常規測繪技術

目錄

一.常規測繪技術.................................................................1

幾個基本概念.......................................................................1

測量工作的程序.....................................................................2

水準測量............................................................................3

三角高程測量.......................................................................6

角度和方向測量.....................................................................6

距離測量............................................................................9

測量誤差...........................................................................10

控制測量..........................................................................11

導線控制測量......................................................................12

傳統地形測量方法.................................................................13

數字測圖技術......................................................................14

地形圖的應用......................................................................15

二.工程測量技術簡介...........................................................16

水利工程測量......................................................................16

橋梁工程測量......................................................................17

路線工程測量......................................................................17

工程的變形監測....................................................................18

工業與民用建造測量...............................................................19

地下工程測量......................................................................19

礦山測量...........................................................................20

隧道工程測量......................................................................21

工業設備的安裝及檢校測量（三維工業測量）.....................................22

海洋測繪...........................................................................22

曄測量...........................................................................24

房地產測繪........................................................................27

攝影測量...........................................................................27

.常規測繪技術

幾個基本概念

【垂線】重力的作用線稱為鉛垂線，簡稱垂線。

【水準面】某一時刻處于沒有風浪的海洋水面，稱為水準面。

【大地水準面】在高度不同的水準面中選擇一個高度適中的水準面作為平

均海水面，這個平均海水面就稱為大地水準面。它是由靜止海水面并向大陸延伸

所形成的不規則的封閉曲面，是一個重力等位面，即物體沿該面運動時，重力不

做功，是通過驗潮站對海水面長期觀測得到。大地水準面是描述地球形狀的一個

重要物理參考面，也是海拔高程系統的起算面。大地水準面的形狀反映了地球內

部物質結構、密度和分布等信息。

【高程基準】是推算國家統一高程控制網中所有水準高程的起算依據，它

包括一個水準基面和一個永久性水準原點。確定水準基面則是取驗潮站長期觀測

結果計算出來的平均海面。中國以青島港驗潮站的長期觀測資料推算出的黃海平

均海面作為中國的水準基而，即零高程面c中國水準原點建立在青島驗潮站附近，

并構成原點網。用精密水準測量測定水準原點相對于黃海平均海面的高差，即水

準原點的高程，定為全國高程控制網的起算高程。

【56黃海高程系】新中國成立后，1956年我國采用青島驗潮站1950年?1956

年7年的潮汐記錄資料推算出的大地水準面為基準引測出水準原點的高程為

72.289m,以這個大地水準面為高程基準建立的高程系稱為“1956年黃海高程系”，

簡稱“56黃海系”。

185高程基準】80年代，我國又采用青島驗潮站1953年1977年25年的

潮汐記錄資料推算出的大地水準面為基準引測出水準原點的高程為72.260m,以

這個大地水準面為高程基準建立的高程系稱為“1985國家高程基準”，簡稱“85

高程基準”。

在水準原點，85高程基準使用的大地水準面比56黃海系使用的大地水準面

高出0.029m?

[54國家坐標系】采用克拉索夫斯基橢球參數，又稱北京坐標系。

[80國家坐標系】采用國際大地測量協會IAG-75參數，大地坐標原點在

陜西省涇和縣永樂鎮的大地坐標系，又稱西安坐標系。

【測量標志】是在陸地和海洋標定測量控制點位置的標石、覘標以及其他標記

的總稱。標石普通埋于地下，用于測量和標定控制點地理坐標、高程、重力、方

位、長度（距離）等。覘標是建在地面上或者其他建造物頂部的測量專業標架,

作為觀測照準目標和供升高儀器位置之用。根據用途和使用期限，測量標志

可分為永久性測量標志和暫時性測量標志。永久性測量標志是指設有固定標志

物以供測繪單位長期使用的需永久保存的測量標志。暫時性測量標志指測繪單

位在測量過程中設置和使用的，工作結束后不需要長期保存的標志物和標記。如:

