测绘工程与地理信息技术作业指导书

测绘工程与地理信息技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u25937第一章测绘工程基础 2158021.1测绘工程概述 2129131.2测绘工程基本流程 3281992.1项目策划与设计 3292802.2测绘数据采集 3288872.2.1地面测量 31272.2.2遥感测量 3274032.2.3地下测量 3283652.3测绘数据处理 3106292.3.1数据预处理 3140382.3.2数据计算 3266642.3.3数据分析 4213282.4测绘成果编制 4132312.5质量检验与验收 439672.5.1质量检验 476692.5.2验收 4723第二章地理信息系统概述 44202.1地理信息系统基本概念 488012.2地理信息系统的组成与功能 4144122.2.1地理信息系统的组成 4243482.2.2地理信息系统的功能 5322942.3地理信息系统的分类 516135第三章地理信息采集与处理 6228103.1地理信息采集方法 642693.1.1遥感技术 6175973.1.2地面测量 650273.1.3GPS测量 6131473.1.4地理信息系统（GIS）数据采集 615123.2地理信息数据预处理 6133943.2.1数据清洗 6177473.2.2数据整合 7210623.2.3数据转换 7280233.3地理信息数据质量控制 740883.3.1数据质量评估 7239723.3.2数据质量改进 7247724.1遥感技术基本原理 8122674.2遥感图像处理与分析 887174.3遥感技术在测绘工程中的应用 812629第五章全球定位系统（GPS）技术 913195.1GPS技术基本原理 9114275.2GPS测量方法 955065.3GPS技术在测绘工程中的应用 99309第六章地籍测绘 1094976.1地籍测绘概述 10158566.2地籍测量方法 10310956.3地籍信息管理系统 1128462第七章工程测量 1196827.1工程测量基本概念 11185507.2工程测量方法 1289717.3工程测量成果与应用 1218748第八章数字地面模型 13318878.1数字地面模型概述 13229988.2数字地面模型的建立 13249468.3数字地面模型的应用 147353第九章地理信息可视化 1490239.1地理信息可视化概述 1467949.1.1地理信息可视化的意义 14144089.1.2地理信息可视化的分类 15101479.2地理信息可视化方法 15177919.2.1基本方法 1559049.2.2高级方法 1551569.3地理信息可视化软件应用 15117779.3.1ArcGIS 16147929.3.2QGIS 1692909.3.3SuperMap 16116339.3.4MapInfo 168554第十章测绘工程管理与质量控制 16688710.1测绘工程管理概述 162538110.2测绘工程质量管理 16344910.2.1质量管理的意义 162503010.2.2质量管理的内容 16555010.2.3质量管理的实施 171010510.3测绘工程安全生产与环境保护 172707510.3.1安全生产管理 173157710.3.2环境保护管理 17第一章测绘工程基础1.1测绘工程概述测绘工程是一门综合性的科学技术，它以地球表面及空间中的各种物体和现象为研究对象，运用数学、物理、地理、计算机等多种学科知识，通过测量、计算、制图等手段，为国民经济建设、国防建设、科学研究等领域提供基础性、公益性、战略性的地理信息数据。测绘工程具有高度的精确性、科学性和实用性，对于国家经济发展和社会进步具有重要意义。1.2测绘工程基本流程测绘工程基本流程主要包括以下几个方面：2.1项目策划与设计项目策划与设计是测绘工程的基础工作。在此阶段，需要明确项目的目标、任务、规模、质量要求等，并对项目实施过程中可能遇到的技术难题、风险因素进行分析和预测。