内 容 简 介

本书系统地介绍了控制测量学的基础理论与基本方法，全书共分为9章，分别从控制测量的基准、地球椭球与坐标系统的基本知识、控制网的技术设计与实施、控制测量数据处理的方法、GNSS的基础知识等方面对控制测量工作所涉及的知识进行系统的阐述。

本书由沈阳建筑大学、滁州学院、山东交通学院、南京邮电大学、大连金源勘测技术有限公司“四校一企”联合编写，充分将理论知识与生产实践相结合，偏重于理论的应用，适合作为普通高校测绘工程专业的教材，也可作为测绘工作者的参考书。

前    言

　　控制测量是测量工作中最为重要的环节之一，它直接决定着测量成果的准确性与可靠性。控制测量是一项复杂的、系统的工作，由于采用的方法和控制网所要求的等级不同，从而使控制测量工作从外业到内业都有较大的区别。所以，从理论到实践都对测绘专业的学生或测量从业者提出了较高的要求，需要深入学习与探讨。因此，历久以来，控制测量学都是测绘工程专业的一门主干课程，在专业课程体系中具有重要的地位，发挥着重要的作用。

　　本书从内容上按照控制测量工作的流程分为四大部分，共9章。第一部分为第1～3章，重点阐述控制测量工作的基本内容、控制测量的基准、地球椭球与坐标系统的基本知识；第二部分为第4～6章，详细阐述平面控制网和高程控制网的技术设计、布设与实施的方法；第三部分为第7～8章，详细阐述控制测量的计算内容与方法；第四部分为第9章，重点介绍目前控制测量的主要方法，即GNSS测量的基本知识。

　　本书由沈阳建筑大学、滁州学院、山东交通学院、南京邮电大学、大连金源勘测技术有限公司“四校一企”联合编写，将四所高校多年来控制测量学课程教学中所遇到的问题与企业生产实践中的具体要求紧密结合，使本书更具有针对性。

　　本书各章编写人员如下：

　　第1章由沈阳建筑大学王欣老师和孙立双老师共同编写；第2章由沈阳建筑大学王岩老师和王井利老师共同编写；第3章由南京邮电大学杨立君老师编写；第4章由沈阳建筑大学刘茂华老师编写；第5章由沈阳建筑大学王岩老师编写；第6章由滁州学院钱如友老师编写；第7章由滁州学院钱如友老师和王延霞老师共同编写；第8章由山东交通学院周保兴老师编写；第9章由大连金源勘测技术有限公司于树良工程师编写。

　　全书由王岩负责整体组织工作，刘茂华负责统稿工作，钱如友和周保兴负责核对工作。

　　本书在编写过程中参考了已有的相关书籍、资料、规范等，已在参考文献中详细列出，但是在网络上公开的部分高校的精品课程、网络上容易查找而无准确出处的资料等没有详细列出，谨在此对所有参考资料的作者表示衷心的感谢。

　　本书可作为普通高等院校测绘工程专业学生教材使用，也可供测量从业者阅读和参考。由于编者水平有限，本书中难免会存在错误和不足之处，敬请读者批评指正。

　　

　　编  者  

 

