工程測(cè)量學(xué)（李章樹）（第二版）

《工程測(cè)量學(xué)》（第二版） 是根據(jù)高等學(xué)校及大中專院校、職業(yè)技術(shù)院校土木大類專業(yè)的實(shí)際需要, 結(jié)合現(xiàn)行工程測(cè)量規(guī)范、新技術(shù)編寫的。主要內(nèi)容有： 高程測(cè)量、角度測(cè)量、距離測(cè)量、測(cè)量誤差基本理論、3S 技術(shù)簡(jiǎn)介、小區(qū)域控制測(cè)量、大比例尺地形圖測(cè)繪、地形圖的應(yīng)用、施工測(cè)量的基本工作、工業(yè)與民用建筑施工測(cè)量、道路工程測(cè)量、橋梁與隧道工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、航空攝影測(cè)量。
本書可作為高等學(xué)校及大中專院校、職業(yè)技術(shù)院校土木工程等土木類專業(yè)及工程管理類專業(yè)的教材, 也可以作為成人大中專、技工學(xué)校土木專業(yè)及施工單位新職工的培訓(xùn)用書, 還可供從事土木工程工作的管理人員、職工學(xué)習(xí)參考。

隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程測(cè)量技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)采集和處理的數(shù)字化、自動(dòng)化。為更好地服務(wù)新形勢(shì)下的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，本教材在編寫內(nèi)容和要求上，以全面介紹土木工程測(cè)量為主，以現(xiàn)行有關(guān)規(guī)章、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和測(cè)量方法的更新如GPS 技術(shù)、GIS 技術(shù)和RS 技術(shù)，以及新型的測(cè)量?jī)x器和設(shè)備，如全站儀、電子經(jīng)緯儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀等內(nèi)容作了相應(yīng)介紹，并簡(jiǎn)單介紹了航空攝影測(cè)量的相關(guān)內(nèi)容，力求體現(xiàn)教材的科學(xué)性、系統(tǒng)性，使土木建筑類專業(yè)的學(xué)生在了解當(dāng)前測(cè)繪科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，能更好地結(jié)合專業(yè)及工程實(shí)際的要求，拓寬視野，開拓思路，更好地應(yīng)用測(cè)繪新技術(shù)為專業(yè)服務(wù)。
黨的二十大指出“推進(jìn)教育數(shù)字化”。本教材以點(diǎn)位的確定為中心，以數(shù)字化、信息化測(cè)量為主線，以測(cè)繪基本理論、技術(shù)、方法、新儀器的使用為重點(diǎn)進(jìn)行敘述；明確非測(cè)繪專業(yè)測(cè)量學(xué)課程的特點(diǎn)，力求建立由淺入深、先易后難、循序漸進(jìn)的教材體系，同時(shí)又力求符合實(shí)際應(yīng)用。本教材的主要內(nèi)容包括： 測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)、水準(zhǔn)測(cè)量、角度測(cè)量、距離測(cè)量與直線定向、測(cè)量誤差的基本知識(shí)、控制測(cè)量、地形圖的基本知識(shí)、地形圖測(cè)繪、地形圖的應(yīng)用、施工測(cè)量的基本工作、工業(yè)與民用建筑中的施工測(cè)量、道路工程測(cè)量、橋梁與隧道工程測(cè)量、建筑物變形監(jiān)測(cè)和竣工總平面圖的編繪、3S 技術(shù)簡(jiǎn)介、航空攝影測(cè)量。
本書為土木工程專業(yè)一流本科專業(yè)建設(shè)成果。本教材由李章樹和倪家明負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿及審核工作，并編寫了第1章、第2章和第6章部分內(nèi)容及第15章的內(nèi)容；劉蒙蒙編寫了第3章部分內(nèi)容；梁耀文編寫了第14章的部分內(nèi)容；劉琳編寫了第4章和第8章的部分內(nèi)容；陳維超、蘇淼編寫了第3章、第4章、第7章、第8章的部分內(nèi)容；曾全英編寫了第11章的部分內(nèi)容；參編人員有黃敬林（負(fù)責(zé)第12章、第13章的部分編寫任務(wù)）、孔令奇（負(fù)責(zé)第5章的編寫任務(wù)) 、楊雪飛（負(fù)責(zé)第12章的部分編寫任務(wù)）；張金鳳（負(fù)責(zé)第2章的部分編寫任務(wù)）、魯會(huì)軍（負(fù)責(zé)第3章、第4章的部分編寫任務(wù)) 、楊凱（負(fù)責(zé)第2章、第9章的部分編寫任務(wù)）、陳學(xué)昊（負(fù)責(zé)第10章的部分編寫任務(wù)）、鄒宇（負(fù)責(zé)第7章、第12章的部分編寫任務(wù)）、張萬(wàn)志（負(fù)責(zé)第5章、第10章的部分編寫任務(wù)）。向各位老師表示深深的謝意。
本教材為新形態(tài)教材，配有在線視頻、在線題庫(kù)等數(shù)字資源。本書設(shè)計(jì)了推薦閱讀板塊，幫助讀者拓展專業(yè)視野；設(shè)計(jì)了在線視頻，幫助讀者了解儀器及其使用（坐標(biāo)測(cè)量、四等水準(zhǔn)測(cè)量、RTK 坐標(biāo)測(cè)量、低空無(wú)人機(jī)攝影、閉合導(dǎo)線測(cè)量）；每章還配有在線題庫(kù)，方便讀者在線自測(cè)和教師班級(jí)管理。
由于編者的水平有限，書中難免出現(xiàn)不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者指正。

