作控制網(wǎng)，然后再根據(jù)這些控制點分別測量各自周圍的碎部點，進而繪制成圖，如圖

1-7所示的多邊形ABCDEF就是該測區(qū)的控制網(wǎng)。

第二章高程測量

§2-1高程測量概述

高程測量的目的是要獲得點的高程。通常，直接測得兩點間的高差，然后根據(jù)其中一點

的已知高程推算出另一點的高程。

進行高程測量的主要方法有水準測量和三

角高程測量。水準測量是利用水平視線來測量兩

點間的高差。由于水準測量的精度較高，所以是

高程測量中最主要的方法。三角高程測量是測量

兩點間的水平距離或斜距和豎直角（即傾斜角），

然后利用三角公式計算出兩點間的高差。三角高

程測量一般精度較低，只是在適當?shù)臈l件下才被

采用。高程測量也是按照“從整體到局部”的原

則來進行。就是先在測區(qū)內(nèi)設(shè)立一些高程控制

點，并精確測出它們的高程，然后根據(jù)這些高程

控制點測量附近其他點的高程。這些高程控制點

稱水準點。水準點一般用混凝土標石制成，頂圖2-1

部嵌有金屬或瓷質(zhì)的標志（圖2—1）。

§2-2水準測量的原理

如圖2—2中，為了求出A、B兩點的高差心8,在A、B兩個點上豎立帶有分劃的標尺

一水準尺，在A、B兩點之間安置可提供水平視線的儀器一一水準儀。當視線水平時，在

A、B兩個點的標尺上分別讀得讀數(shù)a和b,則A、B兩點的高差等于兩個標尺讀數(shù)之差。

即：

hAB=a-b（2-1）

如果A為已知高程的點，B為待求高程的點，則B點的高程為：

%=%+%（2-2）

讀數(shù)a是在已知高程點上的水準尺讀數(shù)，稱為“后視讀數(shù)”；b是在待求高程點上的水

準尺讀數(shù)，稱為“前視讀數(shù)”。高差必須是后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。高差小8的值可能是正，

也可能是負，正值表示待求點B高于已知點A,負值表示待求點B低于已知點A。此外，

高差的正負號又與測量進行的方向有關(guān)，例如圖2—2中測量由A向B進行，高差用心8表

示，其值為正；反之由B向A進行，則高差用4A表示，其值為負。所以說明高差時必須

標明高差的正負號，同時要說明測量進行的方向。

當兩點相距較遠或高差太大時，則可分段連續(xù)進行，從圖2—3中可得:

h2=a2-b2

(2-3)

圖2—3

即兩點的高差等于連續(xù)各段高差的代數(shù)和，也等于后視讀數(shù)之和減去前視讀數(shù)之和。通常要

同時用Z/2和進行計算，用來檢核計算是否有誤.

圖2—3中置儀器的點I、II、…稱為測站。立標尺的點1、2、…稱為轉(zhuǎn)點，它們在前

一測站先作為待求高程的點，然后在下一測站再作為已知高程的點，轉(zhuǎn)點起傳遞高程的作用。

轉(zhuǎn)點非常重要，轉(zhuǎn)點上產(chǎn)生的任何差錯，都會影響到以后所有點的高程。

§2-3水準儀和水準尺

水準儀是進行水準測量的主要儀器，它可以提供水準測量所必需的水平視線。目前通

用的水準儀從構(gòu)造上可分為兩大類：即利用水準管來獲得水平視線的水準管水準儀，其主要

形式稱“微傾式水準儀”；另一類是利用補償器來獲得水平視線的“自動安平水準儀”。此外,

尚有一種新型水準儀一一電子水準儀，它配合條紋編碼尺，利用數(shù)字化圖像處理的方法，可

自動顯示高程和距離，使水準測量實現(xiàn)了自動化。

我國的水準儀系列標準分為DS05、DSI、DS3和DS20四個等級。D是大地測量儀器的代

號，S是水準儀的代號，均取大和水兩個字漢語拼音的首字母。角碼的數(shù)字表示儀器的精度。

其中DS05和DSI用于精密水準測量，DS3用于一般水準測量，DS20則用于簡易水準測量。

(a)(b)