測站點木樁、活動覘標、測旗、測桿、航空攝影測量地面標志、繪在地面或

者建（構）筑物上的標記等。（李錦城供稿）

地球經緯度的劃分

為了精確地表明各地在地球上的位置，人們給地球表面假設了一個坐標系，

這就是經緯度線。經度和緯度都是一種角度，在地球儀上，經線和緯線組成為了

經緯網，與赤道平行的都是緯度與赤道垂直的都是經度（橫緯豎經），如果把

經緯網地球儀展開，就形成為了一幅平面的地圖。

經度是個兩面角，是兩個經線平面的夾角。因所有經線都是一樣長，為了度

量經度選取一個起點面，經1884年國際會議商議，決定以通過英國倫敦近郊、

泰晤士河南岸的格林尼治皇家天文臺（舊址）的一臺主要子午儀十字絲的那條經

線為起始經線，稱為本初子午線。本初子午線平面是起點面，終點面是本地經線

平面。某一點的經度，就是該點所在的經線平面與本初子午線平面間的夾角。在

赤道上度量，自本初子午線平面作為起點面，分別往東往西度量，往東量值稱為

東經度，往西量值稱為西經度。由此可見，一地的經度是該地對于本初子午線的

方向和角距離。本初子午線是0°經度，東經度的最大值為180°,西經度的最

大值為180°,東、西經180°經線是同一根經線，因此不分東經或者西經，而

統稱180°經線。

為了區分地球上的每一條經線，人們給經線標注了度數。經度每15度1個

時區。東經習慣上用“E”作代號，西經習慣上用作代號。在地圖上判讀經

度時應注意：從西向東，經度的度數由小到大為東經度；從西向東，經度的度數

由大到小，為西經度。

緯度是個線面角。起點面是赤道平面，線是本地的地面法線。所謂法線，即

垂直于參考扁球體表面的線。某地的緯度就是該地的法線與赤道平面之間的夾

角。緯度在本地經線上度量，由赤道向南、北度量，向北量值稱為北緯度，向南

量值稱為南緯度。由此可見，一地的緯度是該地對于赤道的方向和角距離。赤道

是0°緯線，北緯度的最大值為90°,即北極點；南緯度的最大值為90°,即

南極點，從赤道向兩級，緯度越來越高，赤道是劃分南北兩半球的分界線。（李

錦城供稿）

測量工作的程序

【基本概念】

控制測量：利用精密的儀器以及嚴密的測量方法精確地測定測區控制點的坐

標的工作

控制網：控制點連接起來構成的一定的幾何圖形

控制點：測區中具有控制作用的點

三角網測量：控制點構成連續的三角形的形式，通過觀測三角形的內角和邊

長，再根據已知控制點的數據，經解算三角形各邊的邊長和方位角，求待定點的

平面坐標

導線測量：控制點連接起來構成折線的形式，稱為導線，通過觀測導線邊的

邊長以及各邊之間轉疔角，再根據已知數據，即可推算出待求導線點的坐標

交會測量：利用交會測量點位的方法，可以分為測角交會、測邊交會以及邊

角交會

疝物：地球表面自然形成或者人工建造和構筑的物體

地貌：地球表面的各種高低起伏狀態

碎部測量：以控制點為基礎，測定地物、地貌的平面位置和高程，并將其繪

制成地圖的工作。

2

一項測量工作的開展，如果從一個點開始順序地測下去，由于測量誤差的影

響，使得誤差積累越來越大，最后計算的數值與實際的位置相差很遠；并且惟獨

一個作業面，會大大地影響作業的效率。所以在進行一項測量工作時，首先從測

區的整體去考慮，選攔少量具有控制作用的點，然后用精密的儀器以及嚴密的方

法對其進行觀測，求得它們的坐標，再在以這些點為已知點進行詳細的測量工作。

所以從測量工作的程序來看，測量工作可以分成兩大項內容：前者稱為控制測量，

后者稱為碎部測量。

所以，測量工作的程序是從整體考慮進行控制測量，再到局部進行碎部測量。

即：從整體到局部，先控制后碎部。正是有了這樣的工作程序，在測繪圖紙時，

一個測區的圖紙才可以分成若干部份分別施測，然后再拼接到一起；在工程施工

中，從不同的作業面開展的工作才可以連成一個整體。（王宇會供稿）

水準測量

測定地面點位高程的測量工作，稱為高程測量，高程測量按所使用的儀器和

施測方法的不同，可以分為水準測量）、三角高程測量、GPS高程測量溫和壓

高程測量。水準測量是目前精度較高的一種高程測量方法。

一.水準測量方法介紹

水準測量是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。作業時在

地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數推算

兩點間的高差。通常由水準原點或者任一已知高程點出發，沿選定的水準路

線逐站測定各點的高差并推算各點的高程。在普通的工程測量中，水準測量

路線主要有三種形式：閉合水準路線，附合水準路線，支線水準路線。

水準測量是用沿水準路線逐點向前推進的方式實施。為了測量地面上

A、P兩點間高差（見下圖），先將水準標尺R1豎立在水準點A上，

再將水準標尺R2豎立在一定距離的B點上，在A、B之間安置水準儀。

依據水準儀的水平視線，分別讀取水平視線在標尺上的讀數，兩標尺的讀

數差就是A、B兩點間的高差hADo第一站測完后，B點上水準標尺R2保

持不動，A點的水準標尺R1移至C點，水準儀移至BC的中間，測得B、

C兩點間高差h,如此繼續推進至P點，A、P兩點間的高差

BC

h=h+h+......

