数字地形测量学教案测.docx
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数字地形测量学教案测
*****学院
教案
（2017～2018学年第二学期）
2018年2月
《数字地形测量学》
课程介绍与教学总体设计
一、课程性质与作用
1.课程性质
学科基础课，总学时72，其中课堂教学52学时、实验20学时，学分4.5分。
2.课程地位与作用
（1）是后续课程的学习基础（后续课程：
误差理论与测量平差基础、大地测量学基础、工程测量学、地籍测量、房产测绘、矿山测量等。
基础表现在：
原理方法、技能、测绘思路）。
（2）本课程的基本内容是做好测绘工作或测绘项目的必备基础。
（3）本课程内容是部分学校考研的内容。
（4）本课程学习有助于培养测绘思路，提高测绘能力。
二、教材与参考资料
1．教材
潘正风等主编，数字地形测量学，武汉：
武汉大学出版社，2015。
2.参考资料
（1）杨晓明等主编，数字测图，北京：
测绘出版社，2009。
（2）《1：
500、1：
1000、1：
2000地形图图示》（GB／T20257.1—2007）
（3）《数字地形图系列和基本要求》
（4）《工程测量规范》（GB／T50026—2007）
（5）相关期刊
三、课程特点、学习方法与要求
1.课程特点
（1）包含了测绘工作的基础知识、原理和方法，是后续学习、工作的基础。
（2）内容较多：
测量学基本原理、误差理论、仪器使用、作业方法、基本计算等。
（3）实践性强、责任心高、团结互助、必须遵照测量的规程、规范。
2.学习方法与要求
（1）思想重视。
就是体现出“态度端正、要求严格、持之以恒”。
（2）行动自觉。
就是做到“不缺勤、认真听、勤思考、独立做、善总结”。
（3）方法正确。
①注意各章节间的联系；透彻理解概念；牢固掌握基本原理、技术方法和技术要求；
②做到理论与实践并重，通过课堂学习、实验、课后复习，巩固理论、提高动手能力；
③学习完一章内容或每次实验后，一定要自己总结，从中提炼出原理、方法步骤、技术要求及注意事项，培养测绘工作思路；
④同学们要主动学习、带作问题学习，多想、多问、多练，独立完成每次作业、认真编写实验报告；
⑤学习过程中，要注重培养提高自学能力、协调沟通能力、组织管理能力。
四、教学总目标
（1）使学生掌握测量学的基本理论、基本方法；
（2）培养学生“测、记、算、绘”能力；
（3）训练学生测绘工作的基本思路与方法；
（4）较扎实的掌握测量学基础理论和基本实践能力，为后续课程学习奠定基础。
五、教学手段和教学方法
1.教学手段
（1）多媒体、板书、录像、图片、示范并举。
（2）针对仪器结构与使用、数字地形测绘等内容，采用多媒体结合录像、图片，讲授。
（3）板书讲授主要针对重点和难点内容，涉及计算、推导内容，主要有水准路线计算、导线计算、误差传播定律等。
（4）示范教学主要针对测绘仪器使用，通过实物介绍、实验前操作示范等，使学生了解仪器操作与使用，加强实践和动手能力。
2.教学方法
在课程教学过程中，要从以下几点引导学生：
（1）理论与实践并重，注意各章节知识的联系；
（2）课堂教学注重原理、方法和技术要求；实践环节，要培养学生积极动手、认真思考和提高仪器操作能力；
（3）测绘工作是人与仪器结合、采用相应的技术方法、遵守相关技术规程，生产测绘产品的过程。
培养学生的“敬业精神、创新思维、规范意识”；
（4）尽量与实践结合，联系具体测绘项目，培养学生分析问题和解决问题的综合能力。
六、成绩评定
本课程的“总评成绩”由“平时成绩”和“期末成绩”构成，用百分制按式
（1）评定总评成绩。
总评成绩=平时成绩×40%+期末成绩×60%
（1）
其中，平时成绩由“作业成绩”、“实验成绩”组成，用百分制计算，课堂表现和出勤率作为参考。
平时成绩式
（2）计算：
平时成绩=作业成绩×50%+实验成绩×50%
（2）
第1部分绪论（4学时）
一、学习目的与要求
1.掌握测量学的定义、学科分类、研究的内容与任务。
2.了解测量学科的历史、发展现状与趋势。
3.掌握坐标系统基础知识及地面点定位的概念。
