工程测量学（李章树）（第二版）

《工程测量学》（第二版） 是根据高等学校及大中专院校、职业技术院校土木大类专业的实际需要, 结合现行工程测量规范、新技术编写的。主要内容有： 高程测量、角度测量、距离测量、测量误差基本理论、3S 技术简介、小区域控制测量、大比例尺地形图测绘、地形图的应用、施工测量的基本工作、工业与民用建筑施工测量、道路工程测量、桥梁与隧道工程测量、变形监测、航空摄影测量。
本书可作为高等学校及大中专院校、职业技术院校土木工程等土木类专业及工程管理类专业的教材, 也可以作为成人大中专、技工学校土木专业及施工单位新职工的培训用书, 还可供从事土木工程工作的管理人员、职工学习参考。

随着测绘科学技术的发展，工程测量技术已经实现了测量数据采集和处理的数字化、自动化。为更好地服务新形势下的经济建设，本教材在编写内容和要求上，以全面介绍土木工程测量为主，以现行有关规章、国家标准、行业标准为依据，对测量技术的发展和测量方法的更新如GPS 技术、GIS 技术和RS 技术，以及新型的测量仪器和设备，如全站仪、电子经纬仪、数字水准仪等内容作了相应介绍，并简单介绍了航空摄影测量的相关内容，力求体现教材的科学性、系统性，使土木建筑类专业的学生在了解当前测绘科学发展现状的基础上，能更好地结合专业及工程实际的要求，拓宽视野，开拓思路，更好地应用测绘新技术为专业服务。
党的二十大指出“推进教育数字化”。本教材以点位的确定为中心，以数字化、信息化测量为主线，以测绘基本理论、技术、方法、新仪器的使用为重点进行叙述；明确非测绘专业测量学课程的特点，力求建立由浅入深、先易后难、循序渐进的教材体系，同时又力求符合实际应用。本教材的主要内容包括： 测量学基础、水准测量、角度测量、距离测量与直线定向、测量误差的基本知识、控制测量、地形图的基本知识、地形图测绘、地形图的应用、施工测量的基本工作、工业与民用建筑中的施工测量、道路工程测量、桥梁与隧道工程测量、建筑物变形监测和竣工总平面图的编绘、3S 技术简介、航空摄影测量。
本书为土木工程专业一流本科专业建设成果。本教材由李章树和倪家明负责全书的统稿及审核工作，并编写了第1章、第2章和第6章部分内容及第15章的内容；刘蒙蒙编写了第3章部分内容；梁耀文编写了第14章的部分内容；刘琳编写了第4章和第8章的部分内容；陈维超、苏淼编写了第3章、第4章、第7章、第8章的部分内容；曾全英编写了第11章的部分内容；参编人员有黄敬林（负责第12章、第13章的部分编写任务）、孔令奇（负责第5章的编写任务) 、杨雪飞（负责第12章的部分编写任务）；张金凤（负责第2章的部分编写任务）、鲁会军（负责第3章、第4章的部分编写任务) 、杨凯（负责第2章、第9章的部分编写任务）、陈学昊（负责第10章的部分编写任务）、邹宇（负责第7章、第12章的部分编写任务）、张万志（负责第5章、第10章的部分编写任务）。向各位老师表示深深的谢意。
本教材为新形态教材，配有在线视频、在线题库等数字资源。本书设计了推荐阅读板块，帮助读者拓展专业视野；设计了在线视频，帮助读者了解仪器及其使用（坐标测量、四等水准测量、RTK 坐标测量、低空无人机摄影、闭合导线测量）；每章还配有在线题库，方便读者在线自测和教师班级管理。
由于编者的水平有限，书中难免出现不当之处，敬请读者指正。