项目策划与设计应充分考虑项目实施的可行性、经济性和先进性。2.2测绘数据采集测绘数据采集是测绘工程的核心环节。此阶段主要包括以下内容：2.2.1地面测量地面测量是利用测量仪器对地面点的位置、高程、角度等数据进行采集。地面测量方法包括三角测量、水准测量、导线测量等。2.2.2遥感测量遥感测量是通过卫星、飞机等载体上的遥感设备，对地表物体进行感知和记录，获取地表信息。遥感测量具有范围广、速度快、成本低等优点。2.2.3地下测量地下测量是对地下空间和地下设施的位置、形状、尺寸等数据进行采集。地下测量方法包括地下水准测量、地下导线测量等。2.3测绘数据处理测绘数据处理是对采集到的数据进行整理、计算、分析、存储等操作，以提取有用的信息。此阶段主要包括以下内容：2.3.1数据预处理数据预处理包括数据清洗、数据校验、数据格式转换等，以保证数据的准确性和可靠性。2.3.2数据计算数据计算是对数据进行数学运算，如坐标转换、高程拟合、角度闭合差计算等。2.3.3数据分析数据分析是对数据进行统计、分析、挖掘，以提取有价值的信息。2.4测绘成果编制测绘成果编制是将处理后的数据以图表、文字、数字等形式表达出来，为用户提供有用的地理信息。测绘成果包括地形图、平面图、立面图、剖面图等。2.5质量检验与验收质量检验与验收是对测绘成果进行质量评价，保证成果满足项目要求。此阶段主要包括以下内容：2.5.1质量检验质量检验是对测绘成果的准确性、完整性、可靠性等进行检查。2.5.2验收验收是对测绘成果的合格性进行评价，以确定项目是否达到预期目标。第二章地理信息系统概述2.1地理信息系统基本概念地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是一种集成了计算机技术、地理学、地图学、遥感和摄影测量等多学科知识，用于捕捉、管理、分析、展示和传播地理空间数据的系统。地理信息系统的核心是通过对地理信息的处理和分析，为决策者提供科学、准确、高效的空间信息支持。地理信息系统具有以下基本特征：（1）空间数据与属性数据的集成：地理信息系统将空间数据和属性数据相结合，形成一个完整的信息体系。（2）数据的多尺度表达：地理信息系统可以处理不同尺度的空间数据，满足不同应用需求。（3）强大的空间分析功能：地理信息系统具有空间查询、空间分析、空间叠加等分析功能。（4）可视化表达：地理信息系统可以将地理信息以图形、图像、表格等多种形式展示。2.2地理信息系统的组成与功能2.2.1地理信息系统的组成地理信息系统主要由以下四个部分组成：（1）硬件设备：包括计算机、输入设备、输出设备、存储设备等。（2）软件系统：包括地理信息系统软件、数据库管理系统、编程语言等。（3）数据资源：包括空间数据、属性数据、元数据等。（4）用户：包括地理信息系统操作者、数据管理者、决策者等。2.2.2地理信息系统的功能地理信息系统的功能主要包括以下几个方面：（1）数据采集与输入：地理信息系统可以接收多种数据源的空间数据和属性数据，如地图、遥感影像、GPS数据等。（2）数据存储与管理：地理信息系统通过数据库管理系统对空间数据和属性数据进行有效存储和管理。（3）数据编辑与更新：地理信息系统提供数据编辑功能，包括图形编辑、属性编辑、数据更新等。（4）数据查询与检索：地理信息系统支持多种查询和检索方式，如空间查询、属性查询、SQL查询等。（5）空间分析：地理信息系统具有空间分析功能，如缓冲区分析、叠加分析、网络分析等。（6）可视化表达：地理信息系统可以将地理信息以图形、图像、表格等多种形式展示。（7）决策支持：地理信息系统为决策者提供空间信息支持，辅助决策。2.3地理信息系统的分类根据应用领域和功能特点，地理信息系统可分为以下几类：（1）桌面地理信息系统：适用于个人或小团队使用，具有数据处理、分析、可视化等功能。（2）Web地理信息系统：基于互联网，支持多用户在线访问和协同工作。（3）移动地理信息系统：适用于移动设备，支持实时数据采集和地图浏览。（4）实时地理信息系统：用于实时监控和预警，如气象、交通、灾害监测等。