4.了解高程系统概念，掌握水准面与水平面的关系。
5.明确测量工作的基本概念和理解测量工作的基本原则。
二、课程内容与知识点
1.测绘学研究的对象，测绘学的分科，现代测绘学的发展现状，在国民经济及工程建设中的作用。
2.地球形状和大小，水准面的特性，参考椭球面。
3.确定点位的概念。
点的平面位置和高程位置。
4.测量中常用的坐标系统，坐标系间的坐标转换。
天文坐标（λ，φ），大地坐标（L，B），空间直角坐标（X，Y，Z），高斯平面直角坐标（x，y），独立平面直角坐标（x，y）。
高斯投影中计算带号的公式：
计算中央子午线的公式：
5.地面点的高程。
1985年国家黄海高程基准。
高程与高差的关系：
6.用水平面代替水准面的限度。
对距离的影响：
对水平角的影响：
对高差的影响：
7.测量工作的基本概念
测量工作的原则：
从整体，到局部；先控制，后碎部；步步检核。
测量工作的内容：
地形图测绘，施工测量。
三、学时
本章总学时4（理论学时6，实践学时0）。
四、习题与思考题
1.何谓大地水准面我国的大地水准面是怎样定义的它在测量工作中起何作用
2.参考椭球和地球总椭球有何区别
3.测量中常用的坐标系有几种各有何特点不同坐标系间如何转换坐标
4.北京某点的大地经度为116o20′，试计算它所在的六度带和三度带带号，相应六度带和三度带的中央子午线的经度是多少
5.什么叫绝对高程什么叫相对高程两点间的高差如何计算
6.什么是测量中的基准线与基准面在实际测量中如何与基准线与基准面建立联系什么是测量计算与制图的基准线与基准面
7.测量工作的基本原则是什么那些是基本工作
第2部分水准测量（10学时）
一、学习目的与要求
学习目的
掌握水准测量的相关知识，做好水准测量实施前的技术准备，通过水准测量的实验，达到独立操作水准仪，完成多个测站水准测量的观测、检核、成果整理所必须具备的实践能力。
学习要求
1.深刻理解水准测量的原理和高程传递要领。
2.清楚水准仪的构造，及其主要轴线的关系。
3.掌握水准仪的操作要领，能够完成水准测量中的观测、检核、记录、计算，及水准测量路线的成果计算。
4.认识精密水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪。
5.清楚水准仪的检验与校正方法
6.了解引起水准测量误差的因素，及相应的消除、削弱这些误差的方法。
二、课程内容与知识点
1.水准测量原理。
高差法：
前视与后视、仪高法、视线高、转点的概念。
公式：
2.水准仪及其使用
DS3微倾式水准仪的构造、内对光望远镜成像原理、望远镜放大率、水准管零点、水准器的分划值。
视准轴、水准管轴、圆水准器轴、仪器竖轴满足条件；水准管轴平行于望远镜视准轴，圆水准器轴平行于仪器竖轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴。
水准仪操作步骤：
立尺，置架，粗平，照准，精平，读数，记录，搬站。
视差及其消除方法。
水准尺：
塔尺，单面尺，双面尺及尺常数。
尺垫。
3.精密水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪的构造及使用。
4.水准测量实施
水准点：
永久性水准点。
临时性水准点。
水准路线：
附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。
水准网，水准结点。
普通水准测量的一般要求，施测程序。
公式：
测站检核方法：
双仪高法，双尺面法。
公式：
水准测量成果整理：
高差闭合差的计算检核、高差改正数的计算、高差改正数的分配原则。
5.DS3水准仪的检验与校正
水准仪轴线应满足的条件：
圆水准器轴平行于仪器竖轴，水准管轴平行于望远镜视准轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴。
圆水准器轴的检验校正；
水准管轴的检验校正；
十字丝中横丝的检验校正。
6.水准测量误差
仪器及工具误差：
视准轴与水准管轴不的误差平行，望远镜对光时调焦透镜运行的误差，水准尺的误差。
观测误差：
水准管气泡居中的误差?