APABBC

水準測量作業前首先是選定水港路線和埋設水準標石。水準路線盡可能

的選在坡度小的交通線上，水準點位置應選在能保證標石穩定，長期保存

并便于觀測的地點。水準點常用“BM”表示。水準點標石的類型可分為基巖

水準標石、基本水準標石、普通水準標石和墻腳水準標志等。基巖水準標

石埋設在一等水準路線上，用于研究地殼垂直運動的依據。基本水準標石

埋設在一、二等水準路線上，用于長期保存水準測量成果和研究地殼垂直

運動。普通水準標石埋設在各等水準路線上，它直接為地形測圖和各種工

程建設提供高程控制。

由于不同高程的水準面不平行，沿不同路線測得的兩點間高差將有差

異，所以在整理國家水準測量成果時，須按所采用的正常高系統加以必要

的改正，以求得正確精確的高程。

水準測量是高程測量的主要方法，用于建立國家水準網和地區高程控制網、

監測地殼垂直運動、研究平均海水面變化以及為地形測圖和各種工程建設提供高

程控制。我國國家水準測量依精度不同分為一、二、三、四等四個等級。一、

二等水準測量稱為“精密水準測量”，是國家高程控制的全面基礎，可為研究

地殼形變等提供數據飛三、四等水準測量直接為地形測圖和各種工程建設

提供所必需的高程控機。

精密水準測量必須用帶測微器的精密水準儀和膨脹系數小的因瓦水準

標尺，以提高讀數精度、削弱溫度變化對測量結果的影響。同時采用完善

的觀測程序，以削減水準儀殘存的弱小傾斜（i角）帶來的影響和大氣折光

影響。

水準測量成果計算時，要先檢查野外觀測手簿，計算各點間高差，經檢核無

誤，則根據野外觀測高差計算高差閉合差。若閉合差符合規定的精度要求，則調

整閉合差，最后計算各點的高程。

二.水準測量儀潛介紹

常規水準測量用的儀器、工具有：水準儀、水準尺和尺墊。

1.水準儀介紹

水準儀是一種通過建立水平視線來測定地面兩點間高差的儀器。主要部件有

望遠鏡、管水準器（或者補償器）、垂直軸、基座、腳螺旋等。

（1）水準儀按精度可分為精密水準儀和普通水準儀。

國產水準儀按精度可分為DS05、DS1、DS3、DS10等幾個等級：

DS05：每千米水準測量的全中誤差為±0.5mm,用于高等級水準測量；

DS1：每千米水準測量的全中誤差為±1.0mm,用于高等級水準測量；

DS3：每千米水準測量的全中誤差為±3.0mm,用于普通工程測量和地形測量；

DS10：每千米水準測量的全中誤差為±10.0mm,用于普通工程測量和地形測量。

DS為“大地〃、"水準儀"的漢語拼音縮寫。

DS05與DS1為精密水準儀，DS3與DS10為普通水準儀。

（2）水準儀按結構分為微傾水準儀、自動安平水準儀、激光水準儀和數字水

準儀（又稱電子水準儀）。

①微傾水準儀（圖1）：借助微傾螺旋獲得水平視線。作業時先用圓水準器

將儀器粗略整平，每次讀數前再借助微傾螺旋，便符合水準器在豎直面內俯仰，

4

直到符合水準氣泡精確居中，使視線水平。微傾的精密水準儀同普通水準儀比較,

前者管水準器的分劃值小、靈敏度高，望遠鏡的放大倍率大，并裝有光學測微器,

配有精密水準標尺，以提高讀數精度。

圖1

圖4

②自動安平水準儀（圖2、圖3）：借助自動安平補償器獲得水平視線。當望

遠鏡視線有微量傾斜時，補償器在重力作用下對望遠鏡作相對挪移，從而迅速獲

得視線水平時的標尺讀數。

③激光水準儀：利用激光束代替人工讀數的一種水準儀。將激光器發出的激

光束導入望遠鏡筒內，使其沿視準軸方向射出水平激光束，如在前、后水準標尺

上配備能自動跟蹤的光電接收靶，即可進行水準測量。在施工測量和大型構件裝

配中，常用激光水準儀建立水平面或者水平線。

④數字電子水準儀（圖4）：數字水準儀是在儀器望遠鏡光路中增加了分光

鏡和光電探測器（CCD陣列）等部件，采用條形碼分劃水準尺和圖象處理電子系統

構成光、機、電及信息存儲與處理的一體化水準測量系統。是目前最先進的水準

儀，能自動讀數、自動存儲數據，避免人為的讀數誤差，提高測量精度和效率。

水準儀是在17~18世紀發明了望遠鏡和水準器后浮現的。20世紀初，在制

出內調焦望遠鏡和符合水準器的基礎上生產出微傾水準儀。50年代初浮現了自

動安平水準儀，60年代研制出激光水準儀。90年代研制出了數字水準儀。

2.水準尺和尺墊

水準尺是水準測量中用于高差量度的標尺，水準尺創造

用材有優質木材、合金材和玻璃鋼等幾種，有2m,3m,5

m等多種長度和整尺、折尺、塔尺等多種類型（如下圖）。

水準尺按精度高低可分為精密水準尺和普通水準尺。

⑴普通水準尺

尺長多為3m,兩根為一副，且為雙面（黑、紅面）刻

劃的直尺，每隔1cm印刷有黑白或者紅白相間的分劃。每今

米處注有數字，配對的水準尺，黑、紅面注記的零點不同。

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黑面尺的尺底端從零開始注記讀數，兩尺的紅面尺底端分別從常數4687mm和

4787mm開始，稱為尺常數K。即Kl=4.687m,K2=4.787mc

（2）精密水準尺（鋼瓦水準尺）

尺長多為3m（或者2m）,兩根為一副。精密水準尺是在木質尺身的凹槽內,

引張一根因瓦合金鋼帶，其中零點端固定在尺身上，另一端用彈簧以一定的拉力

將其引張在尺身上，以使因瓦合金鋼帶不受尺身伸縮變形的影響。錮瓦合金鋼帶

上刻有兩排分劃，為基本分劃和輔助分劃，基本分劃與輔助分劃的零點相差一個

常數301.55cm,稱為基輔差或者尺常數。這種水準尺配合精密水準儀使用。

（3）條碼水準尺（鋼瓦條碼尺）

尺長多為3m（或者2m）,兩根為一副。尺帶上刻有條碼分劃，條碼分劃可

由數字電子水準儀直接掃描讀取。尺子外形類似于普通商品外包裝上印制的條

紋碼

（4）尺墊（尺臺）

水準測量中有許多地方需要設置轉點（中間點），為防止觀測過程中尺子下沉

而影響讀數的準確性，應在轉點處放一尺墊。尺墊普通由平面為三角形的鑄鐵制

成，下面有三個尖腳，便于踩入土中，使之穩定。上面有一突起的半球形小包，

立水準尺于球頂，尺底部僅接觸球頂最高的一點，當水準尺轉動方向時;尺底的

高程不會改變。（李錦城供稿）

三角高程測量

當地形高低起伏、兩點間高差較大而不便于進行水準測量時，可以使用三角

高程測量的方法測定兩點間的高差和點的高程。進行三角高程測量時，應測定兩

點（如A、B）間的斜距（S）以及豎直角（a）,根據公式h=Sxsina計算兩點

AB

高差，然后通過已知點高程求出待測點高程。根據測量距離方法的不同，三角高

程測量又分為光電測距二角高程測量和經緯儀二角高程測量，前者可以代替四等

水準測量，后者主要用于山區圖根高程控制。代替四等水準測量的三角高程測量，

必須進行必要的氣象改正，才干滿足精度要求。（李錦城供稿）

角度和方向測■

【基本概念】

水平面：過一個點與鉛垂線相垂直的平面，過一個點的水平面惟獨一個。

水平線：過一個點與鉛垂線相垂直的直線，過一個點的水平線有無數多個。

鉛垂面：過一個點包含鉛垂線的任何平面，過一個點的鉛垂面有無數個。

水平角：空間兩條相交直線沿鉛垂線在水平面內投影的夾角。水平角的角值

范圍在0°到360°之間。

豎直角：是一條傾斜方向線和與其位于同一豎直面內的水平方向線之間的夾

角，當傾斜方向線位于水平方向線的上面時，豎直角為正值，又稱為仰角；當傾

斜方向線位于水平方向線的下面時，豎直角為負值，又稱為俯角。所以，豎直角

的角值范圍在0°與±90°之間。

方位角：從過直線端點的北方向開始順時針旋轉到該直線的角度稱為這條直

線的方位角，它的角值范圍在0°到360°之間。實際上的北方I句可以細化為：

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真北方向（由地球自轉的南北極確定的北方向）、磁北方向（由地球磁場的北極