编者
2024年4月

第1章　绪论001 
1.1　工程测量学简介001
1.1.1　工程测量学概述及任务001
1.1.2　测绘学的分类001
1.2　地面点位的表示方法002
1.2.1　地球形状和大小002
1.2.2　参考椭球体003
1.2.3　测量坐标系003
1.2.4　我国大地坐标系的建立006
1.2.5　高程006
1.3　地球曲率对测量工作的影响007
1.3.1　水准面曲率对水平距离的影响007
1.3.2　水准面曲率对水平角的影响008
1.3.3　水准面曲率对高差的影响008
1.4　测量工作概述008
1.4.1　测量的基本工作008
1.4.2　测量的基本原则009
习题009
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第2章　高程测量011 
2.1　水准测量原理011
2.1.1　水准测量的原理012
2.1.2　连续水准测量012
2.2　普通水准仪的构造与原理013
2.2.1　DS3 型微倾水准仪的构造013
2.2.2　水准尺和尺垫015
2.2.3　水准仪的使用016
2.2.4　自动安平水准仪017
2.3　水准路线测量与成果计算018
2.3.1　水准路线的拟定019
2.3.2　水准测量的外业施测021
2.3.3　水准测量的测站检核023
2.3.4　水准测量的内业计算023
2.4　三、四等水准测量027
2.4.1　观测方法027
2.4.2　计算与检核028
2.4.3　观测成果的处理029
2.5　微倾式水准仪的检验和校正030
2.5.1　微倾式水准仪的主要轴线及应满足的几何条件030
2.5.2　水准仪的检验与校正030
2.6　水准测量的误差及其消减方法033
2.7　数字水准仪简介035
2.7.1　数字水准仪的基本原理035
2.7.2　数字水准仪特点036
2.7.3　常用数字水准仪简介036
2.7.4　数字水准仪的应用038
习题039
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第3章　角度测量041 
3.1　角度测量原理041
3.1.1　水平角测量原理041
3.1.2　竖直角测量原理042
3.2　光学经纬仪042
3.2.1　照准部042
3.2.2　水平度盘043
3.2.3　基座044
3.2.4　读数设备044
3.3　电子经纬仪（全站仪） 045
3.3.1　电子经纬仪的基本构造046
3.3.2　电子经纬仪的测角原理046
3.4　经纬仪的安置和使用049
3.4.1　经纬仪的对中和整平049
3.4.2　照准目标及读数050
3.4.3　置零051
3.5　水平角测量051
3.5.1　测回法051
3.5.2　方向观测法(全圆测回法) 053
3.6　竖直角测量054
3.6.1　竖直度盘装置054
3.6.2　竖直角的观测055
3.6.3　竖直角的计算055
3.6.4　竖盘指标差056
3.7　经纬仪的检验和校正057
3.7.1　经纬仪应满足的主要条件057
3.7.2　经纬仪的检验和校正057
3.8　角度测量的误差分析061
3.8.1　仪器误差061
3.8.2　观测误差063
3.8.3　外界环境影响064
3.8.4　角度测量的注意事项064
习题065

第4章　距离测量066 
4.1　钢尺量距066
4.1.1　直线定线067
4.1.2　钢尺量距的一般方法068
4.1.3　钢尺精密量距069
4.1.4　钢尺量距的误差分析和注意事项070
4.2　视距测量071
4.2.1　视距测量原理071
4.2.2　视距测量的观测、计算072
4.2.3　视距测量误差与注意事项073
4.3　光电测距074
4.3.1　电磁波测距原理074
4.3.2　全站仪测距方法076
4.3.3　测距成果改正计算078
4.3.4　全站仪的测距误差和标称精度079
4.4　直线定向079
4.4.1　三北方向079
4.4.2　直线定向的基本方向080
4.4.3　方位角与象限角081
4.4.4　正、反坐标方位角082
4.4.5　坐标方位角的推算083
4.5　用罗盘仪测定直线的磁方位角083
4.5.1　罗盘仪083
4.5.2　磁方位角测定的注意事项084
习题084
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第5章　测量误差基本理论087 
5.1　概述087
5.1.1　测量误差产生的原因087
5.1.2　测量误差的分类088
5.2　评定精度的指标090
5.2.1　中误差090
5.2.2　极限误差091
5.2.3　相对误差091
5.3　误差传播定律092
5.3.1　倍数函数092
5.3.2　和差函数093
5.3.3　一般线性函数093
5.3.4　非线性函数094
5.4　算术平均值及其中误差095
5.4.1　算术平均值095
5.4.2　算术平均值的中误差095
5.4.3　用改正数求中误差096
5.5　加权平均值及其中误差097
5.5.1　权的概念097
5.5.2　权与中误差的关系097
5.5.3　加权平均值及其中误差098
习题099