（5）专业地理信息系统：针对特定应用领域，如城市规划、土地管理、环境保护等。第三章地理信息采集与处理3.1地理信息采集方法地理信息采集是地理信息技术的基础环节，其准确性直接影响到后续的数据处理与分析。以下是几种常用的地理信息采集方法：3.1.1遥感技术遥感技术是通过卫星、飞机等遥感平台，利用电磁波对地表进行观测，获取地表信息的一种方法。遥感技术具有观测范围广、获取信息速度快、成本较低等优点，适用于大范围的地表信息采集。3.1.2地面测量地面测量是利用测量仪器对地面点进行测量，获取地理信息的一种方法。地面测量具有精度高、可靠性好等特点，适用于小范围、高精度要求的地理信息采集。3.1.3GPS测量全球定位系统（GPS）测量是利用卫星信号对地面点进行定位，获取地理信息的一种方法。GPS测量具有定位精度高、速度快、适用范围广等优点，适用于各类地理信息采集。3.1.4地理信息系统（GIS）数据采集地理信息系统（GIS）数据采集是指通过现有GIS软件平台，对地理信息进行整合、编辑、更新的一种方法。GIS数据采集具有数据集成度高、更新速度快、易于管理等特点，适用于各类地理信息数据的采集与更新。3.2地理信息数据预处理地理信息数据预处理是对采集到的地理信息数据进行整理、加工、转换的过程，以保证数据的准确性和可用性。以下是地理信息数据预处理的几个关键环节：3.2.1数据清洗数据清洗是指对地理信息数据进行检查、纠正、删除错误或异常数据的过程。数据清洗主要包括以下内容：纠正位置信息错误；删除重复数据；填充缺失数据；检查数据完整性。3.2.2数据整合数据整合是指将不同来源、不同格式、不同比例尺的地理信息数据进行整合，形成统一的数据集。数据整合主要包括以下内容：坐标系统转换；数据格式转换；数据比例尺匹配。3.2.3数据转换数据转换是指将地理信息数据转换为其他格式或系统，以满足特定需求。数据转换主要包括以下内容：矢量数据与栅格数据转换；不同GIS软件平台数据转换；数据导出与导入。3.3地理信息数据质量控制地理信息数据质量控制是对采集和处理后的地理信息数据进行质量评估和改进的过程，以保证数据的准确性、可靠性和可用性。以下是地理信息数据质量控制的几个关键环节：3.3.1数据质量评估数据质量评估是对地理信息数据的质量进行量化评价，包括以下内容：准确性评估：评价数据与实际情况的相符程度；完整性评估：评价数据集的完整性；一致性评估：评价数据集内部各部分之间的逻辑关系是否一致。3.3.2数据质量改进数据质量改进是指针对数据质量评估中发觉的问题，采取相应的措施进行改进。数据质量改进主要包括以下内容：数据纠正：对错误数据进行纠正；数据补充：对缺失数据进行补充；数据优化：对数据结构进行优化，提高数据查询和分析效率。中的应用第四章遥感技术及其应用4.1遥感技术基本原理遥感技术是利用航空器和卫星等远距离感知平台，通过不同波段的传感器获取地表信息的技术。其基本原理是，地表物体对电磁波的反射、辐射和散射特性不同，遥感传感器接收到的电磁波信号经过处理后，可以得到地表物体的信息。遥感技术的基本环节包括：传感器设计、平台选择、数据采集、数据处理和信息提取等。其中，传感器是遥感技术的核心，它决定了遥感数据的质量和精度。4.2遥感图像处理与分析遥感图像处理与分析是遥感技术应用的重要环节。主要包括以下内容：（1）图像预处理：包括辐射校正、几何校正、图像增强等，旨在消除遥感图像中的误差和噪声，提高图像质量。（2）图像分类：根据遥感图像中像素的灰度值、纹理、颜色等特征，将图像划分为不同的类别，以便进行后续的分析和应用。（3）图像融合：将多源遥感图像进行融合，提高图像的空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率，以便更有效地提取地表信息。（4）图像分析：利用遥感图像分析地表物体的空间分布、数量、质量等特征，为测绘工程提供基础数据。4.3遥感技术在测绘工程中的应用遥感技术在测绘工程中具有广泛的应用，以下列举几个典型应用领域：（1）地形测绘：利用遥感图像获取地表高程信息，制作数字高程模型（DEM），为地形测绘提供基础数据。