所確定的北方向）和坐標北方向（三維直角坐標系中，X軸的正半軸指向北，y

軸的正半軸指向東，z軸的正半軸鉛垂向上，則x正半軸所指示的北方向即為坐

標北方向），所以方位角又可以分為真方位角、磁方位角和坐標方位角。

象限角：從過直線端點的北方向或者南方向開始，順時針或者逆時針到該直

線的銳角，稱之為這條直線的象限角，象限角的大小在0°到90°之間，當用

象限角表示一條直線的方向時，除了角值的大小外，還應該表明起始方向以及

旋轉方向，例如南偏東45°（相當于方位角是135°）o（王宇會供稿）

一.角度測量方法

1.水平角測量：

就像我們用量角器量一個角度時，首先應該使量角器的圓心與角度的頂角點

重合一樣，在測量水平角的時候，首先應該使儀器上面的水平度盤（相當于量角

器）中心在要測量的角度的頂角點的正上方（這項工作又稱之為對中），其次儀

器上面的度盤應該處于水平位置（因為水平角是兩方向線在水平面內的投影的夾

角）（這項工作又稱之為整平）。滿足這兩個條件將經緯儀架設好，即可開始觀測。

用望遠鏡照準目標，讀得水平度盤的讀數，然后再照準另一個方向的水平度盤的

讀數，兩讀數之差，即為這兩個方向之間的水平角。

如下圖所示，將地面上高程不同的三點A、0、B沿鉛垂線方向投影到同一水

平面H上，得到a、o、b三點，則水平線oa、ob之間的夾角0,就是地面上0A、

0B兩方向線之間的水平角。為了測出水平角的大小，可以設想在兩豎直面的交

線上任選一點。,，水平放置一個按順時針方向刻劃的圓盤（稱為水平度盤），使

其圓心與0'重合。過OA、0B的豎直面與水平度盤的交線的讀數分別為a。、b°,

于是地面上OA、0B兩方向線之間的水平角0可按下式求得：

p=b°-a°

水平度盤o

2.豎直角測量：

在創造經緯儀的時候，測量豎直角的裝置之間應該滿足這樣一個關系：望遠

鏡視線水平時豎直度盤的讀數應該是一個定值，即經緯儀視線水平的讀數是已知

的，那末用望遠鏡照準目標后，讀得的豎直度盤讀數，與己知的水平視線的讀數

之間的差值即為該視線的豎直角。

為了觀測方便，當經緯儀視線水平時，其豎報讀數都是一個常數（普通為90°

或者270°）。這樣，在測量豎直角時，只需用望遠鏡瞄準目標點，讀取傾斜視

線的豎盤讀數，即可根據讀數與常數的差值計算出豎直角（如上圖所示）。（王宇

會、

7

黃金良供稿）

二.測角儀器介紹

經緯儀：是常用的測角的儀器，它的主要的部件有望遠鏡、水準器、對點器

以及度盤。望遠鏡用于在測量時精確地照準目標；水準器的作用是將水平度盤調

整成為水平狀態；對點器的作用是將地面架儀器的點與儀器中心在同一鉛垂線

上；度盤相當于量角器，上面順時針刻有0°到360°,有兩個：一個是用于測

量水平角的水平度盤，一個是測量豎直角的豎直度盤。

經緯儀的發展經歷了游標經緯儀、光學經緯儀和電子

經緯儀三個階段。游標經緯儀：普通為金屬度盤、游標

讀數、錐形軸系，早已淘汰（如圖二所不）。光學經緯儀：

采用光學度盤，借助光學放大和光學測微器讀數（如圖

三所示）。電子經緯儀：浮現于20世紀60年代，它的構

造與光學經緯儀類似，根本的區別在于用微處理機控制

的電子測角系統代替光學讀數系統，能夠自動顯示測量

數據（如圖四所示）。

經緯儀的類型不少，根據精度不同可以分為：DJ07.

