测绘学概论——精选推荐

测绘学概论

第⼀章 总 论

主要内容§1-1 测绘学的基本概念与研究内容

§1-2 测绘学的历史发展

§1-3 测绘学的学科分类

§1-4 测绘学的现代发展

§1-5 测绘学的科学地位和作⽤

§1-1 测绘学的基本概念与研究内容

主要内容：

⼀、测绘学的基本概念

⼆、测绘学研究内容

⼀、测绘学的基本概念1．初始概念

是⼀门以地球为研究对象，对它进⾏测定和描绘的科学。按照这样的概念，测绘就是利⽤测量仪器测定地球表⾯⾃然形态的地理要素和地表⼈⼯设施的形状、⼤⼩、空间位置及其属性等，然后根据观测到的这些数据通过地图制图的⽅法将地⾯的⾃然形态和⼈⼯设施等绘制成地图。

⼀般情况下，这种概念的测绘⼯作限于较⼩区域的测量和制图，将地⾯当成平⾯，不考虑地球曲率的影响。例如进⾏⼩地区的地形图测绘。

地球表⾯并不是平⾯，测绘⼯作的范围也不限于较⼩的区域，尤其当代测绘科学技术的应⽤领域不断扩⼤，其⼯作范围不仅是⼤区域(如⼀个国家，⼀个地区，甚⾄进⾏全球的测绘⼯作)，在这种情况下，测绘⼯作和测绘学所要研究的问题就变得复杂多了。即：测绘学不仅研究地球表⾯的⾃然形态和⼈⼯设施的⼏何信息的获取和表述问题，还要把地球作为⼀个整体，研究获取和表述其⼏何信息之外的物理信息(如地球重⼒场及其随时间变化的信息)。另外，随着科学技术的发展和社会的进步，测绘学的研究对象不仅是地球，还需要将其研究范围扩⼤到地球外层空间的各种⾃然和⼈造实体。2．完整的概念

是研究实体(包括地球整体、表⾯以及外层空间各种⾃然和⼈造的物体) 与地理空间分布有关的各种⼏何、物理、⼈⽂及其随时间变化的信息采集、处理、管理、更新和利⽤的科学与技术。

针对地球⽽⾔，测绘学就是研究测定和推算地⾯及其外层空间点的⼏何位置，确定地球形状和地球重⼒场，获取地球表⾯⾃然形态和⼈⼯设施的⼏何分布以及与其属性有关的信息，编制全球或局部地区的各种⽐例尺的普通地图和专题地图，建⽴各种地理信息系统，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务。

从测绘学的基本概念可以看出，测绘学主要研究地球的地理空间信息，同地球科

学的研究有着密切的关系，因此测绘学可以说是地球科学的⼀个分⽀学科。

⼆、测绘学研究内容1．测量基准建⽴、确定地⾯点位的技术与⽅法

在已知地球的形状、⼤⼩及其重⼒场的基础上建⽴⼀个统⼀的地球坐标系统，⽤以表⽰地球表⾯及其外部空间任⼀点在这个地球坐标系中准确的⼏何位置。由于地球的外形接近⼀个椭球(称为地球椭球)，所以地⾯上任⼀点的⼏何位置可⽤这⼀点在地球椭球⾯上的经纬度和其⾼程表⽰。这需要研究地球重⼒场理论、确定地球椭球参数、建⽴测绘基准和坐标系统以及测定点的坐标的技术和⽅法。2．地形原图的测绘（或地理数据库的建⽴）

有了⼤量的地⾯点的坐标和⾼程，在此基础上可进⾏地表形态（⾃然形态，如⽔系、地貌、⼟壤和植被的分布，⼈⼯形态，如居民地、交通线和各种建筑物）位置的测绘⼯作。对于⼩区域的测绘⼯作可以利⽤普通的测量仪器，通过平⾯测量的⽅法直接测绘地形图；对于⼤区域的测绘⼯作，通常采⽤摄影⽅法，获得地表形态和⼈⼯设施空间分布的影像信息，根据摄影测量理论和⽅法，将地表形态和⼈⼯设施的影像信息⽤模拟的、解析的或数字的⽅式转变成各种⽐例尺的地形原图或形成地理数据库。3．研究地图制作的理论、技术和⼯艺

上述⽤测量仪器和测量⽅法所获得的⾃然界和⼈类社会现象的空间分布、相互联系及其动态变化信息，最终要以地图图形的形式反映和展⽰出来。为此要经过地图投影、综合、编制、整饰和制印，或者增加某些专门要素，才能形成各种⽐例尺的普通地图和专题地图。因此，传统地图学就是要研究地图制作的理论、技术和⼯艺。4．⾼精度测量⽅法的研究