編者
2024年4月

第1章　緒論001 
1.1　工程測(cè)量學(xué)簡(jiǎn)介001
1.1.1　工程測(cè)量學(xué)概述及任務(wù)001
1.1.2　測(cè)繪學(xué)的分類001
1.2　地面點(diǎn)位的表示方法002
1.2.1　地球形狀和大小002
1.2.2　參考橢球體003
1.2.3　測(cè)量坐標(biāo)系003
1.2.4　我國(guó)大地坐標(biāo)系的建立006
1.2.5　高程006
1.3　地球曲率對(duì)測(cè)量工作的影響007
1.3.1　水準(zhǔn)面曲率對(duì)水平距離的影響007
1.3.2　水準(zhǔn)面曲率對(duì)水平角的影響008
1.3.3　水準(zhǔn)面曲率對(duì)高差的影響008
1.4　測(cè)量工作概述008
1.4.1　測(cè)量的基本工作008
1.4.2　測(cè)量的基本原則009
習(xí)題009
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第2章　高程測(cè)量011 
2.1　水準(zhǔn)測(cè)量原理011
2.1.1　水準(zhǔn)測(cè)量的原理012
2.1.2　連續(xù)水準(zhǔn)測(cè)量012
2.2　普通水準(zhǔn)儀的構(gòu)造與原理013
2.2.1　DS3 型微傾水準(zhǔn)儀的構(gòu)造013
2.2.2　水準(zhǔn)尺和尺墊015
2.2.3　水準(zhǔn)儀的使用016
2.2.4　自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀017
2.3　水準(zhǔn)路線測(cè)量與成果計(jì)算018
2.3.1　水準(zhǔn)路線的擬定019
2.3.2　水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)施測(cè)021
2.3.3　水準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)站檢核023
2.3.4　水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算023
2.4　三、四等水準(zhǔn)測(cè)量027
2.4.1　觀測(cè)方法027
2.4.2　計(jì)算與檢核028
2.4.3　觀測(cè)成果的處理029
2.5　微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)和校正030
2.5.1　微傾式水準(zhǔn)儀的主要軸線及應(yīng)滿足的幾何條件030
2.5.2　水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正030
2.6　水準(zhǔn)測(cè)量的誤差及其消減方法033
2.7　數(shù)字水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介035
2.7.1　數(shù)字水準(zhǔn)儀的基本原理035
2.7.2　數(shù)字水準(zhǔn)儀特點(diǎn)036
2.7.3　常用數(shù)字水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介036
2.7.4　數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用038
習(xí)題039
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第3章　角度測(cè)量041 
3.1　角度測(cè)量原理041
3.1.1　水平角測(cè)量原理041
3.1.2　豎直角測(cè)量原理042
3.2　光學(xué)經(jīng)緯儀042
3.2.1　照準(zhǔn)部042
3.2.2　水平度盤043
3.2.3　基座044
3.2.4　讀數(shù)設(shè)備044
3.3　電子經(jīng)緯儀（全站儀） 045
3.3.1　電子經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造046
3.3.2　電子經(jīng)緯儀的測(cè)角原理046
3.4　經(jīng)緯儀的安置和使用049
3.4.1　經(jīng)緯儀的對(duì)中和整平049
3.4.2　照準(zhǔn)目標(biāo)及讀數(shù)050
3.4.3　置零051
3.5　水平角測(cè)量051
3.5.1　測(cè)回法051
3.5.2　方向觀測(cè)法(全圓測(cè)回法) 053
3.6　豎直角測(cè)量054
3.6.1　豎直度盤裝置054
3.6.2　豎直角的觀測(cè)055
3.6.3　豎直角的計(jì)算055
3.6.4　豎盤指標(biāo)差056
3.7　經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正057
3.7.1　經(jīng)緯儀應(yīng)滿足的主要條件057
3.7.2　經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正057
3.8　角度測(cè)量的誤差分析061
3.8.1　儀器誤差061
3.8.2　觀測(cè)誤差063
3.8.3　外界環(huán)境影響064
3.8.4　角度測(cè)量的注意事項(xiàng)064
習(xí)題065

