控制测量学

《控制测量学》教学大纲

课程英文名称：Control Surveying

课程代码：b206130130

课程类别：专业必修课

开课时间：第四学期

总学时：64

总学分：3.5

考核方式：考试

先修课程：测量学、高等数学、误差理论与测量平差

适用专业：测绘工程专业

开课单位：地理信息与旅游学院

一、课程概述

控制测量学是测绘工程专业的一门专业基础课程。该课程主要讲述了控制网的布网方法，精密控制测量的施测方法，控制测量的内业数据处理，主要包括地面观测值归算至椭球面和椭球面元素归算至高斯投影平面的计算。课程共64学时，3.5学分，其中理论部分48学时，实践部分16学时。理论部分包括绪论、地球椭球的基本知识、坐标系统的建立与转换、控制网的技术设计、平面控制网的布设与实施、高程控制网的布设与实施、将地面观测成果归算至高斯平面等。实践部分包括控制网的设计与踏勘选点、控制网的数据采集、控制网的数据处理、全站仪三角高程测量、精密水准仪的使用及精密水准测量等。考核以笔试考试的形式进行，主要考查地面观测值归算至椭球面、椭球面元素归算至高斯投影平面的计算、高程控制网和平面控制网的布设及实施、独立坐标系的建立等基本内容。

二、课程目标

通过本课程的学习，让学生掌握建立工程测量控制网、国家测量控制网的原理、方法，包括水平控制网和高程控制网的布设原则、技术设计、精密测角、测距及测高程的方法，掌握控制测量的内业数据处理过程、方法，具备进行整套工程控制测量工作的能力。

（一）知识目标

1.掌握工程测量控制网、国家测量控制网的原理及布网原则。

2.掌握精密测角、测距及测高程的方法，掌握控制测量的内业数据处理过程、方法。

3.掌握将地面观测成果归算至高斯平面的归算过程。

（二）能力目标

1.具备控制网技术设计能力。

2.外业仪器操作及内业数据处理能力。

（三）素质目标

1.培养学生吃苦耐劳的工作态度

2.培养学生严谨细致的工作作风

3.培养学生团结协作的团队意识

三、课程内容与要求

1. 学时分配表

2. 教学内容和要求

第一章 绪论

教学内容：

第一节 控制测量学的基本概念

1.控制测量学的定义与分类

2.控制测量学的任务和作用

第二节 控制网的布设方法

1．平面控制网的布设方法

2．高程控制网的布设方法

第三节 控制测量学发展概况

1.测量技术的发展

2.数据计算与管理方法的发展

3.我国控制测量技术的发展

教学要求：

通过本章的学习，让学生掌握控制网的布设方法，理解控制测量学的定义、任务和作用。了解控制测量学发展概况。

教学重点与难点：

重点：掌握控制网的布设方法

难点：无

第二章 地球椭球的基本知识

教学内容：

第一节 地球椭球的概念

1．大地水准面的概念

2．大地水准面与似大地水准面

3.地球椭球、参考椭球和总地球椭球

第二节 地球椭球的基本参数及相互关系

1.地球椭球的基本参数

2.椭球参数的相互关系

第三节 椭球面上的计算

1．子午圈曲率半径的计算

2．卯酉圈曲率半径的计算

3.任意方向法截线的曲率半径

4.平均曲率半径及相互关系

5.子午线弧长的计算

6. 平行圈弧长的计算

7.椭球面上梯形面积的计算

第四节 大地线

1．相对法截线

2．大地线的基本知识

教学要求：

通过本章的学习，让学生了解地球椭球、大地水准面、似大地水准面、大地线的概念、理解椭球的参数及其相互关系，掌握子午圈、卯酉圈、任意方向的法截线的曲率半径以及子午线、平行圈的计算。