DJI、DJ2、DJ6和DJ15五個等級，其中“D”代表大地測

量（它是“大地測量”的第一個漢字的漢語拼音的第一

圖二

個字母），代表經緯儀（它是“經緯儀”的第一個漢

字的漢語拼音的第一個字母），后面的數字代表儀潛的精度，數值越大表明誤差

越大，精度越低，相反，數值越小，表明儀器的測量誤差越小，精度越高。

羅盤儀：是一種用來測定磁方位角的儀器，它主要由磁針、刻度席和瞄準器

組成。磁針是長菱形或者長條形的人造磁鐵，中央支承在度盤中心的頂針上，可

以自由轉動；刻度盤按照0°到360°逆時針注記，以便直接讀得方位角（如

圖五所示）。

陀螺經緯儀：是陀螺儀和經緯儀組合而成的定向儀器，

陀螺儀是利用力學原理求得真北的儀器。由物理學的知識

我們知道：繞一個支點高速轉動的剛體稱為陀螺，通常所

說的陀螺是特指對稱的陀螺，它是一個質量均勻分布的、

具有軸對稱形狀的剛體，其幾何對稱軸就是它的自轉軸。

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圖六

高速旋轉的陀螺具有定軸性和進動性。如用一根金屬懸掛帶把高速旋轉的陀螺掛

起來，陀螺軸將在子午線方向上擺布擺動，其擺動的平衡位置就是過該點的子午

線北方向。陀螺經緯儀就是利用這個原理來確定某直線的真方位角（如圖六所

示）。

激光經緯儀：激光經緯儀除具有光學經緯儀的所有功能之外，還可以提供一

條可見的激光光束，它從望遠鏡發出，與望遠鏡的視線同軸，這樣就可以為施工

中的測量工作提供一條標準的直線，它廣泛地應用于隧道測量、大型管線的鋪設、

大型船舶的創造、飛機機架安裝等工作中。

羅盤儀測定方位珀：

以測定直線AB的方位角為例：首先在端點A上架設儀器，對中使得刻度盤

中心位于A點的鉛垂線的正上方，并使得刻度盤處于水平狀態，然后用望遠鏡照

準另一個目標B,待磁針靜止之后，即可在度盤上讀數，所得的讀數即為該直線

的磁方位角。（王宇會供稿）

距離測量

【基本概念】

傾斜距離：兩個點之間的直線距離

水平距離：兩個點在水平面上投影之間的距離

直線定線：用卷尺進行距離測量時，當所丈量的長度超過尺子的全長的時候，

就要在兩點之間標定一些點，使一整段距離分成小于尺子全長的若干段進行測

量，這項工作就叫做直線定線。

一.測距常用測量方法

步測：盡管步測的準確度不高，但是步測是一種非常實用的測量距離的方法，

特別是在地勢比較平整的地面上進行距離測量的時候，但是隨著地勢的變化，坡

度越陡，其精度越差。

里程表：里程表是一個簡單的可以附著在任何交通工具上的設備，它直接記

錄輪子旋轉的圈數，當知道了輪子的周長之后，距離就可以求出來。

卷尺測量：卷尺測量是測量兩個點之間的距離的最常用的方法，卷尺可以是

從普通的商店就可以買到的是小鋼尺、皮尺，也可以是者專業的鋼尺（經過鑒定

的，有一定參數的），其中因瓦尺由35%的鍥和65%的鐵組成，由于其受熱張冷

縮影響最小，所以在精密距離測量中有廣泛地應用。進行距離測量時，首先進行

定線，然后分別進行測量各小段的距離值，各段測量結果的和值即為最后的總長。

視距測量：視距測量是一種光學測距的方法，在儀器的十字絲分劃板上，除

了橫豎兩根線之外，橫絲上下還各有一條小短線，稱為上絲和下絲。由于上下絲

之間的間隔是一定的，從望遠鏡中心到上下絲的視線之間的角度也是一個不變的

數值。如果要測量兩個點之間的距離，在一個點上架設儀器，在另一個點上樹立

一個帶有刻度的尺子，兩點相距較近時，望遠鏡上下絲在對面尺上截得的間隔就

小；兩個點距離較遠時，望遠鏡上下絲在對面尺上截得的間隔就大。視距測量就

是利用這個原理來測量距離的。

電磁波測距：若要測定兩點A、B之間的距離，首先在一點架設測距儀，并

在另一點架設反光鏡，測距儀發射電磁波，經反光鏡的反射后，即可測得兩點間

的距離，如果需要測量水平距離，則還應該測量豎直角。

二.儀器的介紹

9

卷尺：可以卷入盒內的帶狀尺，有皮卷尺、鋼卷尺、纖維卷尺等類型，在其

尺身上有米制或者英尺單位的刻劃，總長有20m、30m、50m>100m等。

測距儀：能夠發射和接收測距的載波，并能夠通過測定載波在兩端點之間往

返一次的時間，來求兩點之間的距離。按照測程的不同測距儀分為遠程測距儀（可

達幾十千米）、中程測距儀（數千米至十余千米）以及短程測距儀（3公里以下）。

按照載波的不同，測距儀可以分為微波測距儀（采用無線電波做載波）和光電測

距儀（采用光波做載波，又可以分為激光測距儀和紅外測距儀）。

反光鏡或者反射棱鏡：是用光學玻璃磨制成的四面體，它包括三個相互垂直

的面，這三個面作為反射面對向入射光束，這樣的構造能夠使反射光平行于入射

光，從而使測距儀能夠接收到反射回的載波。

手持激光測距儀：是一種小巧的可以用手拿著來測量距離的儀器，它不需要

反光鏡，該測距儀發射激光后在反射物上顯示一激光斑點，確認后儀器能自動顯

示測距儀至該斑點之間的距離。（王宇會供稿）

測量誤差

【基礎概念】

真值：測量對象的真正的數值

測量值：使用一定的儀器，運用一定的測量方法，對測量對象進行測量而得

到的數值

誤差：測量值與真值的差值

相對誤差：在測量中，誤差并不能衡量所有的測量精度，比如：用鋼尺去量

100米和20米兩段距離，如果每一個工作的兩次測量的差值都是2cm,那末兩

次測量的精度是不相同的。前者100米相差0.02米，0.02/100=1/5000,而后者

20米相差0.02米為0.02/20=1/1000,顯然前者的精度高于后者。這種誤差值與測

量值的比值叫做相對誤差。