，估读水准尺的误差mV，水准尺倾斜的误差?
b。
公式：
外界条件的影响：
地球曲率的影响，大气折光的影响f，仪器升沉的影响，尺垫下沉的影响，温度变化对视准轴与水准管轴夹角的影响。
公式：
三、学时
本章理论教学6学时，实践学时4（两次实验：
DS3水准仪使用；等外水准测量，每个实验2学时），本章总学时10。
四、习题与思考题
1.设A为后视点，B为前视点，A点的高程是20.123m.当后视读数为1.456m,前视读数为1.579m,问A、B两点的高差是多少?
B、A两点的高差又是多少绘图说明B点比A点高还是低?
B点的高程是多少?
2.何为视准轴?
何为视差?
产生视差的原因是什么?
怎样消除视差?
3.水准仪上圆水准器与管水准器的作用有何不同?
，何为水准器分划值
4.转点在水准测量中起到什么作用
5.水准仪有哪些主要轴线它们之间应满足什么条件什么是主条件为什么
6.水准测量时要求选择一定的路线进行施测，其目的何在
7.水准测量时，前、后视距相等可消除那些误差
8.试述水准测量中的计算校核方法。
9.水准测量中的测站检核有那几种如何进行
10.数字水准仪主要有那些特点
11.将图中的水准测量数据填入表中，A、B两点为已知高程点HA=23.456m，HB=25.080m，计算并调整高差闭合差，最后求出各点高程。
测站
测点
水准尺读数
实测高差
/m
高差改正数
/mm
改正后高差
/m
高程
/m
后视（a）
前视（b）
Ⅰ
BMA
1
Ⅱ
1
2
Ⅲ
2
3
Ⅳ
3
BMB
计算
检核
Σ
12.设A、B两点相距80m，水准仪安置于中点C，测得A尺上的读数a1为1.321m，B尺上的读数b1为1.117m,仪器搬到B点附近,又测得B尺上读数b2为1.466m,A尺读数为a2为1.695m。
试问水准管轴是否平行于视准轴如不平行，应如何校正
13.试分析水准尺倾斜误差对水准尺读数的影响，并推导出其计算公式。
14.调整如图所示的闭合水准测量路线的观测成果，并求出各点高程，HI=48.966m。
第3部分角度测量（10学时）
一、学习目的与要求
学习目的
认识经纬仪的组成及用途，清楚角度测量原理，掌握测角方法。
通过实验，达到独立操作经纬仪，完成水平角、竖直角的观测、检核、成果整理所必须具备的实践能力。
学习要求
1.理解水平角及竖直角测角原理
2.认识清楚光学经纬仪的构造及相应的读数系统。
3.清楚经纬仪的主要轴线及其之间的关系。
4.掌握经纬仪的操作要领。
5.学会用测回法测水平角，竖直角，计算竖盘指标差。
6.了解测角误差的来源、性质及消除、削弱误差的对策。
二、课程内容与知识点
1.角度测量原理
水平角的定义，水平角的测量原理。
竖直角的定义，仰角，俯角。
竖直角的测量原理。
公式：
水平角?
?
?
?
b–a0
?
?
?
?