圖2-4

水準尺用優(yōu)質(zhì)木材或鋁合金制成，最常用的形狀有桿式和箱式兩種，如圖2—4,長度

分別為3m和5m。箱式尺能伸縮攜帶方便，但接合處容易產(chǎn)生誤差，桿式尺比較堅固可靠。

水準尺尺面繪有1cm或5mm黑白相間的分格，米和分米處注有數(shù)字，尺底為零。為了便于

倒像望遠鏡讀數(shù)，注的數(shù)字常倒寫。雙面水準尺是一面為黑色另一面為紅色的分劃，每兩根

為一對。兩根的黑面都以尺底為零，而紅面的尺底分別為4.687m和4.787m。利用雙面尺可

對讀數(shù)進行檢核。

尺墊是用于轉(zhuǎn)點上的一種工具，用鋼板或鑄鐵制成(圖2—5)。使用時把三個尖腳踩入土

一、DS3微傾式水準儀的構(gòu)造

圖2—6為在一般水準測量中使用較廣的DS3型微傾式水準儀，它由下列三個主要部分

組成：

望遠鏡它可以提供視線，并可讀出遠處水準尺上的讀數(shù)。

水準器用于指示儀器或視線是否處于水平位置。

基座用于置平儀器，它支承儀器的上部并能使儀器的上部在水平方向轉(zhuǎn)動。

(a)(b)

圖2—6

1物鏡、2目鏡、3調(diào)焦螺旋、4管水準器、5圓水準器、6腳螺旋

7制動螺旋、8微動螺旋、9微傾螺旋、10基座

二'DS3微傾式水準儀的使用

使用水準儀的基本作業(yè)是：在適當位置安置水準儀，整平視線后讀取水準尺上的讀數(shù)。

微傾式水準儀的操作應按下列步驟和方法進行：

1、安置水準儀

首先打開三腳架，安置三腳架要求高度適當、架頭大致水平并牢固穩(wěn)妥。然后把水準儀

用中心連接螺旋連接到三腳架上，取水準儀時必須握住儀器的堅固部位，并確認已牢固地連

結(jié)在三腳架上之后才可放手。

2、儀器的粗略整平

儀器的粗略整平是用腳螺旋使圓水準器的氣泡居中。不論圓水準器在任何位置，先用任

意兩個腳螺旋使氣泡移到通過圓水準器零點并垂直于這兩個腳螺旋連線的方向上，如圖2—

7中氣泡自a移到b,如此可使儀器在這兩個腳螺旋連線的方向處于水平位置。然后單獨用

第三個腳螺旋使氣泡居中，如此使原兩個腳螺旋連線的垂線方向亦處于水平位置，從而使整

個儀器置平。如仍有偏差可重復進行。操作時必須記住以下三條要領(lǐng)：

(1)先旋轉(zhuǎn)兩個腳螺旋，然后旋轉(zhuǎn)第三個腳螺旋；

(2)旋轉(zhuǎn)兩個腳螺旋時必須作相對地轉(zhuǎn)動，即旋轉(zhuǎn)方向應相反。

(3)氣泡移動的方向始終和左手大拇指移動的方向一致。

圖2—7

3、照準目標

用望遠鏡照準目標，必須先調(diào)節(jié)目鏡使十字絲清晰。然后利用望遠鏡上的準星從外部瞄

準水準尺，再旋轉(zhuǎn)調(diào)焦螺旋使尺像清晰，也就是使尺像落到十字絲平面上。這兩步不可顛倒。

最后用微動螺旋使十字絲豎絲照準水準尺，為了便于讀數(shù)，也可使尺像稍偏離豎絲一些。當

照準不同距離處的水準尺時，需重新調(diào)節(jié)調(diào)焦螺旋才能使尺像清晰，但十字絲可不必再調(diào)。

4、視線的精確整平

由于圓水準器的靈敏度較低，所以用圓水準器只能使水準儀粗略地整平。因此在每次讀

數(shù)前還必須用微傾螺旋使水準管氣泡符合，使視線精確整平。由于微傾螺旋旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)常在

改變望遠鏡和豎軸的關(guān)系，當望遠鏡由一個方向轉(zhuǎn)變到另一個方向時，水準管氣泡一般不再

符合。所以望遠鏡每次變動方向后，也就是在每次讀數(shù)前，都需要用微傾螺旋重新使氣泡符

合。

5、讀數(shù)

用十字絲中間的橫絲讀取水準尺的讀數(shù)。從尺上可直接讀出米、分米和厘米數(shù)，并估讀

出毫米數(shù)，所以每個讀數(shù)必須有四位數(shù)。如果某一位數(shù)是零，也必須讀出并記錄。不可省略,

如1.002m、0.007m、2.100m等。

§2-4水準測量

一、水準測量的施測方法

水準測量施測方法如圖2—8所示，圖中A為已知高程的點，B為待求高程的點。首先

在己知高程的起始點A上豎立水準尺，在測量前進方向離起點不超過200m處設(shè)立第一個轉(zhuǎn)