教学重点与难点：

重点：子午圈、卯酉圈、任意方向的法截线的曲率半径以及子午线、平行圈的计算。

难点：子午圈、卯酉圈、任意方向的法截线的曲率半径以及子午线、平行圈的计算。

第三章 坐标系统的建立与转换

教学内容：

第一节 椭球面上的坐标系

1．椭球面上的坐标系的建立

2．坐标系之间的相互关系

第二节地球的运转与时间系统

1．地球的运转

2．时间系统

第三节参考系的定义与分类

1．参考系的分类

2．大地测量参考框架

第四节参心坐标系

1．参心坐标系的建立

2．椭球的定位与定向

3.大地原点的确定

4.代表性的参心坐标系

第五节地心坐标系

1．地心坐标系的产生于分类

2．地心坐标系的建立

3.代表性的地心坐标系

第六节站心坐标系

1．垂线站心直角坐标系

2．法线站心直角坐标系

第七节坐标系统的转换

1．空间直角坐标系之间的转换

2．不同大地坐标系的转换

3.站心坐标系的转换

教学要求：

通过本章的学习，让学生了解椭球面上的坐标系的建立以及相互关系。理解参心坐标系的建立过程，掌握不同坐标系之间的相互转换。

教学重点与难点：

重点：空间直角坐标之间的相互转换以及不同大地坐标系之间的转换

难点：空间直角坐标之间的相互转换以及不同大地坐标系之间的转换

第四章 控制网的技术设计

教学内容：

第一节 国家平面控制网的布设方案与原则

1.国家平面控制网的布设原则

2.国家平面控制网的布设方案

第二节 工程平面控制网的布设原则与方案

1．工程平面控制网的布设原则

2．工程平面控制网的布设方案

第三节 平面控制网的技术设计

1．资料的收集与分析

2．控制网的图上设计

3.控制网的优化设计

4.平面控制网技术设计书的编制

第四节 平面控制网的踏勘选点与标识埋设

1．踏勘选点

2．标识埋设

第五节 高程基准

1．高程基准面

2．水准原点

3.水准面的不平行性及其影响

4.高程系统

第六节 高程控制网的布设原则与方案

1．国家高程控制网的布设原则与方案

2．城市与工程建设高程控制网的布设

第七节 高程控制网的设计、选点与埋石

1．高程控制网的技术设计

2．水准点标识的埋设

教学要求：

通过本章的学习，让学生掌握工程平面控制网的技术设计，了解高程控制网的布设原则及方案。

教学重点与难点：

重点：平面控制网的技术设计

难点：无

第五章 平面控制网的布设与实施

教学内容：

第一节 水平角的观测

1．方向观测法

2．测站限差要求

3. 超限成果的取舍与重测

4. 测站平差

5.分组方向观测法

第二节 精密测角的误差来源与注意事项

1．仪器误差

2．外界条件的影响

3.观测误差的影响

4.精密测角的基本原则

第三节 精密距离测量

1．精密距离测量的基本原则

2．气象改正

3.仪器常数误差改正

4.归算改正

第四节 精密距离的误差分析

1．测距误差的来源

2．测距精度的估算

第五节 精密距离的误差分析

1．测站点偏心观测及归心改正

2．照准点偏心观测及归心改正

3.归心元素的测定

教学要求：

通过本章的学习，让学生掌握平面控制网的实施，精密测角、测距的误差分析及精度估计。

教学重点与难点：

重点：精密测角、测距的误差分析及精度估计

难点：精密测角、测距的误差分析及精度估计

第六章 高程控制网的布设与实施

教学内容：

第一节 精密水准仪与精密水准尺

1．精密水准仪的特点

2．精密水准尺的特点

3.电子水准仪

第二节 精密水准仪与精密水准尺的检验

1．精密水准仪的检验

2．精密水准尺的检验

第三节 精密水准测量的实施

1．二等水准测量

2．二等水准测量的精度评估

第四节 精密水准测量的误差来源注意事项

1．仪器误差

2．自然条件的影响

3.观测误差

第五节 精密三角高程测量

1．三角高程测量概述

2．垂直角的观测与指标差的计算

3.球气差的影响与测定

4.精密三角高程测量精度分析

第六节 水准测量概算

1.水准标尺尺长误差及改正数的计算

2.水准面的不平行性及改正数的计算

3.水准路线闭合差的计算

4.高差改正数的计算

教学要求：

通过本章的学习，让学生掌握高程控制网的实施，以及精密水准测量的概算。

教学重点与难点：

重点：精密水准测量的概算

难点：精密水准测量的概算

第七章 将地面观测成果归算至高斯平面

教学内容：

第一节 将地面观测值归算至参考椭球面

1．水平方向观测值的归算

2．距离观测值的归算

第二节 地图投影的基本知识

1．地图投影的实质

2．地图投影的变形

3. 地图投影的分类

第三节 椭球面到平面的正形投影

1．正形投影的特点

2．正形投影的一般条件

第四节 高斯投影

1．高斯投影概述

2．高斯投影的分带

3.高斯平面直角坐标系的建立

4.高斯投影计算内容

5.高斯投影正反算与邻带换算

第五节 将椭球面元素归算至高斯平面

1．子午线收敛角

2．方向改化

3.距离改化

第六节 工程控制网常用的坐标系

1．长度综合变形

2．国家统一坐标系的局限性

3.工程测量平面控制网平差基准的选择方法

4.工程控制网中坐标系统的选择

教学要求：

通过本章学习，让学生掌握正行投影的特点及条件、高斯投影的计算内容、椭球面元素归算到高斯平面的计算内容以及工程常用控制网的坐标系的选择。

教学重点与难点：

重点：高斯投影的计算内容、椭球面元素归算到高斯平面的计算内容以及工程常用控制网的坐标系的选择

难点：高斯投影的计算内容、工程常用控制网的坐标系的选择

四、实验(实践)内容

1．实验项目与学时分配表

2．实验内容及教学要求

实验项目一：控制网的设计与踏勘选点

实验内容：

2、布设不少于5个点的三角网；

3、判断各控制点周围是否有不利于定点的因素，判断地质地貌是否适合定点；

4、判断控制点间是否通视；

5、选择适当的方式在实地定点；

6、填写每个点的点之记表格。

实验教学要求：

熟练掌握控制网踏勘选点的流程与注意事项。

主要仪器设备：

全站仪一套。

注意事项:

实验报告写作要求以及模板格式。

实验项目二：控制网的数据采集

实验内容：

1．四等三角网精密角度测量数据采集

实验教学要求：

熟练综合应用控制测量理论知识进行控制网的数据采集，在实验一布设的控制网的基础上进行精密角度测量数据采集。

主要仪器设备：

全站仪一套。

注意事项:

精密角度测量务必每站要符合四等三角网规范要求。

实验项目三：控制网的数据处理

实验内容：

1．运用南方平差易进行实验二的数据处理

2．运用科傻地面控制测量数据处理系统进行实验二的数据处理

实验教学要求：

能独立完成利用不同的内业处理软件进行实验二的内业数据处理。

主要仪器设备：

计算机。

注意事项:

对于碰到的外业数据不合格的情况能找到什么原因，并能解决。

实验项目四：全站仪三角高程测量

实验内容：

1．实验一布设的5个点进行三角高程网的数据采集

2．三角高程网数据的处理

实验教学要求：

每个小组能独立完成三角高程网的数据采集和数据处理。

主要仪器设备：

全站仪、计算机。

注意事项:

三角高程网的数据处理要符合规范要求。

实验项目五：精密水准仪与精密水准测量

实验内容：

1．实验一布设的5个点进行二等水准环线的施测

2．二等水准网的数据处理

实验教学要求：

每个小组能独立完成二等水准网的数据采集和数据处理。

主要仪器设备：

精密水准仪、计算机。

注意事项:

二等水准网的数据处理要符合规范要求。

五、教学建议

（一）方法手段

控制测量学是针对测绘工程专业的一门专业必修基础课程，教学方法主要采用多媒体教学、演示教学相结合的方式。其中控制网的布网方法，精密控制测量的施测方法，控制测量的内业数据处理，主要包括地面观测值归算至椭球面和椭球面元素归算至高斯投影平面的计算等内容采用多媒体教学方法，辅以板书等教学的方式进行，全站仪、精密水准仪的操作和使用采用演示教学的方式进行。

1、多媒体教学：理论教学采用多媒体教学方式进行，以教师演讲ppt为主，辅以板书。

2、演示教学：实践教学采用教师演示教学方式进行， 以教师现场操作为主，辅以学生分组练习。

（二）考核评价

本课程的考核方式为考试。课程考核结果由平时成绩（40%）和期末考核成绩（60%）两部分构成，其中平时成绩由作业、学生考勤、课堂提问和课内实践组成，具体占比见下表。

平时成绩=作业成绩（10%）+考勤成绩（10%）+课内实践成绩（80%）±课堂表现成绩

其中，各项成绩计算依据如下：

1、出勤成绩(10%)

出勤成绩=基准分-扣分项（最高扣分为20分）

基准分为90分，各项扣分依据如下：

学生旷课1次(2学时)，出勤成绩扣5分。事假（因个人、家庭、班级、班主任谈话等）每次（2学时）扣1分。病假（经校医务室批准休息或外出就医）不扣分。

全学期迟到不满两次不扣分，迟到三次及以上者，每次扣0.5分。早退每次扣1分。

2、作业成绩(10%)

作业批改按百分制计算，以5次随堂作业的评阅成绩加权平均获得。

3、课内实践（80%）

课内实践成绩按百分制计算，由实验数据（50%）、实验报告（50%）加权平均后，再减去实验考勤扣分获得,实验考勤扣分依据与课堂考勤一致。

课内实践=实验数据（50%）+实验报告（50%）-实验出勤扣分

4、课堂表现成绩(最高扣分为30分)

（1）积极主动回答教师提问，每答对1次，加1~2分。

（2）教师点名后回答提问，每答对1次，加1分。

（3）教师点名后拒不回答或不站立者，扣1分。

（4）上课不认真听讲、频繁小话或长时间聊天、每次扣1分。出现其它态度恶劣或影响正常上课每次扣2~5分。

（5）有其它表现突出事项可适当加1~5分。

期末考核采用闭卷考试的形式进行，以卷面成绩为准。

（三）习题课

无。

1. 教材选用

王岩 钱如友 周保兴 杨立君等. 控制测量学[M]. 北京：清华大学出版社，2015.

（五）课程资源

学习参考书：

1、孔祥元等. 大地测量学基础[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

2、宁津生等. 测绘学概论[M].武汉：武汉大学出版社，2004.

3、周忠谟等.GPS卫星测量原理与应用[M].北京：测绘出版社，1997.

4、武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础[M]. 武汉：武汉大学出版社，2003.

制定人(签字)： 钱如友审核人：制定时间：2017年10月20日