2.经纬仪及角度测量
DJ6级光学经纬仪的构造：
照准部，水平度盘，基座。
视准轴、水准管轴、横轴、仪器竖轴。
满足条件：
水准管轴垂直于仪器竖轴，望远镜视准轴垂直于横轴，横轴垂直于仪器竖轴；圆水准器轴平行于仪器竖轴，十字丝竖丝垂直于仪器横轴。
分微尺测微装置，度盘格值，复测机构，读数方法。
光学经纬仪使用操作步骤：
对中，整平，瞄准（消除视差），读数，记录。
水平角观测（测回法）：
安置仪器，盘左观测、盘右观测，方向读数。
半测回角值。
公式：
方向观测法：
技术要求。
竖直角观测：
竖盘部分：
竖盘，竖盘指标，竖盘指标水准管，竖盘指标水准管微倾螺旋。
盘左、盘右读数规律。
竖直角计算公式：
?
左?
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L?
或?
左?
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L?
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右?
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R?
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R?
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<|?
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|
竖盘指标差：
3.经纬仪的检验与校正
经纬仪应满足的条件。
照准部水准管轴的检验校正。
望远镜十字丝纵丝的检验校正。
望远镜视准轴的检验校正。
照准部横轴的检验校正。
竖盘指标差的检验校正。
光学对中器的检验校正。
4.电子经纬仪与光学经纬仪的区别
读数系统：
编码度盘，光栅度盘，格区式度盘。
5.水平角测量误差
仪器误差：
仪器校正后的残余误差。
照准部偏心差、度盘刻划误差。
观测误差：
对中误差。
标杆倾斜误差，照准误差，读数误差。
外界条件影响。
三、学时
本章理论教学6学时，实践学时4（两次实验：
DJ6经纬仪使用；水平角与竖直角测量，每个实验2学时），本章总学时10。
四、习题与思考题
1.分别说明水准仪和经纬仪的安置步骤，并指出它们的区别。
2.什么是水平角经纬仪为何能测水平角
3.什么是竖直角观测水平角和竖直角有哪些相同点和不同点
4.对中、整平的目的是什么如何进行若用光学对中器应如何对中
5.计算表中水平角观测数据。
测站
竖盘位置
目标
水平盘读数
o′″
半测回角值
o′″
一测回角值
o′″
各测回平均角值
o′″
I测回
O
左
A
0o36′24″
B
108o12′36″
右
A
180o37′00″
B
288o12′54″
II测回
O
左
A
90o10′00″
B
197o45′42″
右
A
270o09′48″
B
17o46′06″
6.经纬仪上的复测板手和度盘位置变换手轮作用是什么若将水平度盘起始读数设定为0o00′00″，应如何操作
7.简述测回法观测水平角的操作步骤
8.水平角方向观测中的2c是何含义为何要计算2c，并检核其互差。
9.计算表中方向观测阿水平角观测成果。
测站
测
回
数
目
标
水平度盘读数
2c=左-（右±180o）
″
平均读数=[左+（右±180o）]/2
归零后方向值
o′″
各测回归零方向值的平均值
o′″
各测回方向间的水平角
o′″
盘左读数
o′″
盘右读数
o′″
O
1
A
00236
1800236
B
702336
2502342
C
D
A
2281924
2541754
00230
281930
741754
1800236
2
A
900312
2700312
B
1602406
3402354
C
D
A
3182000
3441830
900318