點Zi，必要時可放置尺墊，并豎立水準尺。在離這兩點等距離處I安置水準儀。儀器粗略整

平后，先照準起始點A上的水準尺，用微傾螺旋使氣泡符合后，讀取A點的后視讀數(shù)。然

后照準轉(zhuǎn)點Zi上的水準尺，氣泡符合后讀取Zi點的前視讀數(shù)。把讀數(shù)記入手簿，并計算出

這兩點間的高差。此后在轉(zhuǎn)點Zi處的水準尺不動，僅把尺面轉(zhuǎn)向前進方向。在A點的水準

尺和I點的水準儀則向前轉(zhuǎn)移，水準尺安置在與第一站有同樣間距的轉(zhuǎn)點Z2,而水準儀則安

置在離ZI、Z2兩轉(zhuǎn)點等距離處的測站II。按在第I站同樣的步驟和方法讀取后視讀數(shù)和前

圖2—8

觀測所得每一讀數(shù)應立即記入手簿，水準測量手簿格式見表2—1o

表2—1水準測量手簿（一）

高差

測站測點后視讀數(shù)前視讀數(shù)同程備注

+—

A2.07350.118已知A點高

I0.547

Z)1.526程=50.118

Z,1.624

110.217

z21.407

z1.678

III20.286

z31.392

z1.595

IV30.193

7A1.402

TA0.921

V0.58250.779

B1.503

27.8917.2301.2430.582

計算檢核Za—Zb=M661ZA=+0.661=+0.661

二、水準測量成果的檢核

為了保證水準測量成果的正確可靠，對水準測量的成果必須進行檢核。檢核方法有測站

檢核和水準路線檢核兩種：

1、測站檢核

為防止在一個測站上發(fā)生錯誤而導致整個水準路線結(jié)果的錯誤，可在每個測站上對觀測

結(jié)果進行檢核，方法如下：

①兩次儀器高法在每個測站上一次測得兩轉(zhuǎn)點間的高差后，改變一下水準儀的高度，

再次測量兩轉(zhuǎn)點間的高差。對于一般水準測量，當兩次所得高差之差小于5mm時可認為合

格，取其平均值作為該測站所得高差，否則應進行檢查或重測。

②雙面尺法利用雙面水準尺分別由黑面和紅面讀數(shù)得出的高差，扣除一對水準尺的常

數(shù)差后，兩個高差之差小于5mm時可認為合格，否則應進行檢查或重測。用雙面尺進行水

準測量的檢核方法詳見第八章。

2、水準路線的檢核

①附合水準路線為使測量成果得到可靠的檢核，最好把水準路線布設(shè)成附合水準路

線。對于附合水準路線，理論上在兩已知高程水準點間所測得各站高差之和應等于起迄兩水

準點間高程之差。即

Z/i="終一”起

如果它們不能相等，其差值稱為高程閉合差，用力表示。所以附合水準路線的高程閉合差

為：

力,=E〃一（“終一〃起）(2-4)

高程閉合差的大小在一定程度上反映了測量成果的質(zhì)量。

②閉合水準路線在閉合水準路線上亦可對測量成果進行檢核。對于閉合水準路線，因

為它起迄于同一個點，所以理論上全線各站高差之和應等于零。即

如果高差之和不等于零，則其差值即就是閉合水準路線的高程閉合差。即

fh=Uh(2—5)

③水準支線水準支線必須在起終點間用往返測進行檢核。理論上往返測所得高差的絕

對值應相等，但符號相反，或者是往返測高差的代數(shù)和應等于零。即

E跖=4%

如果往返測高差的代數(shù)和不等于零，其值即為水準支線的高程閉合差。即

fh=￡%+E〃往(2—6)

有時也可以用兩組并測來代替一組的往返測以加快工作進度。兩組所得高差應相等，若

不等，其差值即為水準支線的高程閉合差。故

fl,=L/?|-Z/I2(2—7)

閉合差的大小反映了測量成果的精度。在各種不同性質(zhì)的水準測量中，都規(guī)定了高程閉

合差的限值即容許高程閉合差，用6表示。一般水準測量的容許高程閉合差為：

平地居=±40兀(，加)

山地居=±12冊(〃加?)

當實際閉合差小于容許閉合差時，表示觀測精度滿足要求，否則應對外業(yè)資料進行檢

查，甚至返工重測.

三、閉合差的分配和高程的計算

當實際的高程閉合差在容許值以內(nèi)時，可把閉合差分配到各測段的高差上。顯然，高

程測量的誤差是隨水準路線的長度或測站數(shù)的增加而增加，所以分配的原則是把閉合差以相

反的符號根據(jù)各測段路線的長度或測站數(shù)按比例分配到各測段的高差上。故各測段高差的改

正數(shù)為：

(2-9)

或

(2-10)

式中L；和均分別為各測段路線之長和測站數(shù);

