测绘学概论.

测绘学概论惯性导航系统数字照相机VISAT™移动制图系统GPS天线此次阅兵训练通过引进北斗定位技术等科技手段，极大提升了训练质量和效益。徒步方队可以做到人员站立2小时不动，正步行进200米、齐步行进1000米动作不变形，装备方队等速时间正负误差在0.3秒内，距离在正负10厘米以内；空中梯队达到了米秒不差。1.1测绘科学发展概述及作用地球的认识•测绘学的主要研究对象是地球，随人类对地球形状认识的逐步深化，要求精确测定地球的形状和大小，从而促进了测绘学的发展。•1.天圆地方说:人类最早对地球的认识为天圆地方。•2.地圆说:公元前6世纪才提出地球为球形的概念，此称地圆说。1个世纪后，通过采用在两地观测日影的方法，首次推算出地球子午圈的周长和地球的半径，证实了地圆说。•3.地扁说:到17世纪末，为了用地球的精确大小定量证实万有引力定律．英国的牛顿和荷兰的惠更斯首次从力学原理提出地球是两极略扁的椭球，称为地扁说。18世纪中叶，法国科学院在南美洲的秘鲁和北欧的拉普兰进行弧度测量，证实了地扁说。•4.地球的非椭球性认识•19世纪初，随着测量精度的提高，通过对各处弧度测量结果的研究，法国的拉普拉斯和德国的高斯相继指出地球的非椭球性，现在的研究结果证明地球总体上是一个梨形。•5.真实地球•1849年，英国的斯托克司(G..G..Stokes)提出由重力测量资料确定地球形状的完整理论和实际的计算方法。1873年，利斯廷(Listing)创造出“大地水准面”一词，以此面表示地球形状。直到1945年，前苏联的莫洛坚斯基(Molodenskey)创立了用地面重力测量数据直接研究真实地球自然表面形状的理论。测量仪器的发展•测绘学获取观测数据的工具是测量仪器,测绘学的形成和发展在很大程度上依赖测绘方法和测绘仪器的创造和变革。测绘仪器发展的几个重大阶段：1.简单测量工具的时代•17世纪前使用简单的工具，如中国的绳尺、步弓、矩尺等，以量距为主。2.经纬仪和水准仪的出现•1617年，荷兰的斯涅耳首创三角测量法，以代替在地面上直接测量弧长，从此测绘工作不仅量距，还开始了角度测量。1730年，英国西森制成测角用的第一台经纬仪，促进了三角测量的发展。随后陆续出现小平板仪、大平板仪以及水准仪，用于野外直接测绘地形图。3.测量数据处理方法的形成•1806年和1809年，法国的勒让德和德国的高斯分别提出了最小二乘准则，为测量平差奠定了基础。4.航空摄影测量方法形成•19世纪50年代，法国的洛斯达首创摄影测量方法。到20世纪初形成地面立休摄影测量技术。由于航空技术的发展,1915年测量制造出自动连续航空摄影机，可将航摄像片在立体测图仪上加工成地形图，因而形成了航空摄影测量方法。5.摆仪和重力仪的出现•摆仪和重力仪的出现使陆地和海洋上的重力测量工作得到相当迅速的发展，为研究地球形状和地球重力场提供了丰富的实地重力观测数据。6.测距仪和计算机制图的发展•20世纪50年代后测绘仪器向电子化和自动化方向发展，1948年出现电磁波测距仪，可精确测定几十千米的距离，在大地测量中发展了精密导线测量和三边测量。计算机的出现又有了自动绘图仪，实现制图的自动化。7.卫星定位和遥感技术的应用•自1957年前苏联第一颗人造卫星发射成功开始，测绘工作出现了新的飞跃，发展了人造卫星的测绘工作。卫星定位技术和遥感技术在测绘学中得到了广泛的应用，形成航天测绘。定义•测绘是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球定位系统（GNSS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）为技术核心，将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。••测量工作的实质是确定地面点的空间位置。测绘学的发展简史测绘学是技术性学科，它的形成和发展在很大程度上依赖测量方法和仪器工具的创造和改革。