1381954
1641824
2700312
10.何谓竖盘指标差如何计算、检核和校正竖盘指标差
11.整理表中竖角观测记录。
测站
目标
竖盘位置
竖盘读数
o′″
竖直角
o′″
指标差
″
平均竖直角
备注
O
M
左
75o30′04″
顺时针注记
右
284o30′17″
N
左
101o17′23″
右
258o42′50″
12.经纬仪上有哪些主要轴线它们之间应满足什么条件为什么
13.角度观测为什么要用盘左、盘右观测能否消除因竖轴倾斜引起的水平角测量误差
14.望远镜视准轴应垂直于横轴的目的是什么如何检验
15.经纬仪横轴为何要垂直与仪器竖轴如何检验
16.试述经纬仪竖盘指标自动归零的原理。
17.电子经纬仪主要特点有哪些它与光学经纬仪的根本区别是什么
18.电子经纬仪的测角系统主要有哪几种其中关键的技术有哪些
19.简述动态电子测角系统中，为何有粗测和精测之分
第4部分距离测量与直线定向（4学时）
一、学习目的与要求
学习目的
认识距离测量设备的组成部分及其用途，清楚距离测量原理，掌握距离测量方法。
通过实验，达到独立操作仪器设备，完成水平距离的测量、检核、成果整理所必须具备的实践能力。
建立直线定向的概念，能够熟练地进行方位角的有关运算。
学习要求
1.认识距离丈量工具，了解钢尺量距的一般方法和精密方法，学会量距成果的整理。
了解钢尺检定的方法。
2.清楚视距测量的原理，掌握用视距测量的方法进行水平距离和高差的测定。
3.了解光电测距仪相位法测距原理，初步掌握用光电测距仪测量距离的方法。
4.认识全站仪，清楚全站仪使用过程。
5.清楚标准方向的建立，方位角之间的关系，方位角的推算。
6.了解距离测量过程中的误差影响及其防止、消除、削弱误差的方法。
二、课程内容与知识点
1.钢尺量距
丈量工具：
钢尺、测钎、垂球、标杆。
直线定线：
在两点间定线、两点延长线上定线。
一般精度量距方法：
前尺手，后尺手。
标点、定点、对点、持平投点。
往测、返测。
相对误差，相对成果。
公式：
2.钢尺的精密量距
量距工具：
钢尺、弹簧秤、温度计、经纬仪、水准仪等。
量距过程：
清理现场，经纬仪定线，概量，钉尺段桩，标十字线，尺段丈量。
尺段高差测定。
尺段计算：
尺长改正、温度改正、倾斜改正、全长计算。
3.钢尺检定
尺长方程式与钢尺检定的方法。
钢尺量距的误差分析
钢尺误差：
尺长误差，检定误差。
观测误差：
定线误差、拉力误差、倾斜误差、对点及投点误差。
外界条件影响：
垂曲反垂曲误差，温度误差，风力影响。
丈量注意事项。
4.视距测量
视距测量的原理，视准轴水平、视准轴倾斜。
公式：
观测方法和步骤。
视距常数测定，视距测量误差分析。
掌握用视距测量的方法进行水平距离和高差的测定。
5.红外光电测距仪
电磁波测距仪的分类：
光电测距仪、微波测距仪。
光电测距仪：
普通光源测距仪、激光测距仪、红外测距仪。
光电测距原理：
相位式测距原理。
公式：
ND3000型红外测距仪的工作过程，测距边长改正计算。
6.全站仪及其使用
全站仪的组成，SOKKIASET510全站仪的介绍，SOKKIASET510全站仪的操作。
7.直线定向
三北方向：
真北、轴北、磁北、子午线收敛角、磁偏角。
关系公式：
方位角的概念，标准方向线，真方位角。
坐标方位角。
磁方位角。
磁偏角与子午线收敛角，不同方位角之间的关系。
公式：
坐标方位角的推算公式：
三、学时
本章理论教学4学时，无实践学时，本章总学时4。
四、习题与思考题
1.某钢尺名义长为30m，经检定实长为29.998m，检定温度为摄氏20oC，检定时的拉力为100N，用该钢尺丈量某段距离得300m，丈量时的温度为摄氏35o，拉力为100N，两点高差为0.95m，求水平距离。
2.如何衡量距离测量精度用钢尺丈量了AB、CD两段距离，AB的往测值为307.82m，返测值为307.72m，CD的往测值为102.34m，返测值为102.44m，问两段距离丈量的精度是否相同?
哪段精度高?