EL和分別為水準路線總長和測站總數(shù)。

第三章角度測量

§3-1角度測量原理

為確定一點的空間位置，角度是需要測量的基本要素之一，所以角度測量是一種基本的

測量工作。角度可分為水平角和豎直角。水平角是指從空間一點出發(fā)的兩個方向在水平面上

的投影所夾的角度；而豎直角是指某一方向與其在同一鉛垂面內(nèi)的水平線所夾的角度。

如圖3—1所示：設(shè)有從O點出發(fā)的OA、0B兩條方向線，分別過OA、0B的兩個鉛

垂面與水平面H的交線和所夾的Naoh,即為OA、0B間的水平角8。由于ob是水

平線，且與0B在同一鉛垂面內(nèi)，所以/Bob即為0B的豎直角a。

如果在0點水平放置一個度盤，且度盤的刻劃中心與0點重合，則兩投影方向、ob

在度盤上的讀數(shù)之差即為OA與0B間的水平角值。同樣的，在0B鉛垂面內(nèi)放置一個豎直

度盤，也使0點與度盤刻劃中心重合，則0B和0b在豎直度盤上的讀數(shù)之差即為0B的豎

直角值。

實際上，水平度盤并不一定要放在過0的水平面內(nèi)，而是可以放在任意水平面內(nèi)，但

其刻劃中心必須與過0的鉛垂線重合。因為只有這樣，才可根據(jù)兩方向讀數(shù)之差求出其水

平角值。同理；豎直度盤也不一定要在所測方向的鉛垂面內(nèi)，只要位于與其平行的鉛垂面內(nèi)，

且使刻劃中心位于過0點且垂直于該鉛垂面的直線上即可。

由于豎直角是由傾斜方向與在同一鉛垂面內(nèi)的水平線構(gòu)成的，而傾斜方向可能向上，也

可能向下，所以豎直角要冠以符號。如果向上傾斜規(guī)定為正角，用“十”號表示，而向下傾

斜規(guī)定為負角，用“一”號表示。

§3-2經(jīng)緯儀的構(gòu)造

經(jīng)緯儀是測量角度的儀器，它雖也兼有其他功能，但主要是用來測角。根據(jù)測角精度的

不同，我國的經(jīng)緯儀系列分為DJ07、DJI、DJ2、DJ6、DJ30等幾個等級。D和J分別是大地

測量和經(jīng)緯儀兩詞漢語拼音的首字母，角碼注字是它的精度指標。

根據(jù)上節(jié)所述的測角原理，經(jīng)緯儀的構(gòu)造必須具有以下一些裝置：

(1)對中整平裝置用以將度盤中心(即儀器中心)安置在過所測角度頂點的鉛垂線上，并

使度盤處于水平位置。

(2)照準裝置要有一個望遠鏡以照準目標，即建立方向線。且望遠鏡可上下旋轉(zhuǎn)形成

一個鉛垂面，以保證照準同一鉛垂面上的不同目標時，其在水平面上的投影位置不變。它也

可以水平旋轉(zhuǎn)，以保證不在同一鉛垂面上的目標，在水平面上有不同的投影位置。

(3)讀數(shù)裝置用以讀取在照準某一方向時水平度盤和豎宜度盤的讀數(shù)。

經(jīng)緯儀中目前最常用的是DJ6和DX級光學經(jīng)緯儀。圖3-2是DJ6級光學經(jīng)緯儀的外

貌，圖3-3是DJ2級光學經(jīng)緯儀的外貌。

(a)(b)

1一物鏡；2一豎直度盤：3一豎盤指標水準管微動螺旋；4一圓水準器：5—照準部微動螺旋：6一照準部制

動扳鈕；7—水準管反光鏡；8一豎盤指標水準管；9一度盤照明反光鏡；10—測微輪；II—水平度盤；

12—基座；13—望遠鏡調(diào)焦筒；4一目鏡；15一讀數(shù)顯微鏡目鏡；16—照準部水準管：17一復測扳手；

18一腳螺旋；19—望遠鏡制動扳鈕；20—望遠鏡微動螺旋；21一軸座固定螺旋。

圖3-2

§3-3水平角測量方法

一、經(jīng)緯儀的安置

在測量角度以前，首先要把經(jīng)緯儀安置在設(shè)置有地面標志的測站上。所謂測站。即是所

測角度的頂點。安置工作包括對中、整平兩項。

1、對中

在安置儀器以前，首先將三腳架打開，抽出架腿，并旋緊架腿的固定螺旋。然后將三個

架腿安置在以測站為中心的等邊三角形的角頂上。這時架頭平面即約略水平，且中心與地面

點約略在同一鉛垂線上。

從儀器箱中取出儀器，用附于三腳架頭上的連結(jié)螺旋，將儀器與三腳架固連在一起，然

后即可精確對中。

2、整平

經(jīng)緯儀整平的目的，乃是使豎軸居于鉛垂位置。整平時要先用腳螺旋使圓水準氣泡居中，

以粗略整平，再用管水準器精確整平。

由于位于照準部上的管水準器只有一個，如圖3—3(a)所示，可以先使它與一對腳螺旋

連線的方向平行,然后雙手以相同速度相反方向旋轉(zhuǎn)這兩個腳螺旋，使管水準器的氣泡居中。

再將照準部平轉(zhuǎn)90°,用另外一個腳螺旋使氣泡居中。這樣反復進行，直至管水準器在任

一方向上氣泡都居中為止。在整平后還需檢查光學對中器是否偏移。如果偏移，則重復上述

操作方法，直至水準氣泡居中，對中器對中為止。

(a)(b)