算術平均值：對同一個量進行多次等精度觀測（相同的觀測條件），則觀測

的結果可以將所有的觀測數值相加，再除以觀測的次數。

加權平均值：當幾次測量的結果在最后的數值中所占的比重不同時，要考慮

每一個測量值的權重，然后進行加權平均值的計算，測量中的權重是與測量精度

有關的，精度越高的測量值其權重越大，而精度低的測量值其權重就小。加權平

均值等于各個測量值與相應權重的乘積之和除以所有權重的和值。

在測量工作中，影響測量誤差的因素有三個：測量工具、觀測者和外界環境。

首先，測量工具不是沒有瑕疵的，比如測量距離時尺子的刻劃有問題，上面標注

的20cm,實際上真正的數值惟獨19.5cm。還有，觀測者的操作讀數也會帶來一

定的誤差，如使用分劃到分的儀器進行秒的估讀，照準目標時的偏差等等。還有，

測量工作都是在野外來進行的，野外的環境對測量的數據也會有影響，比如：利

用鋼尺進行距離測量時，鋼尺會受到熱脹冷縮的影響；望遠鏡的視線在空氣中傳

播的時候，會受到空氣流動的影響等等。

上述測量誤差，對測量結果影響的性質是不同的，有的誤差能夠找到它的一

些規律，比如：大小一定，符號一定，或者按照一定的規律進行變化。比如：尺

子的刻劃誤差，標注長度是20cm,實際上是19.5cm,這樣就會使得我們的量

測結果比真正的數值大，而且會隨著丈量長度的增長，而成倍增長。即20cm差

10

0.5cm,40cm就會差lcmo這樣的誤差稱之為系統誤差。一旦系統誤差對測量

結果的影

10

響找到了，就可以通過加以一定的改正數或者采用適當的觀測方法的手段來加以

抵消或者削弱。如上述刻劃誤差的問題，如果我們知道了實際的刻劃誤差，那末,

如果丈量的結果是20cm,我們從測量值中減去0.5cm,就可以得到真正的數值

（只考慮這一項誤差）。

然而，有些測量誤差我們是找不到它的任何規律的。例如：在惟獨厘米分化

的尺子上估讀毫米，有時估讀就會偏大，有時又會偏小。這樣的誤差稱之為偶然

誤差。

在測量工作中，還有影響測量值大小的情況一一操作者的粗心或者其它干

擾，如：瞄錯目標、記錯數據等等，這種使得測量值與真正數值不相等的“誤差”，

稱為錯誤。在測量中，誤差是不可避免的，每一個測量值都會含有誤差，而錯誤

應該是可以避免的，包含有錯誤的測量值應該從舍棄。

而系統誤差乂可以采用一定的方法來消除或者削弱，所以，在處理測量誤差

時主要考慮的是偶然誤差。前面提到偶然誤差可大可小，因此，多次重復測量

并取平均值，可以抵消一些偶然誤差。此外為了防止錯誤的發生和提高觀測的

精度，在測量工作中，普通需要進行必要的“多余觀測”。例如，地面上的任意

三個點，沿鉛垂線投影到水平面上后，得到一個平面三角形，在三個點上進行水

平角測量，其中兩個角值的觀測屬于必要觀測，而第三個角的觀測，就屬于多余

觀測。有了這個多余觀測，才干夠用三角形的內角和應該是180°來檢查觀測

的質量。有了多余觀測，測量值之間就產生了矛盾（三角形的內角和不是

180°）,根據差值的大小，可以評定測量的精度、剔除錯誤，還可以利用一定

的手段對觀測值加以處理，以求得最可靠的數值。最后這一項計算乂稱為測量平

差。（王宇會供稿）

控制測量

在地面上選一些具有控制意義的點，由這些點組成的幾何圖形稱為控制網；

對控制網進行布設、觀測、計算，確定控制點位置的作稱為控制測量。

控制測量是研究精確測定和描繪地面控制點空間位置及其變化的學科。測量

控制網有三大類：全球控制網、國家控制網和工程控制網。全球控制網是由國際

組織在全球范圍內建立的大地測量參考框架，主要用于確定、研究地球的現狀、

大小及其運動變化，確定和研究地球的板塊運動等。國家控制網是由各國測繪部

門建立的區域性大地測量參考框架。提供全國范圍內的地理坐標系統；保證國家

基本圖的測繪和更新；滿足大比例尺圖測圖的精度要求；為精確確定地面點的位

置提供已知點及其在特點坐標系下的坐標。工程控制網是工程項目的空間位置參

考框架，是針對某項具體工程建設測圖、施工或者管理的需要，在一定區域內布

設的平面和高程控制網。

控制測量可以逐級進行，逐步加密控制點，直至滿足要求。在碎部測量中，

專門為地形測圖而布設的控制網稱為圖根控制網，專門為工程施工而布設的控制

網稱為施工控制網，施工控制網可以作為施工放樣和變形監測的依據。由此可見，

控制測量起到控制全局和限制誤差積累的作用，為各項具體的測量工作和科學研

究提供依據。

控制測量分為平面控制測量和高程控制測量。平面控制測量是確定控制點的

平面坐標，高程控制測量是測量確定控制點的高程。在傳統的測量工作中，平面

控制網和高程控制網通常分別單獨布設，目前有時候也將兩種控制網合起來布設

成三維控制網。

11

平面控制測量的目的是精確測定控制點的平面位置。根據測量工作需要，在

測區內選擇一系列控制點，在各控制點上建立地面標志和測量覘標，使各控制點

構成三角形、大地四邊形、矩形、中點多邊形、方線形和多邊形等，從而形成平

面控制網。工程控制網的布設，普通應遵循從整體到局部、分級布網、逐級控制

的原則。亦可根據工程需要與現場條件布設全面網或者越級布網。它們可以采用

三角測量網，三邊測量網或者導線網的形式來布設，亦可布設為邊角網。目前

GPS測量已成為平面控制網的主要建立方法。

在全國范圍內布設的平面控制網，稱為國家平面控制網。我國原有的國家平

面控制網主要按三角網方法布設，分為四個等級，其中一等三角網精度最高，二、

三、四等三角網精度逐級降低。

高程控制網主要通過水準測量的方法建立。在全國范圍內采用水準測量方法