第5部分测量误差基本知识（6学时）
一、学习目的与要求
学习目的
测量工作除了要提供可靠的成果外，还需要对测量成果的精度进行描述。
学习本章内容就是为了客观、准确地对成果的精度进行评定和分析。
掌握测量误差及数据处理的基本知识，做好测量实施前的技术准备，达到限制测量误差，处理测量数据，提高观测成果的精密度、准确度和置信度具有重要的意义。
学习要求
1.了解系统误差、偶然误差的特征和相应处理方法。
2.能够运用误差传播定律计算观测值函数的中误差。
3.掌握算术平均值、带权平均值及其中误差的计算。
4.学会运用真误差、似真差计算中误差评定观测值的精度。
5.了解最小二乘法原理。
二、课程内容与知识点
1.测量与误差
观测与观测值的分类，误差的定义，测量误差来源，测量误差种类。
真值，观测值，真差。
系统误差极其特性，处理系统误差的方法。
粗差及其防止。
2.偶然误差及其特性，概率密度函数。
处理偶然误差的方法。
公式：
3.衡量观测值精度的指标
中误差及其含义，取值范围。
似真差求中误差公式及其证明。
极限误差，相对误差。
公式：
4.误差传播定律
线性函数及其中误差。
独立观测值。
倍数函数及其中误差。
和差函数及其中误差。
利用和差函数证明算数平均值中误差公式。
列函数式应注意的问题：
观测值之间应相互独立，注意区分倍函数与和函数。
三角形闭合差的中误差，用三角形闭合差求测角中误差。
公式：
5.同精度直接观测
似真值、最或然值。
似真差极其特性。
公式：
精度评定
公式：
6.不同精度直接观测
权的概念、定义及性质。
测量中常用到的确定权的方法。
不同精度观测值的最或然值：
加权算数平均值。
不同精度直接观测的精度评定。
带权平均值。
权。
带权平均值中误差。
单位权中误差。
公式：
[Pv]=0
7.最小二乘法及其应用
最小二乘原理，最小二乘原理的应用。
8.测量精度分析示例
水准测量的精度。
水平角测量的精度。
距离丈量的精度。
公式：
Σh=h1+h2+…+hn
三、学时
本章理论教学6学时，无实践学时，本章总学时8。
四、习题与思考题
1.系统误差与偶然误差有什么不同偶然误差具有哪些特性
2.在测角中用正、倒镜观测；水准测量中使前后视距相等。
这些都能消除什么误差
3.什么是中误差为什么中误差能作为衡量精度的指标
4.为什么说观测次数越多，其平均值越接近真值理论依据是什么
5.绝对误差和相对误差分别在什么情况下使用
6.误差传播公式中mz，m1，m2等各代表什么
7.有函数z1=x1+x2，z2=2x3，若存在m1=m2=m3，且x1，x2，x3均独立，问mz1与与mz2的值是否相同，说明原因。
8.函数z=z1+z2，其中z1=x-2y，x和y相互独立，其mx=my=m，求mz。
9.图上量得一圆的半径r=31.34mm，已知测量中误差为±0.05mm，求圆周长中误差。
10.设有一n边形，每个内角的观测值中误差为m，试求该n边形内角和的中误差，若容许误差为中误差的两倍，求该n边形角度闭合差的容许值。
11.在一个三角形中观测了、?
两个内角，其中m?
=±20″、m?
=±20″，从180o中减去?
+?
求?
角，问?
角的中误差是多少
12.丈量两段距离D1=164.86m，D2=131.34m。
已知mD1=±0.05m，mD2=±0.03m，求它们的和与它们的差的中误差和相对误差。
13.进行三角高程测量.按h=Dtg?
汁算高差,已知?
=20°,m?
=±1′，D=250m，mD=±0.13m，求高差中误差。
14.在等精度观测中,观测值中误差m与算术平均值中误差M有什么区别与联系?
15.用经纬仪观测某角共8个测回,结果如下:
56°32′13″，56°32′21″,56°32′17″,56°32′14″,56°32′19″，56°32′23″,56°32′21″，56°32′18″试求该角最或是值及其中误差。
16.用水准仪测量A、B两点高差10次.得下列结果（以m为单位）:
1.253，1.25O，1.248，1.252，1.249，1.247，1.251，1.250，1.249，1.251
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