圖3-3

二、測回法測水平角

當所測的角度只有兩個方向時.，通常都用測回法觀測。如圖3—4所示，欲測OA、OB

兩方向之間的水平角/AOB時，在角頂O安置儀器，在A、B處設(shè)立觀測標志。經(jīng)過對中、

整平以后，即可按下述步驟觀測。

1、將復測扳手扳向上方。松開照準部及望遠鏡的制動螺旋。利用望遠鏡上的粗瞄器，

以盤左（豎盤在望遠鏡視線方向的左側(cè)時稱盤左）粗略照準左方目標A。關(guān)緊照準部及望遠鏡

的制動螺旋,再用微動螺旋精確照準目標，同時需要注意消除視差及盡可能照準目標的下部。

對于細的目標，宜用單絲照準，使單絲平分目標像；而對于粗的目標，則宜用雙絲照準，使

目標像平分雙絲，以提高照準的精度。最后讀取該方向上的讀數(shù)a充。

2、松開照準部及望遠鏡的制動螺旋，順時針方向轉(zhuǎn)動照準部，粗略照準右方目標B。

再關(guān)緊制動螺旋，用微動螺旋精確照準，并讀取該方向上的水平度盤讀數(shù)星。盤左所得角

值即為：△左=。左一源。以上稱為上半測回。

3、將望遠鏡縱轉(zhuǎn)180°,改為盤右。重新照準右方目標B,并讀取水平度盤讀數(shù)〃右。

然后順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動照準部，照準左方目標A。讀取水平度盤讀數(shù)a右，則盤右所

得角值/?右=a右-線;。以上稱為下半個測回。兩個半測回角值之差不超過規(guī)定限值時，取

盤左盤右所得角值的平均值尸二篷笠1,即為一測回的角值。根據(jù)測角精度的要求，可

以測多個測回而取其平均值，作為最后成果。觀測結(jié)果應及時記入手簿，并進行計算，看是

否滿足精度要求。

手簿的格式如表3—1所示。

表3-1測回法觀測手簿

日期儀器型號觀測

天氣儀器編號記錄

水平度盤讀數(shù)水平角值平均角值

測站測點盤位備注

Of〃O/"o，H

1234567

A1184700A

左723600

B1912300

O7236100B

B112320

右723620B

A2984700

值得注意的是：上下兩個半測回所得角值之差，應滿足有關(guān)測量規(guī)范規(guī)定的限差，對于

DJG級經(jīng)緯儀，限差一般為30"或40"。

兩個方向相交可形成兩個角度，計算角值時始終應以右邊方向的讀數(shù)減去左邊方向的讀

數(shù)。如果右方向讀數(shù)小于左方向讀數(shù)，則應先加360°后再減，例如表3—1中夕右=11°23'

20"+360°-298°47'00"=72°36'20"。若用298°47'00"-11°23'20"=287°

23'40",所得的則是NAOB的外角。所以測得的是哪個角度與照準部的轉(zhuǎn)動方向無關(guān)，

與先測哪個方向也無關(guān)，而是取決于用哪個方向的讀數(shù)減去哪個方向的讀數(shù)。在下半測回時,

仍要順時針轉(zhuǎn)動照準部，是為了消減度盤帶動誤差的影響。

三、方向觀測法測水平角

當在一個測站上需觀測多個方向時，宜采用這種方法，因為可以簡化外業(yè)工作。它的直

接觀測結(jié)果是各個方向相對于起始方向的水平角值,也稱為方向值。相鄰方向的方向值之差,

就是它的水平角值。

如圖3—5所示，設(shè)在O點有OA、OB、OC、OD四個方向，其觀測步驟為：

圖3-5

1,在O點安置儀器，對中、整平。

2、選擇一個距離適中且影像清晰的方向作為起始方向，設(shè)為0A。

3、盤左照準A點，并安置水平度盤讀數(shù)，使其稍大于0°,用測微器讀取兩次讀數(shù)。

4、以順時針方向依次照準B、C、D諸點。最后再照準A,稱為歸零。在每次照準時,

都用測微器讀取兩次讀數(shù)。以上稱為上半測回。

5、倒轉(zhuǎn)望遠鏡改為盤右，以逆時針方向依次照準A、D、C、B、A,每次照準時，也

是用測微器讀取兩次讀數(shù)。這稱為下半測回，上下兩個半測回構(gòu)成一個測回。

6、如需觀測多個測回時，為了消減度盤刻度不勻的誤差，每個測回都要改變度盤的位

置，即在照準起始方向時，改變度盤的安置讀數(shù)。為使讀數(shù)在圓周及測微器上均勻分布，如

用DL級儀器作精密測角時，則各測回起始方向的安置讀數(shù)依下式計算：

/?=^^(z-l)+10,(z-l)+600V,1

(3-1)

nn2

式中〃一一總測回數(shù)；

i一一該測回序數(shù)。

每次讀數(shù)后，應及時記入手簿。手簿的格式如表3—2所示:

