数字地形测量学教案.docx
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数字地形测量学教案
*****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
等主编,数字地形测量学,武汉:
,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/—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。
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.当后视读数为,前视读数为,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=,HB=,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,B尺上的读数b1为,仪器搬到B点附近,又测得B尺上读数b2为,A尺读数为a2为。
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=。
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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?
<|?
?
?
|
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,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,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,返测值为,CD的往测值为,返测值为,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=,已知测量中误差为±,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=,D2=。
已知mD1=±,mD2=±,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=±,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):
,,,,,,,,,,试求A、B两点高差的最或是值及其中误差.
17.某经纬仪测水平角,一测回的中误差m=±15″,欲使测角精度达到m=±5″,需观测几个测回?
18.水准测量中,设一测站的中误差
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