目    录

第1章  绪论 1

1.1  控制测量学的基本概念 1

1.1.1  控制测量学的定义与分类 1

1.1.2  控制测量学的任务与作用 1

1.2  控制网的布设方法 3

1.2.1  平面控制网的布设方法 3

1.2.2  高程控制网的布设方法 6

1.3  控制测量学的发展概况 7

1.3.1  测量技术的发展 7

1.3.2  数据计算与管理方法的发展 9

1.3.3  我国控制测量技术的发展 10

习题 11

第2章  地球椭球的基本知识 12

2.1  地球椭球的概念 12

2.1.1  大地水准面与似大地水准面 12

2.1.2  地球椭球、参考椭球和总地球

椭球 13

2.1.3  大地高、正高、正常高与垂线

偏差 14

2.2  地球椭球的基本参数及相互关系 15

2.2.1  地球椭球的基本参数 15

2.2.2  椭球参数的相互关系 17

2.3  椭球面上的计算 17

2.3.1  子午圈曲率半径的计算 18

2.3.2  卯酉圈曲率半径的计算 19

2.3.3  任意方向法截线的曲率半径 20

2.3.4  平均曲率半径及相互关系 21

2.3.5  子午线弧长的计算 21

2.3.6  平行圈弧长的计算 22

2.3.7  椭球面上梯形面积的计算 23

2.4  大地线 25

2.4.1  相对法截线 25

2.4.2  大地线的基本知识 26

习题 27

第3章  坐标系统的建立与转换 28

3.1  椭球面上的坐标系 28

3.1.1  椭球面上坐标系的建立 28

3.1.2  坐标系之间的相互关系 29

3.2  地球的运转与时间系统 31

3.2.1  地球的运转 31

3.2.2  时间系统 33

3.3  参考系的定义与分类 36

3.3.1  参考系的分类 36

3.3.2  大地测量参考框架 36

3.4  参心坐标系 37

3.4.1  参心坐标系的建立 37

3.4.2  椭球的定位与定向 37

3.4.3  大地原点的确定 39

3.4.4  代表性的参心坐标系 40

3.5  地心坐标系 42

3.5.1  地心坐标系的产生与分类 42

3.5.2  地心坐标系的建立 43

3.5.3  代表性的地心坐标系 43

3.6  站心坐标系 45

3.6.1  垂线站心直角坐标系 45

3.6.2  法线站心直角坐标系 45

3.7  坐标系统的转换 46

3.7.1  空间直角坐标系之间的转换 46

3.7.2  不同大地坐标系的转换 48

3.7.3  站心坐标系的转换 49

习题 51

第4章  控制网的技术设计 53

4.1  国家平面控制网的布设方案与原则 53

4.1.1  国家平面控制网的布设原则 53

4.1.2  国家平面控制网的布设方案 56

4.2  工程平面控制网的布设原则与方案 60

4.2.1  工程平面控制网的布设原则 60

4.2.2  工程平面控制网的布设方案 62

4.2.3  工程平面控制网的布设实例 63

4.3  平面控制网的技术设计 66

4.3.1  资料的收集与分析 66

4.3.2  控制网的图上设计 66

4.3.3  控制网的优化设计 68

4.3.4  平面控制网技术设计书的

编制 71

4.4  平面控制网的踏勘选点与标石埋设 72

4.4.1  踏勘选点 72

4.4.2  标石埋设 73

4.5  高程基准 74

4.5.1  高程基准面 74

4.5.2  水准原点 75

4.5.3  水准面的不平行性及其影响 76

4.5.4  高程系统 77

4.6  高程控制网的布设原则与方案 79

4.6.1  国家高程控制网的布设原则与

方案 80

4.6.2  城市和工程建设高程控制网的

布设 81

4.7  高程控制网的设计、选点与埋石 83

4.7.1  高程控制网的技术设计 83

4.7.2  水准路线的选择与点位的

确定 84

4.7.3  水准点标石的埋设 86

习题 87

第5章  平面控制网的布设与实施 89

5.1  全站仪的基本原理 89

5.1.1  全站仪的测角原理 89

5.1.2  全站仪的测距原理 91

5.2  电子全站仪的检验 99

5.2.1  视准轴误差的检验 99

5.2.2  水平轴误差的检验 102

5.2.3  垂直轴误差的检验 105

5.2.4  周期误差的测定 107

5.2.5  仪器常数的测定 110

5.3  水平角观测 113

5.3.1  方向观测法 114

5.3.2  测站限差要求 115

5.3.3  超限成果的取舍与重测 116

5.3.4  测站平差 117

5.3.5  分组方向观测法 117

5.4  精密测角的误差来源与注意事项 118

5.4.1  仪器误差 118

5.4.2  外界条件的影响 119

5.4.3  观测误差的影响 122

5.4.4  精密测角的基本原则 122

5.5  精密距离测量 123

5.5.1  精密距离测量的基本原则 123

5.5.2  气象改正 124

5.5.3  仪器常数误差改正 124

5.5.4  归算改正 125

5.6  精密测距的误差分析 127

5.6.1  测距误差的来源 127