表3—2方向法觀測手簿

日期儀器型號觀測

天氣儀器編號記錄

水平盤讀數(shù)左-右左+右

測測方向值

盤左盤右(2c)2備注

站點

O/〃fiO/ifO1"Ot〃

123456789101112

601504

A6015002401512-1200000

601506

B10151542815200-61015157413653

C17143183514330-1217143241112820

0

D31336061333612-631336092532105

A6015002401506-6601503

△左=0△右=-6

表中4、7兩欄橫線上下分別為盤左、盤右時的兩次測微器讀數(shù)。5、8兩欄為兩次讀數(shù)

的平均值。第9欄為同一方向上盤左盤右讀數(shù)之差，名為2c,意思是二倍的照準差，它是

由于視線不垂直于橫軸的誤差引起的。因為盤左、盤右照準同一目標時的讀數(shù)相差180°,

所以2c=L-（H-180。）。第10欄是盤左盤右的平均值，在取平均值時，也是盤右讀數(shù)減

去180°后再與盤左讀數(shù)平均。起始方向經(jīng)過了兩次照準，要取兩次結(jié)果的平均值作為結(jié)果。

從各個方向的盤左盤右平均值中減去起始方向兩次結(jié)果的平均值，即得各個方向的方向值。

為避免錯誤及保證測角的精度，對各項操作都規(guī)定了限差。規(guī)定的各項限差如表3-3

所示：

表3—3方向觀測法的限差

儀器光學測微器兩次各測回同方向2c各測回同一方向

半測回歸零差

型號重合讀數(shù)之差值互差值互差

DJ]1"6"9"6"

〃

DJ23"8"13〃10

皿618"24〃

§3-4豎直角測量的方法

一、豎盤的構(gòu)造

為測豎直角而設(shè)置的豎直度盤（簡稱豎盤）固定安置于望遠鏡旋轉(zhuǎn)軸（橫軸）的一端，其刻

劃中心與橫軸的旋轉(zhuǎn)中心重合。所以在望遠鏡作豎直方向旋轉(zhuǎn)時，度盤也隨之轉(zhuǎn)動。另外有

一個固定的豎盤指標，以指示豎盤轉(zhuǎn)動在不同位置時的讀數(shù)，這與水平度盤是不同的。

豎直度盤的刻劃也是在全圓周上刻為360。，但注字的方式有順時針及逆時針兩種。通

常在望遠鏡方向上注以0°及180°,如圖3—6所示。在視線水平時，指標所指的讀數(shù)為

90°或270。。豎盤讀數(shù)也是通過一系列光學組件傳至讀數(shù)顯微鏡內(nèi)讀取。

圖3-6

二、豎直角的觀測方法

由豎直角的定義已知，它是傾斜視線與在同一鉛垂面內(nèi)的水平視線所夾的角度。由于水

平視線的讀數(shù)是固定的，所以只要讀出傾斜視線的豎盤讀數(shù)，即可求算出豎直角值。但為了

消除儀器誤差的影響，同樣需要用盤左、盤右觀測。其具體觀測步驟為：

1.在測站上安置儀器，對中，整平。

2.以盤左照準目標，如果是指標帶水準器的儀器，必須用指標微動螺旋使水準器氣泡

居中，然后讀取豎盤讀數(shù)L,這稱為上半測回。

3.將望遠鏡倒轉(zhuǎn)，以盤右用同樣方法照準同一目標，使指標水準器氣泡居中后，讀取

豎盤讀數(shù)R,這稱為下半測回。

三、豎直角的計算

豎直角的計算方法，因豎盤刻劃的方式不同而異。但現(xiàn)在已逐漸統(tǒng)一為全圓分度，順時

針增加注字，且在視線水平時的豎盤讀數(shù)為90?！，F(xiàn)以這種刻劃方式的豎盤為例，說明豎

直角的計算方法、如遇其他方式的刻劃，可以根據(jù)同樣的方法推導其計算公式。

圖3-7

如圖3—7所示，當在盤左位置且視線水平時，豎盤的讀數(shù)為90°(圖中(a)),如照準高

處一點A(圖中(b)),則視線向上傾斜，得讀數(shù)L。按前述的規(guī)定，豎直角應為“+”值，所

以盤左時的豎直角應為：

a,.=90°-L(3-2)