第4章　距離測(cè)量066 
4.1　鋼尺量距066
4.1.1　直線定線067
4.1.2　鋼尺量距的一般方法068
4.1.3　鋼尺精密量距069
4.1.4　鋼尺量距的誤差分析和注意事項(xiàng)070
4.2　視距測(cè)量071
4.2.1　視距測(cè)量原理071
4.2.2　視距測(cè)量的觀測(cè)、計(jì)算072
4.2.3　視距測(cè)量誤差與注意事項(xiàng)073
4.3　光電測(cè)距074
4.3.1　電磁波測(cè)距原理074
4.3.2　全站儀測(cè)距方法076
4.3.3　測(cè)距成果改正計(jì)算078
4.3.4　全站儀的測(cè)距誤差和標(biāo)稱精度079
4.4　直線定向079
4.4.1　三北方向079
4.4.2　直線定向的基本方向080
4.4.3　方位角與象限角081
4.4.4　正、反坐標(biāo)方位角082
4.4.5　坐標(biāo)方位角的推算083
4.5　用羅盤儀測(cè)定直線的磁方位角083
4.5.1　羅盤儀083
4.5.2　磁方位角測(cè)定的注意事項(xiàng)084
習(xí)題084
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第5章　測(cè)量誤差基本理論087 
5.1　概述087
5.1.1　測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因087
5.1.2　測(cè)量誤差的分類088
5.2　評(píng)定精度的指標(biāo)090
5.2.1　中誤差090
5.2.2　極限誤差091
5.2.3　相對(duì)誤差091
5.3　誤差傳播定律092
5.3.1　倍數(shù)函數(shù)092
5.3.2　和差函數(shù)093
5.3.3　一般線性函數(shù)093
5.3.4　非線性函數(shù)094
5.4　算術(shù)平均值及其中誤差095
5.4.1　算術(shù)平均值095
5.4.2　算術(shù)平均值的中誤差095
5.4.3　用改正數(shù)求中誤差096
5.5　加權(quán)平均值及其中誤差097
5.5.1　權(quán)的概念097
5.5.2　權(quán)與中誤差的關(guān)系097
5.5.3　加權(quán)平均值及其中誤差098
習(xí)題099

第6章　3S 技術(shù)100 
6.1　3S 技術(shù)概述100
6.1.1　什么是3S 技術(shù)100
6.1.2　3S 技術(shù)的集成100
6.2　全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)101
6.2.1　全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)概述101
6.2.2　全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)類型101
6.2.3　全球定位技術(shù)104
6.3　遙感科學(xué)與技術(shù)109
6.3.1　遙感的概念109
6.3.2　遙感的電磁波譜110
6.3.3　遙感的信息獲取111
6.4　地理信息系統(tǒng)113
6.4.1　地理信息系統(tǒng)的概念113
6.4.2　地理信息系統(tǒng)的含義以及空間對(duì)象的計(jì)算機(jī)表達(dá)114
6.4.3　地理信息系統(tǒng)的硬件構(gòu)成115
6.4.4　地理信息系統(tǒng)的功能與軟件構(gòu)成117
習(xí)題120