5.6.2  测距精度的估算 127

5.7  偏心观测与归心改正 128

5.7.1  测站点偏心观测及归心

改正 129

5.7.2  照准点偏心观测及归心

改正 130

5.7.3  归心元素的测定 132

习题 134

第6章  高程控制网的布设与实施 135

6.1  精密水准仪与精密水准尺 135

6.1.1  精密水准仪的特点 135

6.1.2  精密水准尺的特点 136

6.1.3  自动安平精密水准仪 137

6.1.4  电子水准仪 139

6.2  精密水准仪与水准尺的检验 139

6.2.1  精密水准仪的检验 139

6.2.2  精密水准尺的检验 143

6.3  精密水准测量的实施 144

6.3.1  二等水准测量 145

6.3.2  二等水准测量的精度评定 148

6.4  精密水准测量的误差来源与

注意事项 149

6.4.1  仪器误差 150

6.4.2  自然条件的影响 152

6.4.3  观测误差 154

6.5  精密三角高程测量 155

6.5.1  三角高程测量概述 155

6.5.2  垂直角的观测与指标差的

计算 155

6.5.3  球气差的影响与测定 156

6.5.4  精密三角高程测量的精度

分析 157

6.6  跨河高程测量 158

6.6.1  跨河水准测量 158

6.6.2  GNSS跨河高程测量 165

6.7  水准测量概算 166

6.7.1  水准标尺尺长误差及改正数的

计算 168

6.7.2  水准面的不平行性及改正数的

计算 168

6.7.3  水准路线闭合差的计算 168

6.7.4  高差改正数的计算 169

习题 169

第7章  将地面观测成果归算至

高斯平面 170

7.1  将地面观测值归算至参考椭球面 170

7.1.1  水平方向观测值的归算 170

7.1.2  距离观测值的归算 172

7.2  地图投影的基本知识 173

7.2.1  地图投影的实质 174

7.2.2  地图投影的变形 174

7.2.3  地图投影的分类 175

7.3  椭球面到平面的正形投影 176

7.3.1  正形投影的特点 176

7.3.2  正形投影的一般条件 176

7.4  高斯投影 179

7.4.1  高斯投影概述 180

7.4.2  高斯投影的分带 181

7.4.3  高斯平面直角坐标系的

建立 182

7.4.4  高斯投影计算内容 183

7.4.5  高斯投影正反算与邻带

换算 184

7.5  将椭球面元素归算至高斯平面 192

7.5.1  子午线收敛角 192

7.5.2  方向改化 194

7.5.3  距离改化 197

7.6  工程控制网常用的坐标系 199

7.6.1  长度综合变形 200

7.6.2  国家统一坐标系统的

局限性 201

7.6.3  工程测量平面控制网平差

基准的选择方法 201

7.6.4  工程控制网中坐标系统的

选择 203

习题 206

第8章  工程控制网的数据处理 207

8.1  控制测量概算 207

8.1.1  概算的准备工作 207

8.1.2  观测成果化至标石中心 208

8.1.3  观测值化至椭球面 209

8.1.4  椭球面上的观测值化至高斯

平面的计算 212

8.1.5  控制网几何条件检查 212

8.1.6  资用坐标计算 214

8.2  工程控制网的条件平差 214

8.2.1  条件平差的基本数学模型 214

8.2.2  平面控制网的条件方程式 215

8.2.3  高控制网的条件方程式 222

8.2.4  水准网条件平差算例 223

8.3  工程控制网的间接平差 226

8.3.1  间接平差的数学模型 226

8.3.2  高程控制网的间接平差 227

8.3.3  平面控制网参数平差 228

习题 241

第9章  全球导航卫星系统(GNSS)的

基本知识 242

9.1  概述 242

9.2  GNSS的构成 243

9.3  GNSS卫星定位原理 245

9.3.1  伪距法定位 245

9.3.2  载波相位法定位 246

9.3.3  绝对定位 247

9.3.4  相对定位 248

9.3.5  差分定位 250

9.3.6  载波相位实时动态差分

定位(RTK) 251

9.3.7  连续运行卫星定位服务综合

系统(CORS) 251

9.4  GNSS测量的误差来源与解决方案 252

9.4.1  与卫星有关的误差 252

9.4.2  与信号传播有关的误差 253

9.4.3  与接收机有关的误差 255

9.5  GNSS测量的实施 256

9.5.1  GNSS级别划分与测量精度 256

9.5.2  网形设计与选择 257

9.5.3  GNSS网的踏勘、选点与

埋石 259

9.5.4  GNSS外业观测 261

9.6  GNSS的数据处理 263

9.6.1  数据的预处理 263

9.6.2  GNSS测量的重测和补测 264

9.6.3  基线向量解算 265

9.6.4  基线向量网的平差 266

9.6.5  坐标系统的转换 267

习题 267

 

参考文献 268