测绘技术发展的三个阶段原始技术阶段（初期发展阶段）光学机械技术阶段（迅速发展的中期阶段）计算机与电子技术阶段（近代测绘学阶段）初期发展阶段•古代的测绘技术起源于水利和农业，用于土地划分、河道治理及区域地图测绘等。•公元前21世纪，中国夏禹治水就使用简单测量工具测量距离和高低。•北宋时期，指南针已在航海事业中普遍采用测绳下悬铅垂测量海水深浅。•郑和七下西洋，编制了较为详细的航海图志。迅速发展的中期阶段17世纪初发明了望远镜。1617年创立的三角测量法，开始了角度测量,1730年英国的西森制成第一架经纬仪促进了三角测量的发展。到20世纪初，由于航空技术发展，出现了自动连续航空摄影机，可以将航摄像片在立体测图仪上加工成地形图，促进了航空摄影测量的发展。近代测绘学阶段20世纪50年代起，测绘技术朝着电子化和自动化发展。如：电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站仪、测量机器人、3S技术。今天，测量学成为一门综合科学。它综合了当代最先进的技术和设备，如遥感、通信、电子、微电子以及光学、机械、电子的实用技术设备。测绘学科的基本体系•大地测量学•摄影测量学与遥感•地图制图学与地理信息工程•工程测量学•海洋测绘学大地测量学•几何大地测量学•物理大地测量学•空间大地测量学大地测量学•几何大地测量学物理大地测量学•空间大地测量学大地测量方法•几何法•物理法•卫星法几何法•所谓几何法是用几何观测量(距离、角度、方向、高差)来建立水平控制网或高程控制网，提供地面点的水平位置或高程。如图所示为三角测量作业。物理法物理法是用地球的重力等物理观测量通过地球重力场的理论和方法推求大地水准面相对于地球椭球的距离(称为大地水准面差距)、地球椭球的扁率(地球形状)等。如图为重力测量作业。卫星法•卫星法是利用人造地球卫星观测量进行空间定位，提供地面点在地心坐标系中的三维坐标。如图为卫星定位作业。摄影测量与遥感•它是研究利用摄影或遥感的手段获取目标物的影像数据，从中提取几何的或物理的信息，并用图形、图像和数字形式表达测绘成果的学科。污染物非法排放监测AABBCC油污和浮游物排放污水水体植被土壤建筑主要研究内容•获取目标物的影像，对影像进行处理，将所测得的成果用图形、图像或数字表示。由于现代航天技术和电子计算机技术的发展，当代遥感技术可以提供比光学摄影所获得的黑白像片更为丰富的影像信息，因此在摄影测量学中引进厂遥感技术，促进了航天测绘的发展。罗马梵蒂冈大教堂,0.61m,真彩色罗马斗兽场（0.61米，真彩色）摄影测量学的分类•①航空摄影是在飞机或其他航空飞行器上利用航摄机摄取地面景物影像的技术。•②航天摄影航天摄影是利用航天飞行器(卫星、航天飞机、宇宙飞船)中的摄影机、遥感探测器获取地球图像资料和有关数据的技术。•③航空航天摄影测量是根据在航空或航天飞行器上对地摄取的影像获取地面信息、测绘地形图。•④地面摄影测量是利用安置在地面上基线两端点处的专用摄影机拍摄的立体像对，对所摄目标物进行测绘的技术。地图制图学与地理信息工程•是利用测量所得的成果资料，研究如何投影编绘和制印各种地图的工作，属于制图学的范畴。•传统的地图投影内容：•地图投影•地图编制•地图设计•地图制印•地图应用现代地图制图学的内容•主要内容：空间信息的采集，图形、图像处理功能的开发，组件式GIS技术，资源信息系统的标准化，空间数据库信息，信息系统模型的研究，GIS软件的研究。•此时地图是以数字形式存储在计算机中，称之为数字地图。工程测量学定义一：工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科。•定义二：工程测量学是研究各项基建工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。•定义三：工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。•总的来说工程测量学包括两大部分：1.以工程建筑为对象的工程测量2.以机器和设备为对象的工业测量第一部分工作内容包括：一．提供地物、地貌资料二．建筑物的施工放样三．