（2）土地利用调查：通过遥感图像分析，获取土地利用类型、分布和变化情况，为土地资源管理和规划提供依据。（3）城市规划：利用遥感图像进行城市现状调查、规划设计和环境监测，为城市规划提供科学依据。（4）环境保护：遥感技术可以监测地表水质、大气污染、植被覆盖等环境状况，为环境保护提供数据支持。（5）灾害监测与评估：遥感技术可以实时监测自然灾害（如洪水、地震、泥石流等）的发展态势，为灾害预警、应急响应和灾后评估提供信息支持。遥感技术的发展，其在测绘工程中的应用将越来越广泛，为我国测绘事业的发展提供有力支持。第五章全球定位系统（GPS）技术5.1GPS技术基本原理全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）是由美国国防部研制的一种全球卫星导航系统。其基本原理是通过一组卫星发射导航电文，用户接收这些电文，并根据电文中的时间信息和卫星的位置信息计算出接收器的位置。GPS系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户部分。空间部分包括一组导航卫星，它们在地球轨道上按照一定的轨道运行。地面控制部分负责监控和管理这些卫星，保证它们正常工作。用户部分则包括各种类型的接收器，用于接收卫星发射的导航电文。GPS定位的基本原理是测量卫星信号到达接收器的时间，从而计算出接收器与卫星之间的距离。通过测量至少四颗卫星的距离，可以确定接收器的三维位置（纬度、经度和高度）。5.2GPS测量方法GPS测量方法主要有以下几种：（1）静态测量：静态测量是指在长时间内（通常为数十分钟至数小时）对同一地点进行观测。这种测量方法精度高，但需要较长的观测时间。（2）快速静态测量：快速静态测量是在短时间内（通常为几秒钟至几分钟）对同一地点进行观测。这种测量方法精度较高，但观测时间较短。（3）动态测量：动态测量是指在运动过程中对目标进行观测。这种测量方法适用于实时导航和定位。（4）差分测量：差分测量是指通过在两个或多个观测点同时进行观测，消除误差，提高定位精度。差分测量分为单点差分、伪距差分、载波相位差分等。5.3GPS技术在测绘工程中的应用GPS技术在测绘工程中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：（1）大地测量：利用GPS技术进行大地测量，可以精确测量地球表面上的点、线、面的位置，为地理信息系统提供基础数据。（2）工程测量：在工程测量中，GPS技术可以用于施工放样、地形测绘、桥梁和隧道变形监测等。（3）海洋测绘：利用GPS技术进行海洋测绘，可以精确测量海洋地形、海深等数据，为海洋资源开发和海洋环境保护提供支持。（4）航空航天测绘：GPS技术在航空航天测绘中，可以实时获取飞行器位置，为航测和遥感提供定位数据。（5）交通导航：GPS技术在交通导航中，可以为车辆、船舶、飞机等提供实时、准确的定位信息，提高导航精度。（6）地震监测：利用GPS技术监测地壳运动，可以为地震预警和研究提供数据支持。（7）气象监测：GPS技术可以用于气象监测，通过测量大气中的水汽含量，为气象预报提供依据。（8）灾害监测与救援：在自然灾害发生时，GPS技术可以实时获取受灾地区的地理位置信息，为救援工作提供决策依据。第六章地籍测绘6.1地籍测绘概述地籍测绘是测绘工程与地理信息技术领域的重要组成部分，其主要任务是对土地的权属、界址、面积、用途等信息进行准确、详尽的测量与描述。地籍测绘具有法律效力，为国家土地管理、土地资源开发与保护、房地产管理等方面提供基础数据。地籍测绘主要包括地籍调查、地籍测量和地籍图编制三个环节。地籍调查是对土地权属、界址、面积等信息的收集与核实；地籍测量是对土地界址点、界址线和高程进行精确测量；地籍图编制是将地籍测量成果以图形和文字的形式表达出来。6.2地籍测量方法地籍测量方法主要包括以下几种：（1）传统测量方法：采用经纬仪、水准仪、全站仪等仪器进行地面测量。这种方法操作复杂、劳动强度大，但精度较高。