第7章　小區(qū)域控制測(cè)量121 
7.1　控制測(cè)量概述121
7.1.1　平面控制測(cè)量121
7.1.2　高程控制測(cè)量124
7.1.3　控制測(cè)量的一般作業(yè)步驟125
7.1.4　平面控制點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算基礎(chǔ)126
7.2　導(dǎo)線測(cè)量128
7.2.1　導(dǎo)線的布設(shè)形式128
7.2.2　導(dǎo)線外業(yè)測(cè)量工作128
7.2.3　導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算129
7.2.4　以坐標(biāo)為觀測(cè)值的導(dǎo)線測(cè)量131
7.3　控制點(diǎn)加密136
7.3.1　前方交會(huì)136
7.3.2　后方交會(huì)137
7.3.3　測(cè)邊交會(huì)139
7.4　三角高程測(cè)量140
7.4.1　三角高程測(cè)量的原理140
7.4.2　三角高程測(cè)量的基本公式141
習(xí)題142

第8章　大比例尺地形圖測(cè)繪145 
8.1　地形圖的基本知識(shí)145
8.1.1　地形圖的比例尺146
8.1.2　比例尺精度147
8.1.3　地形圖符號(hào)147
8.1.4　圖廓及圖廓外注記149
8.1.5　地物和地貌在地形圖上的表示方法151
8.2　大比例尺地形圖解析測(cè)繪方法154
8.2.1　地形圖的分幅與編號(hào)154
8.2.2　大比例尺地形圖的測(cè)繪工作159
8.3　大比例尺數(shù)字化測(cè)圖167
8.3.1　數(shù)據(jù)采集168
8.3.2　地形圖要素分類和代碼168
8.3.3　地形圖符號(hào)的自動(dòng)繪制169
8.3.4　數(shù)字地形圖編輯和輸出169
8.4　地籍測(cè)量簡(jiǎn)介170
8.4.1　地籍測(cè)量的任務(wù)和作用170
8.4.2　地籍測(cè)量平面控制測(cè)量171
8.4.3　地籍調(diào)查171
8.4.4　地籍圖測(cè)繪171
8.4.5　識(shí)讀地籍圖示列172
習(xí)題174

第9章　地形圖的應(yīng)用175 
9.1　地形圖的基本應(yīng)用175
9.1.1　量取點(diǎn)的坐標(biāo)175
9.1.2　量測(cè)兩點(diǎn)間的距離175
9.1.3　量測(cè)直線的坐標(biāo)方位角176
9.1.4　確定地面點(diǎn)的高程和兩點(diǎn)間的坡度176
9.1.5　面積量算176
9.2　地形圖在工程上的應(yīng)用177
9.2.1　繪制斷面圖177
9.2.2　按限制坡度選線177
9.2.3　確定匯水面積178
9.2.4　根據(jù)等高線整理地面178
9.2.5　體積計(jì)算179
習(xí)題181

第10章　施工測(cè)量的基本工作183 
10.1　概述183
10.1.1　施工測(cè)量概述183
10.1.2　施工測(cè)量的精度183
10.2　施工控制測(cè)量184
10.2.1　平面控制測(cè)量184
10.2.2　高程控制測(cè)量185
10.3　施工測(cè)量的基本工作185
10.3.1　測(cè)設(shè)已知水平距離185
10.3.2　測(cè)設(shè)已知水平角187
10.3.3　測(cè)設(shè)已知高程188
10.4　平面點(diǎn)位的測(cè)設(shè)方法189
10.4.1　直角坐標(biāo)法189
10.4.2　極坐標(biāo)法190
10.4.3　角度交會(huì)法190
10.4.4　距離交會(huì)法191
10.4.5　全站儀坐標(biāo)測(cè)設(shè)法191
10.4.6　GPS 坐標(biāo)測(cè)設(shè)法193
10.5　已知坡度線的測(cè)設(shè)194
10.5.1　水平視線法194
10.5.2　傾斜視線法194
習(xí)題195

第11章　工業(yè)與民用建筑施工測(cè)量196 
11.1　概述196
11.2　施工控制測(cè)量196
11.2.1　施工場(chǎng)地的平面控制測(cè)量197
11.2.2　施工場(chǎng)地的高程控制測(cè)量201
11.3　民用建筑施工測(cè)量202
11.3.1　施工測(cè)量前的準(zhǔn)備工作202
11.3.2　建筑物的定位和放線204
11.3.3　建筑物的基礎(chǔ)施工測(cè)量206
11.3.4　墻體施工測(cè)量207
11.4　工業(yè)廠房施工測(cè)量208
11.4.1　廠房矩形控制網(wǎng)的建立208
11.4.2　廠房柱列軸線與柱基施工測(cè)量209
11.4.3　廠房預(yù)制構(gòu)件安裝測(cè)量210
11.4.4　煙囪、水塔施工測(cè)量213
11.5　高層建筑施工測(cè)量214
11.5.1　外控法214
11.5.2　內(nèi)控法215
11.6　建筑竣工總平面圖的編繪217
11.6.1　編制竣工總平面圖的目的217
11.6.2　竣工測(cè)量217
11.6.3　竣工總平面圖的編繪218
習(xí)題219