當在盤右位置且視線水平時，豎盤讀數(shù)為270。(圖中(c)),在照準高處的同一點A時(圖

中(d)),得讀數(shù)R。則豎直角應為：

劭.=R—270°(3-3)

取盤左、盤右的平均值，即為一個測回的豎直角值，即

a左+a右R—L,~\80°

"2--(3-4)

如果測多個測回，則取各個測回的平均值作為最后成果。

觀測結(jié)果應及時記入手簿，手簿的格式如表3-4所示：

表3—4豎直角觀測手簿

日期儀器型號觀測

天氣儀器編號記錄

豎盤度數(shù)豎直角平均角值

測站測點盤位備注

off/

左800520+95440

0A+95430

右2795420+95420

第四章距離測量

距離是確定地面點位置的基本要素之一。測量上要求的距離是指兩點間的水平距離（簡

稱平距），如圖4-1中，A'B'的長度就代表了地面點A、B之間的水平距離。若測得的是傾

斜距離（簡稱斜距），還須將其改算為平距。水平距離測量的方法很多，按所用測距工具的

不同，測量距離的方法有一般有鋼尺量距、光電測距、全站儀測距等。

IH水平面

圖47兩點間的水平距離

§4-1鋼尺量距

顧名思義，鋼尺量距就是利用具有標準長度的鋼尺直接量測兩點間的距離。

普通鋼卷帶尺，尺寬10~15mm,長度有20m、30m和50m數(shù)種，卷放在圓形盒或金屬

架上，鋼尺的分劃有幾種，有以厘米為基本分劃的，適用于一般量距；有的則在尺端第一分

米內(nèi)刻有毫米分劃；也有將整尺都刻出毫米分劃的；后兩種適用于精密量距。較精密的鋼尺,

制造時有規(guī)定的溫度及拉力，如在尺端刻有“30m、20C、100N”字樣。它表示在檢定該鋼

尺時的溫度為20攝氏度，拉力為100牛頓，30m為鋼尺刻線的最大注記值，通常稱之為名

義長度。

鋼尺量距的輔助工具有測釬、花桿、垂球、彈簧秤和溫度計。

圖4-2普通鋼卷帶尺

§4-2光電測距

與鋼尺量距的繁煩和視距測量的低精度相比，電磁波測距具有測程長、精度高、操作簡

便、自動化程度高的特點。

光電測距是通過測量光波在待測距離上往返一次所經(jīng)歷的時間，來確定兩點之間的距

離。如圖4-2所示，在A點安置測距儀，在B點安置反射棱鏡，測距儀發(fā)射的調(diào)制光波到

達反射棱鏡后又返回到測距儀。設(shè)光速c為己知，如果調(diào)制光波在待測距離D上的往返傳

播時間為則距離。為

§4—3全站儀簡介

全站型電子速測儀是由電子測角、電子測距、電子計算和數(shù)據(jù)存儲等單元組成的三維

坐標測量系統(tǒng)，能自動顯示測量結(jié)果，能與外圍設(shè)備交換信息的多功能測量儀器。由于儀器

較完善地實現(xiàn)了測量和處理過程的電子一體化，所以人們通常稱之為全站型電子速測儀

(ElectronicTotalStation)或簡稱全站儀。

一、全站儀的基本構(gòu)造

全站型電子速測儀是由電子測角、電子測距、電子計算和數(shù)據(jù)存儲等單元組成的三維

坐標測量系統(tǒng)，能自動顯示測量結(jié)果，能與外圍設(shè)備交換信息的多功能測量儀器。由于儀器

較完善地實現(xiàn)了測量和處理過程的電子一體化，所以人們通常稱之為全站型電子速測儀

(ElectronicTotalStation)或簡稱全站儀。圖4-3是NTS-355全站儀的基本結(jié)構(gòu)。

全站儀由以下兩大部分組成：

1)采集數(shù)據(jù)設(shè)備：主要有電子測角系統(tǒng)、電子測距系統(tǒng)、還有自動補償設(shè)備等。

2)微處理器：微處理器是全站儀的核心裝置，主要由中央處理器，隨機儲存器和只讀存

儲器等構(gòu)成,測量時，微處理器根據(jù)鍵盤或程序的指令控制各分系統(tǒng)的測量工作，進行必要的

邏輯和數(shù)值運算以及數(shù)字存儲、處理、管理、傳輸、顯示等。

通過上述兩大部分有機結(jié)合，才真正地體現(xiàn)“全站”功能，既能自動完成數(shù)據(jù)采集，又

能自動處理數(shù)據(jù)，使整個測量過程工作有序、快速、準確地進行。

1

1.手柄；2.手柄固緊螺絲;3.電池盒M電池盒按鈕；5.物鏡;6.物鏡調(diào)焦螺旋；7.目鏡調(diào)焦燥

旋；8.光學照準器；9.望遠鏡制動螺旋;10.望遠鏡微動螺旋；11.管水準器；12.管水推器校正螺

絲；13.水平制動螺旋；14.水平微動螺旋；15.光學對中器物鏡調(diào)焦螺旋；16.光學對中器目鏡調(diào)