（2）全球定位系统（GPS）测量方法：利用卫星信号进行定位，具有速度快、精度高、操作简便等优点。适用于大规模、高精度地籍测量。（3）航空摄影测量方法：通过航空摄影获取地表图像，再利用图像处理技术提取地籍信息。这种方法适用于地形复杂、植被覆盖较好的地区。（4）激光扫描测量方法：利用激光扫描仪对地表进行扫描，获取高精度三维数据。适用于城市地籍测量和地形变化较大的地区。（5）遥感技术：通过遥感图像获取地籍信息，具有覆盖范围广、更新速度快等优点。适用于大规模、快速获取地籍信息。6.3地籍信息管理系统地籍信息管理系统是对地籍信息进行有效管理、分析与服务的计算机系统。其主要功能如下：（1）数据采集与录入：对地籍调查、测量成果进行整理、录入，形成地籍数据库。（2）数据管理：对地籍数据进行查询、修改、删除等操作，保证数据的准确性、完整性和安全性。（3）数据分析：对地籍数据进行统计分析，为土地管理、规划决策提供依据。（4）图形输出：将地籍图、宗地图等图形数据输出，供有关部门使用。（5）信息服务：为企事业单位和公众提供地籍信息查询、咨询等服务。地籍信息管理系统的建立，有助于提高地籍测绘工作效率，实现地籍信息资源的共享与利用，为我国土地管理事业提供有力支持。第七章工程测量7.1工程测量基本概念工程测量是测绘工程的重要组成部分，旨在通过对工程对象进行精确的测量、计算和分析，为工程设计和施工提供可靠的基础数据。工程测量主要包括平面测量、高程测量和空间测量三个方面。平面测量：是指在地面上确定点的平面位置和高程的测量工作。平面测量主要包括距离测量、角度测量和方位测量等。高程测量：是指确定地面点高程的测量工作。高程测量分为绝对高程测量和相对高程测量，其中绝对高程测量以某一基准面为基准，相对高程测量以某一假定高程面为基准。空间测量：是指确定地面点在空间中的位置和形态的测量工作。空间测量主要包括三维坐标测量、空间角度测量和空间形态测量等。7.2工程测量方法工程测量方法主要包括以下几种：（1）常规测量方法：包括皮尺测量、水准测量、经纬仪测量等。常规测量方法设备简单，操作简便，但测量精度较低，适用于一般工程测量。（2）全站仪测量：全站仪是一种集角度测量、距离测量、高程测量于一体的自动化测量设备。全站仪测量精度高，速度快，适用于高精度工程测量。（3）全球定位系统（GPS）测量：GPS测量利用卫星信号，通过测量卫星到接收机的距离，确定接收机的位置。GPS测量具有全球覆盖、高精度、实时动态等特点，适用于大规模、高精度工程测量。（4）三维激光扫描测量：三维激光扫描测量利用激光束对被测对象进行扫描，获取大量空间点坐标，从而实现对被测对象的三维建模。三维激光扫描测量具有精度高、速度快、数据丰富等特点，适用于复杂工程测量。7.3工程测量成果与应用工程测量成果主要包括以下几方面：（1）地形图：地形图是表示地面高低起伏、地貌形态的图形。地形图在工程设计和施工中具有重要作用，可以为工程设计提供基础数据，指导施工人员进行施工。（2）工程图纸：工程图纸是表示工程对象的形状、尺寸、位置等信息的图形。工程图纸是工程设计、施工和验收的重要依据。（3）测量数据报表：测量数据报表是对测量数据的整理和汇总，包括测量点坐标、高程、距离等数据。测量数据报表为工程设计和施工提供详细的基础数据。工程测量成果在以下领域得到广泛应用：（1）城市规划与设计：地形图和工程图纸为城市规划、建筑设计提供基础数据。（2）交通工程：工程测量为道路、桥梁、隧道等交通工程设计、施工和验收提供依据。（3）水利工程：工程测量为水库、水电站、渠道等水利工程设计和施工提供数据支持。（4）土地资源调查：工程测量为土地资源调查、土地利用规划提供基础数据。（5）环境保护与治理：工程测量为环境保护、治理工程设计、施工提供数据支持。第八章数字地面模型8.1数字地面模型概述数字地面模型（DigitalTerrainModel，简称DTM）是描述地表形态和特征的空间数据模型。它以离散的数据点形式，表示地表的高程信息。数字地面模型在测绘工程与地理信息技术领域具有重要意义，为地形分析、工程设计、城市规划等提供了基础数据。