建立的高程控制網，稱為國家水準網，分成四個等級布設，國家一、二等水準網

采用精密水準測量建立，是研究地球形狀和大小、海洋平均海水面變化的重要資

料；國家三、四等水準網直接為地形測圖和工程建設提供高程控制點。（懂沛鴻、

王宇會供稿）

導線控制測量

將相鄰控制點連成直線而構成的折線稱為導線，控制點稱為導線點。導線測

量是挨次測定導線邊的水平距離和兩相鄰導線邊的水平夾角，然后根據起算數

據，推算各邊的坐標方位角，最后求出導線點的平面坐標。導線的布設形式有閉

合導線、附合導線、支導線三種（如下圖）。隨著全站儀在工程測量中的普及應

用，導線測量成為工程控制測量的主要測量方式。

作業時在導線點設站

挨次測量每相鄰兩點間

距離和每一導線點上相

鄰邊間的夾角，并從一起

始點坐標和方位角出發，

用測得的距離和角度推

算各導線點的水平坐標

位置。

從一個已知控制點出

發，最后仍回到這個控制

點所形成的導線稱閉合

導線。從一個已知控制點開始測到另一個已知控制點所形成的導線稱附合

導線。

按國家大地網的精度要求實施的導線測量，稱為精密導線測量，其導

線應閉合成環或者布設在高等級控制點之間以增加檢核條件。

導線測量布設靈便，推進迅速，受地形限制小，邊長精度分布均勻。導

線測量是建立小地區平面控制網常用的一種方法，在地物分布比較復雜的建造

區，視線障礙較多的隱蔽區和帶狀地區，多采用導線測量方法。如在平整隱蔽、

交通不便、氣候惡劣地區，也采用導線測量法布設大地控制網。（李錦城

供稿）

傳統地形測量方法

地形測量是對地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程進行

測定，并按一定比例縮小，用符號和注記繪制成地形圖（見下圖）的工作。

地形測量工作包括圖根控制測量和碎部測量：圖根控制測量是測定一定

數量的作為地形測圖依據的圖根控制點；碎部測量是測繪野外地物特征點、

地形特征點等碎部點。碎部點的平面位置常用極坐標法測定，碎部點的高

程用視距測量法測定。

傳統地形測量按所用儀器不同，有平板儀測圖法、經緯儀和小平板儀聯

合測圖法、經緯儀測記法（見右圖）等。具作業過程基本相同：測圖前將

繪圖紙或者聚酯薄膜固定在測

圖板上，在圖紙上繪出坐標格

網，展繪出格網的所有控制

點，經檢核確認點位正確后進

行測圖。平板儀測圖時，用測

圖板上已展繪的控制點點位

作為測站，在測站上安置整平

平板儀并定向，然后用望遠鏡照準碎部點，通過測站點的直尺邊即為指向

碎部點的方向線，再用視距測量方法測定測站至碎部點的水平距離和高程，

按測圖比例尺沿直尺邊沿自測站被取相應長度，即碎部點在圖?上的平面位

置，并在點旁注記高程。這樣逐站邊測邊繪，即可測繪出地形圖。（李錦

城供稿）

數字測圖技術

【數字測圖】是以數字電子全站儀、計算機及其軟件為核心，對地形空

間數據進行采集、輸入、繪圖、成圖、輸出的測繪技術方法。

地面數字測圖方法需要的生產設備為全站儀、電子手簿（或者掌上電腦和筆

記本電腦）、計算機和數字化測圖軟件。根據所使用設備的不同，數字測圖方

法有兩種實現形式：

1）草圖法：在野外利用全站儀或者電子手簿采集并記錄外業測量數據或者坐

標，同時手工勾繪現場地物屬性關系草圖，返回室內后，下載記錄數據到計算

機內，將外業觀測的碎部點坐標讀入數字化測圖系統直接自動展點，并根據現

場繪制的地物屬性關系草圖在顯示屏幕上連線、經編輯和注記后成圖。

2）電子平板法：在野外用安裝了數字化測圖軟件的筆記本電腦或者掌上電

腦直接與全站儀相連，現場測點，電腦實時展繪所測點位，作業員根據實地情

況，現場直接連線、編輯和加注記成圖。

數字測圖與傳統地形測量步驟基本相同，包括圖根控制測量和碎部測

量。圖根控制測量是在首級控制下，用全站儀圖根導線及極坐標法加密滿

足測圖需要的控制點。

測圖前先在數據存儲設備（儀器存儲卡或者內存、掌上電腦PDA、筆

記

本電腦等）上建立數據采集測圖文件，將控制點的坐標高程數據輸入（或

者傳輸）到測圖文件中，經檢核確認輸入正確后進行測圖。測圖時，用

控制點的點位作為測站，在測站上安置全站儀，選擇測圖文件中的測站

點及定

向點并進行測站定向，然后用望遠鏡照準碎部點，用極坐標法直接測定碎

部點的坐標高程并保存測量數據，用電子平板測圖法或者用草圖法即可測繪

出地形圖。

數字地形圖以數字形式存貯在磁盤、光盤等介質上，可以非常方便地對

其內容進行任意形式的要素組合、拼接，形成新的地形圖。可以對它進行

任意比例尺、任意范圍的繪圖輸出。它易于修改，可以很方便地與衛星影

象、航空照片等其他信息源結合，生成新的圖種。利用數字地形圖的等高

線和高程點可以生成數字高程模型，將地表起伏以數字形式表現出來，可

以直觀立體地表現其地貌形態。這是普通地形圖不可能達到的表現效果。

（李錦城供稿）

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地形圖的應用

一.地形圖的應用內容包括：

1.在地形圖上，確定點的坐標、點與點之間的距離和直線間的夾角；

2.確定直線的方位；確定點的高程和兩點間的高差；

3.勾繪出集水線（山谷線）和分水線（山脊線），標志出洪水線和淹沒線；

4.計算制定范圍的面積和體積，由此確定地塊面積、土石方量、蓄水量、礦產量

等；

5》解各種地物、地類、地貌等的分布情況，計算諸如村莊、樹林、農田等數據，

獲得房屋的數量、質量、層次等資料；

6.截取斷面，繪制斷面圖。

7.利用地形圖作底圖，可以編繪出一系列專題地