各类工程建设物形变、山体地质灾害监测、机理解释和预报四．与研究对象有关的信息系统的建立和应用等第二部分工作内容包括：一．大型精密设备的安装和调试测量二．工业生产过程的质量检测和控制三．工程测量专用仪器的研制与应用工程测量学海洋测绘学•研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量及海图编制理论和方法技术的学科。研究内容：•海洋大地测量控制网•海洋测量的基准研究•海洋定位系统•卫星定位•声学定位•水深测量技术•海底地形及数字化技术•海洋地球物理测量等•主要是测量内容综合性强，需多种仪器配合施测，同时完成多种观测项目；•测区条件比较复杂，海面受潮汐、气象等影响起伏不定;大多为动态作业,测者不能用肉眼通视水域底部，精确测量难度较大。•一般均采用无线电导航系统、电磁波测距仪器、水声定位系统、卫星组合导航系统、惯性导航组合系统，以及天文方法等进行控制点的测定和测点的定位；采用水声仪器、激光仪器，以及水下摄影测量方法等进行水深测量和海底地形测量；采用卫星技术、航空测量以及海洋重力测量和磁力测量等进行海洋地球物理测量。测绘学的现代发展全球定位系统(GPS-GlobalPositioningSystem)•GPS是美国军方在1973年开始发展的新一代卫星导航和定位军事系统，由分布在6个轨道上的24个卫星组成。大约在1983年开始用于解决大地测量问题。它的基本定位原理是依据用户和4颗卫星之间的伪距测量，根据卫星在适当参考框架中的已知坐标确定用户接收机天线的坐标。信号由卫星发出，基本观测值是由卫星天线到接收机天线信号的传播时间间隔，然后用信号传播速度将信号传播时间换算成距离遥感(RS-RemoteSensing)•遥感(RS)是不接触物体本身，用传感器采集目标物的电磁波信息，经处理、分析后，识别目标物，揭示其几何、物理性质和相互联系及其变化规律的现代科学技术。物体的种类及所处环境不同，具有反射或辐射不同波长的电磁波的特性。遥感技术就是利用物体的这种电磁波特性，通过测量电磁波，从而判读和分析地表的目标及现象，达到识别物体及物体所在的环境条件的技术。地理信息系统(GIS-GeographicInformationSystem)•是在计算机软件和硬件支持下，把各种地理信息按照空间分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图和综合分析应用的技术系统。是将计算机技术与空间地理分布数据相结合，通过系列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计、政府行政职能和企业经营提供规划、管理和决策有用的信息，并回答用户提出的有关问题。3S技术的集成3S技术的集成，是GPS、RS、GIS技术的发展，并走向集成，是当前国内外的发展趋势。在3S技术的集成中，GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置；RS用于实时、快速地提供大面积地表物体及具环境的几何与物理信息，以及它们的各种变化；GIS则是对多种来源时空数据的综合处理分析和应用的平台。测绘学的科学地位和作用在科学研究中的作用•在科学研究中的作用由于现代测量技术已经或将要实现无人工干预自动连续观测和数据处理，可以提供几乎任意时域分辨率的观测系列，具有检测瞬时地学事件(如地壳运动、重力场的时空变化、地球的潮汐和自转变化等)的能力，这些观测成果可以用于地球内部物质结构和演化的研究，尤其是像大地测量观测结果在解决地球物理问题中可以起着某种佐证作用。因此，测绘学在探索地球的奥秘和规律、深入认识和研究地球的各种问题中发挥着重要作用。国民经济建设中的作用•测绘学在国民经济建设中的作用是广泛的。在经济发展规划、土地资源调查和利用、海洋开发、农林牧渔业的发展、生态环境保护以及各种工程、矿山和城市建设等各个方面都必须进行相应的测量工作，编制各种地图和建立相应的地理信息系统，以供规划、设计、施工、管理和决策使用。在国防建设中的作用•在现代化战争中，武器的定位、发射和精确制