第12章　道路工程測(cè)量220 
12.1　概述220
12.2　鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的測(cè)量工作221
12.2.1　初測(cè)221
12.2.2　定測(cè)223
12.3　鐵路線路施工測(cè)量238
12.3.1　線路復(fù)測(cè)238
12.3.2　護(hù)樁的設(shè)置239
12.3.3　路基邊坡放樣240
12.3.4　豎曲線測(cè)設(shè)242
12.4　鐵路線路竣工測(cè)量243
12.5　公路工程測(cè)量243
12.5.1　公路勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的測(cè)量工作244
12.5.2　公路施工測(cè)量245
習(xí)題246

第13章　橋梁與隧道工程測(cè)量248 
13.1　概述248
13.2　橋梁施工控制測(cè)量248
13.2.1　橋梁平面控制測(cè)量249
13.2.2　橋梁高程控制測(cè)量251
13.3　橋梁施工放樣252
13.3.1　橋梁墩、臺(tái)定位放樣252
13.3.2　橋梁墩、臺(tái)細(xì)部施工放樣255
13.3.3　橋梁架設(shè)施工測(cè)量257
13.4　橋梁變形監(jiān)測(cè)257
13.5　隧道施工控制測(cè)量258
13.5.1　隧道貫通誤差估算258
13.5.2　隧道洞外平面控制測(cè)量261
13.5.3　隧道洞外高程控制測(cè)量263
13.5.4　隧道洞內(nèi)外聯(lián)系測(cè)量263
13.5.5　隧道高程聯(lián)系測(cè)量267
13.5.6　隧道洞內(nèi)平面控制測(cè)量267
13.5.7　隧道洞內(nèi)高程控制測(cè)量268
13.6　隧道施工測(cè)量與竣工測(cè)量269
13.6.1　隧道平面掘進(jìn)時(shí)的測(cè)量工作269
13.6.2　隧道豎直面掘進(jìn)方向的測(cè)量工作272
13.6.3　隧道結(jié)構(gòu)物的施工放樣272
13.6.4　竣工測(cè)量273
習(xí)題273

第14章　變形監(jiān)測(cè)275 
14.1　變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、目的和意義275
14.1.1　變形監(jiān)測(cè)的基本概念275
14.1.2　變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容275
14.1.3　變形監(jiān)測(cè)的目的和意義276
14.2　變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)和方法277
14.2.1　變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)277
14.2.2　變形監(jiān)測(cè)的方法279
14.3　建筑物的變形監(jiān)測(cè)281
14.3.1　變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)281
14.3.2　建筑物的沉降觀測(cè)282
14.3.3　傾斜觀測(cè)286
14.3.4　建筑物的水平位移觀測(cè)289
14.3.5　撓度觀測(cè)289
14.3.6　裂縫觀測(cè)290
14.4　變形分析與成果整理291
14.4.1　變形分析概述291
14.4.2　變形分析的一般過(guò)程292
14.4.3　觀測(cè)成果的整編293
14.4.4　變形觀測(cè)成果的分析294
習(xí)題295

第15章　航空攝影測(cè)量296 
15.1　攝影測(cè)量概述296
15.2　航空攝影與航攝像片296
15.2.1　航空攝影296
15.2.2　航空攝影的基本要素297
15.2.3　航空像片299
15.3　攝影測(cè)量常用坐標(biāo)系介紹302
15.3.1　像空間坐標(biāo)系302
15.3.2　物空間坐標(biāo)系303
15.4　攝影測(cè)量?jī)?nèi)方位元素、外方位元素303
15.4.1　內(nèi)方位元素304
15.4.2　外方位元素304
15.5　無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)工作304
15.5.1　無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)工作一般要求304
15.5.2　無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)工作一般流程306
15.6　無(wú)人機(jī)航測(cè)內(nèi)業(yè)工作307
15.6.1　航測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理一般流程307
15.6.2　航測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理工作原理307
習(xí)題309

參考文獻(xiàn)310