各种经济建设和国防⼯程建设的规划、设计、施⼯和建筑物建成后的运营管理中，都需要进⾏相应的测绘⼯作，并利⽤测绘资料引导⼯程建设的实施，监视建筑物的形变。这些测绘⼯程往往要根据具体⼯程的要求，采取专门的测量⽅法。对于⼀些特殊的⼯程，还需要特定的⾼精度测量或使⽤特种测量仪器去完成相应的测量任务。5．海洋环境下测绘⽅法的研究

在海洋环境(包括江河湖泊)中的测绘⼯作，同陆地测量有很⼤的区别，主要是测量内容综合性强，需多种仪器配合完成多种观测项⽬，测区条件⽐较复杂，海⾯受潮汐、⽓象因素等影响起伏不定，⼤多数为动态作业，观测者不能⽤⾁眼透视⽔域底部，精确测量难度较⼤，因此要研究海洋⽔域的特殊测量⽅法和仪器设备，如⽆线电导航系统、电磁波测距仪器、⽔声定位系统、卫星组合导航系统、惯性组合导航系统以及天⽂⽅法等。6．研究观测数据处理和平差问题

测绘学中有⼤量各种类型的测量⼯作，需要⼈⽤仪器在⾃然环境中进⾏观测。由于测量仪器构造上的缺陷、观测者的技术⽔平及⾃然环境因素的变化，对测量⼯作都会产⽣影响，给观测结果带来误差。因此必须研究和处理这些带有误差的观测值，设法消除或削弱其误差，以便提⾼被观测量的质量，这就是测绘学中的测量数据处理和

平差问题。7．测绘学在各个领域内的应⽤研究

测绘学的研究和⼯作成果最终要服务于国民经济建设、国防建设以及科学研究，因此要研究测绘学在社会经济发展的各个相关领域中的应⽤。§1-2 测绘学的历史发展

主要内容：

⼀、测绘学有悠久的历史

⼆、⼈类对地球的认识

三、地图的演变及其制作⽅法

四、测绘仪器的发展

⼀、测绘学有悠久的历史

测绘技术起源于社会的⽣产需求，随着社会的进步⽽发展。在埃及肥沃的河⾕与平原上发现的证据表明，早在公元前1400年，就已有地产边界的测定，开始了测量⼯作。在公元前3世纪前，中国⼈已知道天然磁⽯的磁性，并已有了某些形式的磁罗盘。公元前2世纪，我国司马迁在《史记·夏本纪》中叙述了禹受命治理洪⽔⽽进⾏测量⼯作的情况，所谓“左准绳，右规矩，载四时，以开九州、通九道、陂(bēi)九泽、度九⼭”。这说明在上古时代，中国⼈为了治⽔就已经会⽤简单的测量⼯具了。

⼆、⼈类对地球的认识

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。

三、地图的演变及其制作⽅法

测绘学的研究成果主要是地图，地图的演变及其制作⽅法的进步是测绘学发展的重要标志。1．公元前25世纪～3世纪刻在陶⽚、铜板等材料上的地图(如右图)。

这些原始地图只是根据⽂字记述或见闻绘成的极为简单的略图，其可靠性⾃然很差。2．公元前3世纪，绘制经纬线的地图(如图)。

3．公元前168年，地图有了⽅位、⽐例尺和⼀定的精度

中国长沙马王堆汉墓中绘在帛(bó)上的地图(如图)。4．公元2世纪提出将地球曲⾯表⽰为平⾯的地图投影问题

希腊的托勒密在他的巨著《地理学指南》⾥汇集了当时已明确的有关地球的⼀般知识，阐述了编制地图的⽅法，并提出将地球曲⾯表⽰为平⾯的地图投影问题。5．从16世纪起可绘制国家规模的地形图，表⽰⽅位、⽐例精确，且有缩编成不同⽤途和⽐例尺的地图

6．20世纪60年代后，出现了数字地图和电⼦地图，形成地图制图与地理信息系统学科

四、测绘仪器的发展

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。§1-3 测绘学的学科分类

主要内容：

⼀、⼤地测量学

⼆、摄影测量学

三、地图制图学(地图学)

四、⼯程测量学

五、海洋测绘学

⼀、⼤地测量学1．⼤地测量学含义

它是研究地球的形状、⼤⼩和重⼒场，测定地⾯点⼏何位置和地球整体与局部运动的理论和技术的学科。

①测定地球的⼤⼩：是指测定地球椭球的⼤⼩；

②研究地球的形状：是指研究⼤地⽔准⾯的形状(或地球椭球的扁率)；

③研究地球重⼒场：是指利⽤地球的重⼒作⽤研究地球形状等。

④测定地⾯点的⼏何位置：是指测定以地球椭球⾯为参考⾯的地⾯点位置。

2．⼤地测量⽅法

1)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。2)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。3) 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。

⼏何法和物理法称为传统⽅法，卫星定法称为现代⽅法。随着⼤地测量点位测定精度的⽇益提⾼，⽤现代⼤地测量⽅法可以研究和测定地球的运动状态及其地球物理机制。

⼆、摄影测量学1．摄影测量学的含义

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。2．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。