第6章　3S 技术100 
6.1　3S 技术概述100
6.1.1　什么是3S 技术100
6.1.2　3S 技术的集成100
6.2　全球导航卫星定位系统101
6.2.1　全球导航卫星定位系统概述101
6.2.2　全球导航卫星定位系统类型101
6.2.3　全球定位技术104
6.3　遥感科学与技术109
6.3.1　遥感的概念109
6.3.2　遥感的电磁波谱110
6.3.3　遥感的信息获取111
6.4　地理信息系统113
6.4.1　地理信息系统的概念113
6.4.2　地理信息系统的含义以及空间对象的计算机表达114
6.4.3　地理信息系统的硬件构成115
6.4.4　地理信息系统的功能与软件构成117
习题120

第7章　小区域控制测量121 
7.1　控制测量概述121
7.1.1　平面控制测量121
7.1.2　高程控制测量124
7.1.3　控制测量的一般作业步骤125
7.1.4　平面控制点坐标计算基础126
7.2　导线测量128
7.2.1　导线的布设形式128
7.2.2　导线外业测量工作128
7.2.3　导线测量的内业计算129
7.2.4　以坐标为观测值的导线测量131
7.3　控制点加密136
7.3.1　前方交会136
7.3.2　后方交会137
7.3.3　测边交会139
7.4　三角高程测量140
7.4.1　三角高程测量的原理140
7.4.2　三角高程测量的基本公式141
习题142

第8章　大比例尺地形图测绘145 
8.1　地形图的基本知识145
8.1.1　地形图的比例尺146
8.1.2　比例尺精度147
8.1.3　地形图符号147
8.1.4　图廓及图廓外注记149
8.1.5　地物和地貌在地形图上的表示方法151
8.2　大比例尺地形图解析测绘方法154
8.2.1　地形图的分幅与编号154
8.2.2　大比例尺地形图的测绘工作159
8.3　大比例尺数字化测图167
8.3.1　数据采集168
8.3.2　地形图要素分类和代码168
8.3.3　地形图符号的自动绘制169
8.3.4　数字地形图编辑和输出169
8.4　地籍测量简介170
8.4.1　地籍测量的任务和作用170
8.4.2　地籍测量平面控制测量171
8.4.3　地籍调查171
8.4.4　地籍图测绘171
8.4.5　识读地籍图示列172
习题174

第9章　地形图的应用175 
9.1　地形图的基本应用175
9.1.1　量取点的坐标175
9.1.2　量测两点间的距离175
9.1.3　量测直线的坐标方位角176
9.1.4　确定地面点的高程和两点间的坡度176
9.1.5　面积量算176
9.2　地形图在工程上的应用177
9.2.1　绘制断面图177
9.2.2　按限制坡度选线177
9.2.3　确定汇水面积178
9.2.4　根据等高线整理地面178
9.2.5　体积计算179
习题181

第10章　施工测量的基本工作183 
10.1　概述183
10.1.1　施工测量概述183
10.1.2　施工测量的精度183
10.2　施工控制测量184
10.2.1　平面控制测量184
10.2.2　高程控制测量185
10.3　施工测量的基本工作185
10.3.1　测设已知水平距离185
10.3.2　测设已知水平角187
10.3.3　测设已知高程188
10.4　平面点位的测设方法189
10.4.1　直角坐标法189
10.4.2　极坐标法190
10.4.3　角度交会法190
10.4.4　距离交会法191
10.4.5　全站仪坐标测设法191
10.4.6　GPS 坐标测设法193
10.5　已知坡度线的测设194
10.5.1　水平视线法194
10.5.2　倾斜视线法194
习题195