焦螺旋；17.屏幕；18.電源開關(guān)鍵；19.通信接口；20.圓水準器;21.軸套鎖定鈕;22.腳螺旋;

23.CE-203通信電纜

圖4-3NTS-355全站儀

二、全站儀操作和使用

1、儀器安置

儀器安置包括對中與整平，其方法與光學儀器相同。它有光學對中器，TPS700還有激光

對中器，使用十分方便。儀器有雙軸補償器，整平后氣泡略有偏離，對觀測并無影響。采用

電子水準儀安平更方便、精確。

2、開機和設(shè)置

開機后儀器進行自檢，自檢通過后，顯示主菜單。測量工作中進行的一系列相關(guān)設(shè)置，

全站儀除了廠家進行的固定設(shè)置外，主要包括以下內(nèi)容：

1）各種觀測量單位與小數(shù)點位數(shù)的設(shè)置:包括距離單位、角度單位及氣象參數(shù)單位等；

2）指標差與視準差的存儲；

3）測距儀常數(shù)的設(shè)置,包括加常數(shù)、乘常數(shù)以及棱鏡常數(shù)設(shè)置；

4）標題信息、測站標題信息、觀測信息根據(jù)實際測量作業(yè)的需要,如導線測量、交點

放線、地形測量等不同作業(yè)建立相應的電子記錄文件。主要包括建立標題信息、測站標題信

息、觀測信息等。標題信息內(nèi)容包括測量信息、操作員、儀器型號等。測站標題信息。儀器

安置好后，應在氣壓或溫度輸入模式下設(shè)置當時的氣壓和溫度。在輸入測站點號后，可直接

用數(shù)字鍵輸入測站點的坐標，或者從存貯卡中的數(shù)據(jù)文件直接調(diào)用。3、角度距離坐標測量

在標準測量狀態(tài)下，角度測量模式、斜距測量模式、平距測量模式、坐標測量模式之間可互

相切換，全站儀精確照準目標后，通過不同測量模式之間的切換，可得到所需要的觀測值。

全站儀均備有操作手冊，要全面掌握它的功能和使用，使其先進性得到充分的發(fā)揮，應

詳細閱讀操作手冊。

第五章直線方向的測量

§5-1直線定向

確定直線方向的工作簡稱直線定向。為了確定地面點的平面位置，不但要已知直線的長

度，并且要已知直線的方向。直線的方向也是確定地面點位置的基本要素之一，所以直線方

向的測量也是基本的測量工作。確定直線方向首先要有一個共同的基本方向，此外要有一定

的方法來確定直線與基本方向之間的角度關(guān)系。

一、直線定向的基本方向

作為直線定向用的基本方向有下列三種。

1、真子午線方向

過地球上某點及地球的北極和南極的半個大圓稱為該點的真子午線(如下圖5-l)o真子

午線方向指出地面上某點的真北和真南方向。真子午線方向要用天文觀測方法、陀螺經(jīng)緯儀

和GPS來測定o

2、磁子午線方向\

過地球上某點及地球南北磁極的半個大圓稱為該&猿\

點的磁子午線。所以自由旋轉(zhuǎn)的磁針靜止下來所指的用體]

方向，就是磁子午線方向。磁子午線方向可用羅盤來確定。(卜!

3、坐標縱軸方向、y

不同點的真子午線方向或磁子午線方向都是不平行的,

這使直線方向的計算很不方便。

二'確定直線方向的方法

確定直線方向就是確定直線和基本方向之間的角度關(guān)系，有下面兩種方法：

1、方位角

由基本方向的指北端起，按順時針方向量到直線的水平角為該直線的方位角(Azimuth),

用A表示?所以方位角的定義域為[0°,360°),如圖5-4中01、02、03和04的方位角分

別為A】、A?、A3和

“XNm

Am

%；hl

AJ-：F

圖5-4圖5-5

確定一條直線的方位角，首先要在直線的起點做出基本方向（圖5-5）。如果以真子午線

方向作為基本方向，那么得出的方位角稱真方位角，用A表示；如果以磁子午線方向為基

本方向，則其方位角稱為磁方位角，用Am表示；如果以坐標縱軸方向為基本方向，則其角

稱為坐標方位角，用a表示。

2、象限角

直線與基本方向構(gòu)成的銳角稱為直線的象限角。