数字地面模型根据数据来源和表示方法的不同，可分为以下几种类型：（1）数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM）：以离散的数据点表示地表高程信息。（2）数字地形模型（DigitalTopographicModel，简称DTM）：包含高程信息和其他地形属性，如坡度、坡向等。（3）数字表面模型（DigitalSurfaceModel，简称DSM）：包含地表建筑物、植被等要素的高程信息。（4）数字地形分析模型（DigitalTerrainAnalysisModel，简称DTAM）：在数字地形模型基础上，进行地形分析得到的模型。8.2数字地面模型的建立数字地面模型的建立主要包括以下步骤：（1）数据采集：通过野外测量、航空摄影、卫星遥感等手段获取地表高程数据。（2）数据预处理：对采集到的数据进行质量检查、去噪、插值等处理，提高数据精度和可靠性。（3）数据组织：将预处理后的数据组织成规则或不规则的网格，形成数字地面模型。（4）地形分析：根据数字地面模型，计算地形属性，如坡度、坡向、汇流累积量等。（5）模型优化：对数字地面模型进行优化，提高其精度和实用性。8.3数字地面模型的应用数字地面模型在测绘工程与地理信息技术领域具有广泛的应用，以下列举几个典型应用领域：（1）地形分析：通过数字地面模型，可以进行地形坡度、坡向、汇流累积量等分析，为工程设计、土地利用规划等提供依据。（2）工程设计：在道路、水利、建筑等工程设计中，数字地面模型可以提供地形数据，辅助设计人员制定合理的工程方案。（3）城市规划：数字地面模型可以用于城市地形分析、景观规划、城市绿化等方面，为城市规划提供科学依据。（4）环境保护：通过数字地面模型，可以分析地形对生态环境的影响，为环境保护提供数据支持。（5）军事应用：数字地面模型在军事领域具有重要作用，如地形匹配、目标定位等。（6）灾害预警与评估：利用数字地面模型，可以分析地形对自然灾害的影响，为灾害预警和评估提供依据。（7）农业生产：数字地面模型可以用于农业土地评价、作物布局等方面，提高农业生产效益。第九章地理信息可视化9.1地理信息可视化概述地理信息可视化是指将地理信息通过图形、图像和动画等形式直观地表达出来，以便于人们更好地理解和分析地理数据。地理信息可视化在测绘工程与地理信息技术领域具有重要作用，可以有效地提高地理数据的可读性、可理解性和可用性。9.1.1地理信息可视化的意义地理信息可视化具有以下意义：（1）提高信息传输效率：通过图形、图像等直观表达方式，使地理信息传递更加高效。（2）提升决策支持能力：地理信息可视化有助于发觉数据之间的关联性，为决策者提供有力支持。（3）增强公众参与度：地理信息可视化使非专业人士也能轻松理解地理数据，提高公众参与度。9.1.2地理信息可视化的分类地理信息可视化可分为以下几类：（1）矢量数据可视化：将矢量数据以图形、图像形式表达，如地图符号、线状符号等。（2）栅格数据可视化：将栅格数据以图形、图像形式表达，如遥感影像、DEM等。（3）三维可视化：将地理数据以三维形式展示，如地形模型、建筑物模型等。9.2地理信息可视化方法9.2.1基本方法（1）符号法：通过地图符号表示地理要素，如点状符号、线状符号、面状符号等。（2）颜色法：利用颜色差异表示地理要素的不同属性，如等值线图、色阶图等。（3）等值线法：将地理要素的属性值用等值线连接，如高程线、温度线等。9.2.2高级方法（1）三维可视化：利用三维图形技术展示地理数据，如地形模型、建筑物模型等。（2）动态可视化：将地理数据以动画形式展示，如交通流量、气候变化等。（3）空间分析可视化：将地理数据分析结果以图形、图像形式展示，如空间分布、空间关系等。9.3地理信息可视化软件应用地理信息可视化软件是地理信息可视化的重要工具，以下介绍几种常用的地理信息可视化软件：9.3.1ArcGISArcGIS是由美国ESRI公司开发的一款地理信息系统软件，具有强大的地理信息可视化功能。用户可以通过ArcGIS绘制地图、制作专题图、进行空间分析等。9.3.2QGISQGIS是一款开源的地理信息系统软件，支持