第11章　工业与民用建筑施工测量196 
11.1　概述196
11.2　施工控制测量196
11.2.1　施工场地的平面控制测量197
11.2.2　施工场地的高程控制测量201
11.3　民用建筑施工测量202
11.3.1　施工测量前的准备工作202
11.3.2　建筑物的定位和放线204
11.3.3　建筑物的基础施工测量206
11.3.4　墙体施工测量207
11.4　工业厂房施工测量208
11.4.1　厂房矩形控制网的建立208
11.4.2　厂房柱列轴线与柱基施工测量209
11.4.3　厂房预制构件安装测量210
11.4.4　烟囱、水塔施工测量213
11.5　高层建筑施工测量214
11.5.1　外控法214
11.5.2　内控法215
11.6　建筑竣工总平面图的编绘217
11.6.1　编制竣工总平面图的目的217
11.6.2　竣工测量217
11.6.3　竣工总平面图的编绘218
习题219

第12章　道路工程测量220 
12.1　概述220
12.2　铁路勘测设计阶段的测量工作221
12.2.1　初测221
12.2.2　定测223
12.3　铁路线路施工测量238
12.3.1　线路复测238
12.3.2　护桩的设置239
12.3.3　路基边坡放样240
12.3.4　竖曲线测设242
12.4　铁路线路竣工测量243
12.5　公路工程测量243
12.5.1　公路勘测设计阶段的测量工作244
12.5.2　公路施工测量245
习题246

第13章　桥梁与隧道工程测量248 
13.1　概述248
13.2　桥梁施工控制测量248
13.2.1　桥梁平面控制测量249
13.2.2　桥梁高程控制测量251
13.3　桥梁施工放样252
13.3.1　桥梁墩、台定位放样252
13.3.2　桥梁墩、台细部施工放样255
13.3.3　桥梁架设施工测量257
13.4　桥梁变形监测257
13.5　隧道施工控制测量258
13.5.1　隧道贯通误差估算258
13.5.2　隧道洞外平面控制测量261
13.5.3　隧道洞外高程控制测量263
13.5.4　隧道洞内外联系测量263
13.5.5　隧道高程联系测量267
13.5.6　隧道洞内平面控制测量267
13.5.7　隧道洞内高程控制测量268
13.6　隧道施工测量与竣工测量269
13.6.1　隧道平面掘进时的测量工作269
13.6.2　隧道竖直面掘进方向的测量工作272
13.6.3　隧道结构物的施工放样272
13.6.4　竣工测量273
习题273

第14章　变形监测275 
14.1　变形监测的内容、目的和意义275
14.1.1　变形监测的基本概念275
14.1.2　变形监测的内容275
14.1.3　变形监测的目的和意义276
14.2　变形监测的特点和方法277
14.2.1　变形监测的特点277
14.2.2　变形监测的方法279
14.3　建筑物的变形监测281
14.3.1　变形监测网的布设281
14.3.2　建筑物的沉降观测282
14.3.3　倾斜观测286
14.3.4　建筑物的水平位移观测289
14.3.5　挠度观测289
14.3.6　裂缝观测290
14.4　变形分析与成果整理291
14.4.1　变形分析概述291
14.4.2　变形分析的一般过程292
14.4.3　观测成果的整编293
14.4.4　变形观测成果的分析294
习题295

第15章　航空摄影测量296 
15.1　摄影测量概述296
15.2　航空摄影与航摄像片296
15.2.1　航空摄影296
15.2.2　航空摄影的基本要素297
15.2.3　航空像片299
15.3　摄影测量常用坐标系介绍302
15.3.1　像空间坐标系302
15.3.2　物空间坐标系303
15.4　摄影测量内方位元素、外方位元素303
15.4.1　内方位元素304
15.4.2　外方位元素304
15.5　无人机航测外业工作304
15.5.1　无人机航测外业工作一般要求304
15.5.2　无人机航测外业工作一般流程306
15.6　无人机航测内业工作307
15.6.1　航测数据内业处理一般流程307
15.6.2　航测数据内业处理工作原理307
习题309

参考文献310