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测量学第1章绪论《现代普通测量学》教材内容分为两大部分•第一部分：基本部分（前10章）（1）第1、2章——测绘学概述与测量学基本概念（2）第3、4、5章——测量三项基本工作(H、β、D）（3）第6章——测量误差基础（4）第7、8章——控制测量（常规方法与GPS）（5）第9、10章——地理空间信息基础（主要内容：地形图基本知识、地形图测绘与应用、GIS概念）•第二部分：专业部分（后3章）（1）第11、12章——测设基本工作与施工测量（2）第13章——变形观测第１章绪论§1.1测绘学与测量学一、测量学与制图学统称为测绘学1.测绘学定义测绘学是研究地球整体及其表面和外层空间中的各种自然物体和人造物体的有关信息，并对这些地理空间信息进行采集、处理、管理、更新和利用的一门科学。测绘科学是国家一级学科,其二级学科包括:(１)本科生:测绘工程(２)研究生:大地测量学与测量工程、摄影测量与遥感、地图制图学与地理信息工程§1.1测绘学与测量学2.测绘学研究的具体内容（１）测量学——研究地球形状和大小(包括地球重力场)——确定地面点的空间位置(含地下和空间)（２）地图制图学——研究社会和自然信息的地理分布——绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图二、测绘学的分科１．大地测量学２．摄影测量与遥感学３．工程测量学４．海洋测量学５．地图制图学６．测绘仪器学７．普通测量学——几何(天文)大地测量学、物理(重力)大地测量学、卫星(空间)大地测量学——地面(近景)摄影测量学、航空摄影测量学、航天遥感测量学——普通工程测量学（包含土木、建筑、水利、交通、矿山测量等）、精密工程测量学、特种工程测量学——海洋水体测量学、水下地形测量学、航道测量——地图学与GIS、地图制图工程——光学测绘仪器学、电子测绘仪器学——局部地区地形测量与一般工程测量§1.2测绘学的发展现状一、测绘学的发展简史二、现代测绘学的发展现状三、我国测绘事业的发展四、地球空间信息学与现代测绘学的任务一、测绘学的发展简史(1)•世界最早的测量记载：公元前21世纪《史记.夏本记》记载“准、绳、规、距”•世界最早的地球球体说：公元前6世纪，古希腊毕达哥拉斯，地球自转•世界最早的测量仪器：公元前3世纪中国四大发明之一司南，即指南针•世界最早提出大地测量名词：公元前3世纪古希腊亚里士多德提出•世界最早的地图论著：公元前3世纪古希腊埃拉托色尼《地理学》提出经纬图，地球周长•世界最早的天文测量仪器：公元100年，中国东汉张衡，混天仪一、测绘学的发展简史(2)•世界最早的地图制图规范：公元265年，中国西晋裴秀《禹贡地域图》序言“制图六体”•世界最早的地形模型：公元421年，中国南朝谢庄制造《木方丈图》•世界最早的近代地球仪：1429年，德国白海姆制作•世界最早的地球投影：1569年，德国墨卡托投影•世界最早的望远镜：1608年，荷兰，汉斯发明望远镜•世界最早的近代测量工作：1617年，荷兰，斯纳尔在世界首次进行三角测量•世界最早的地球椭球论：1672年，法国里歇通过观测钟摆周期的实验，推论地球是椭球；1687年，英国牛顿在《自然哲学的数学原理》书中根据万有引力定律证明了地球是旋转椭球的理论一、测绘学的发展简史(3)高斯（C.F.Gauss，1777~1855年）世界近代测量史的杰出代表，现代测绘科学的奠基人，德国著名的数学家、物理学家、天文学家。•1794年，最早提出最小二乘法，奠定了的近代测量平差理论的基础，1809年正式发表（概率论创始人法国拉格朗日1806年发表最小二乘原理）•1822年，创立高斯投影理论，1912年由德国大地测量学家克吕格补充完善，正式建立高斯-克吕格投影和高斯-克吕格平面直角坐标系，简称高斯平面直角坐标系•1826年，创立三角测量控制网整体条件平差理论•1828年，提出平均海水面概念，为全球建立大地水准面作为高程基准面打下基础二、现代测绘学的发展现状(1)•望远镜的发明，推动了光学测量仪器（如光学水准仪、经纬仪）的发展和广泛使用•1859年第一台地形摄影机在法国制造，洛斯达开创了地面摄影测量方法•1903年飞机的发明，1915年第一台自动连续航空摄影机在德国蔡司测绘仪器厂研制成功，使航空摄影测量成为现实•1947年瑞典生产第一台光电测距仪，世界从此进入电子测量时代。