圖，如地質圖、水文圖、農田水利規劃圖、土地

利用規劃圖、建造物總平面圖、城市交通圖和地

籍圖等。

二.工程建設中的地形圖應用：

（1）按指定方向繪制縱斷面圖

在進行道路、隧道、管線等，程設計時，需

要了解兩點之間的地面起伏情況，這時，可根據

地形圖中的等高線來繪制斷面圖。

（2）確定匯水面積

匯集水流量的面積稱為匯水面積。由于雨水

是沿山脊線（分水線）向兩側山坡分流，所以匯水

面積的邊界線是由一系列的山脊線連接而成的（見圖）。根據匯水面積，再結合

當地的氣象水文資料，便可確定匯水范圍的水量。

修筑道路時，有時要跨越河流或者山谷，這可就必須建設橋梁或者涵洞；興

修水庫必須筑壩攔水。橋梁、涵洞孔徑的大小，水壩的設計位置與壩高，水庫

的蓄水量等，需要根據匯集于這個地區的水流量來確定。

（3）場地平整時的填挖邊界確定和土方量計算。

三.建造設計中的地形圖應用：

建造設計要求考慮現場的地形特點，不劇烈改變地形的自然形態，使設計建

筑物與周圍景觀環境比較自然地融為一體，可以避免開挖大量的土方，節約建設

資金，和不破壞周圍的環境狀態，如地下水、土層、植物生態和地區的景觀環境。

在建造設計中，既要珍惜良田好土，盡量利用薄地、荒地和空地，又要滿足

投資省、工程量少和使用合理等要求。建造物應結合地形靈便布置，以達到省地、

省工、通風和日照效果均好的目的。對不宜建造的區域，要因地制宜地利用起來。

建造設計中所需要的地形信息，大部份都可以在地形圖中找到。

四.給排水設計中的地形圖應用

選擇自來水廠的廠址時，要根據地形圖確定位置。如廠址設在河流附近，則

要考慮到廠址在洪水期內不會被水淹沒，在枯水期內又能有足夠的水量。水源離

供水區不應太遠，供水區的高差不應太大。

在地面坡度較大的地區內，要根據地形分區排水。由于雨水和污水的排除是

靠重力在溝管內自流的，因此，溝管應有適當的坡度，在布設排水管網時，要充

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分利用自然地形，既能使雨水和污水暢通自流，又能使施工的土方量最小。

在防洪、排澇、涵洞和涵管等工程設計中，時常需要在地形圖上確定匯水面

積作為設計的依據。

五.城市規劃用地分析的地形圖應用

城市用地在規劃設計以前，首先應按建造、交通、給水和排水等對地形的要

求，分析用地的地形，在地形圖上標明不同坡度的地區的地面水流方向、分水線

和集水線等，以便合理地利用地形和改造原有地形。（李錦城供稿）

二.工程測量技術簡介

水利工程測量

水利工程測量是指在水利工程規劃設計、施工建設和運營管理各個階段所進

行的測量工作，它綜合應用各種技術，為水利工程建設提供各種測量資料。它的

主要工作內容有：平面、高程控制測量、地形測量（包括水下地形測量）、縱橫

斷面測量、定線和放樣測量、變形觀測等。

我國早在2000多年前的夏商時代，為了治水就開始了水利工程測量工作。

司馬遷在《史記》中對夏禹治水就有這樣的描述：“陸行乘車，水行乘船，泥行

乘橇，山行乘輦，左準繩，右規矩，載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九

山。”在非洲，公元前13世紀埃及人于每年尼羅河洪水泛濫后，即用測量方法重

新丈量劃分土地。

從20世紀70年代后期以來，我國水利測量工作在控制測量方面已普遍采用

電子計算機技術以及電磁波測距導線、邊角網等形式與優化設計方法；陸上地形

測量已廣泛采用航測大比例尺成圖和地面立體攝影測量技術；水下地形測量普遍

應用回聲測深技術，大面積水域測量開始采用微波測距自動定位系統；在施工測

量中，激光投點儀、陀螺經緯儀等技術正在普及。全站儀、全自動全站儀（測量

機器人）以及全自動數字水準儀的浮現使得測量工作向數字化、自動化方向邁進。

（王宇會供稿）

水利工程是用于控制和調配自然界的地表水和地下水，達到除害興利

目的而修筑的工程。水是人類生產和生活必不可少的珍貴資源，但其自然

存在的狀態并不徹底符合人類的需要。惟獨修筑水利工程，才干控制水流，

防止洪澇災害，并進行水量的調節和分配，以滿足人民生活和生產對水資

源的需要。

水利工程建設，無論是沿江河的堤防工程、溝通天然河湖的人工運渠，抑或

者引水灌區建設都必須知道上下游或者相關地區之間的方位、間距和高差，否

則無法進行設計和施工。因此，測量是水利工程建設的重要基礎性工作。水利

工程需要修筑壩、堤、溢洪道、水閘、進水口、渠道、渡漕、筏道、魚道等不

同

類型的水工建造物，以實現其目標。水利工程與其他工程相比，具有如下

特點：①影響面廣。水利工程規劃是流域規劃或者地區水利規劃的組成部份，

而一項水利工程的興建，對其周圍地區的環境將產生很大的影響，既有興

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利除害有利的一面，又有淹沒、浸沒、移民、迂建等不利的一面。為此，

制定水利工程規劃，必須從流域或者地區的全局出發，統籌兼顧，以期減

免不利影響，收到經濟、社會和環境的最佳效果。②水利工程普通規模

大，投資多，技術復雜，工期較長。

水利工程測量是為水利工程建設服務的專門測量，屬于工程測量學的

范疇，它的主要任務如下：

(1)為水利工程規劃設計提供所需的地形資料。規劃時需提供中、小比

例尺地形圖及有關信息，建造物設計時要測繪大比例尺地形圖。

(2)施工階段要將圖上設計好的建造物按其位置、大小測設于地面，以

便據此施工，稱為施工放樣。