随后相继出现了微波测距仪、激光测距仪、红外测距仪等•电子经纬仪+光电测距仪+计算机=电子全站仪二、现代测绘学的发展现状(2)•从游标经纬仪→光学经纬仪→电子经纬仪→电子全站仪→数字智能型全站仪•从光学水准仪→自动安平水准仪→电子水准仪→数字水准仪•从地面摄影测量→航空摄影测量→数字摄影测量→卫星遥感（RS）图像处理→三维激光扫描系统•从野外白纸测图→计算机机助制图→数字化自动成图→地理信息系统（GIS）•从全球卫星定位系统（GPS）→“3S”集成技术电子全站仪与工程测量光学自动安平水准仪与水准测量数字水准仪2、德国蔡司ZeissDiNi12数字水准仪(美国天宝Trimble)1、瑞士徕卡LeicaDNA中文数字水准仪数字水准仪航空摄影测量卫星遥感图像处理三维激光扫描系统地理信息系统GIS建库GPS用于大地测量05000100001500001000200030000500010000150000100020003000GPS用于军事飞行高度9,840英尺/3,000米GISDTM正射影像制图修测可视化影像分析分类地面处理GPS、GIS、RS——“3S”集成彩色多光谱三、我国现代测绘事业的发展•建立和统一了全国坐标系统和高程系统•建立了全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网、完成了大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测绘工作•进行了珠穆朗玛峰和南极长城站的地理位置和高程的测量•进行了如长江大桥、葛洲坝和三峡水电枢纽、宝山钢铁厂、正负电子对撞机和同步辐射加速器、核电站等大型和特殊工程的测量工作•能够生产各类测绘仪器如水准仪、经纬仪、测距仪、全站仪、GPS接收机等•已完成全国GPS大地控制网和GIS基础框架四、地球空间信息学（Geomatics)与现代测绘学的任务•Geomatics最早于1975年由法国人提出，是一门新兴的交叉科学，我国翻译为:地球空间信息学。定义：对所研究的物体，包括地球的整体及其表面和外层空间的各种自然和人造实体，利用接触与非接触式的测量仪器、传感器及其组合系统，对这些实体进行信息的采集、量测、存储、管理、更新、分析、显示、分发(传输)和利用的一门科学和技术四、地球空间信息学（Geomatics)与现代测绘学的任务•现代测绘学的任务：是研究人类对赖以生存的地球环境信息的采集、量测、描述和利用的科学。内容包括：地面空间定位、地球形状和重力场；获取地球及其外层空间宇宙星体的自然形态、人为设施以及与其属性有关的信息；制成各种地形图、专题图和建立地理信息系统，为研究地球上的自然和有关的社会现象，为社会可持续发展提供基础信息。五、普通测量学的任务•普通测量学定义：是研究地球形状和大小以及确定地球表面空间点位的科学•研究对象:地球表面•实质:确定地面点位•主要任务:包括测定和测设两大部分(1)测定:从地面→到图纸→供使用是人类认识自然的过程(2)测设:从图纸→到地面→作为施工依据是人类改造自然的过程测定——使用测量仪器和工具，通过测量计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图，供国家建设和科学研究使用。测设——把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置，通过野外测量的方法在地面上标定出来，作为施工的依据。§1.3测量学的应用和在土木建筑工程中的作用一、在国家经济建设中的应用1.工程建设的尖兵2.军事作战的眼睛3.科学研究的工具4.现代管理的基础（数字地球、数字中国和数字城市）§1.3测量学的应用和在土木建筑工程中的作用二、在土木建筑工程中的作用1.勘测设计阶段:测绘各种比例尺的地形图,供规划、设计使用2.施工阶段:施工测量、测设(施工放样)、竣工测量和变形观测3.运营管理阶段:建（构）筑物变形观测和安全监测预报、扩建改建§1.4学习测量学的目的和要求•掌握现代普通测量学的基本知识和基本理论•具有使用常规测量仪器的操作技能，了解先进测绘仪器的原理和使用方法•掌握大比例尺地形图测图原理和方法，了解数字测图过程，能正确使用地形图•掌握测量数据处理的基本理论和评定测量精度的一般方法•能正确使用测量仪器进行一般施工测量