测绘工程概论

1专题5：测绘工程概论IntroductiontoSurveyingEngineering东南大学交通学院测绘工程系胡伍生博士、教授、博导交通运输工程导论提纲1、测绘学定义2、测绘新技术（3S技术）3、测绘未来发展（Geomatics）4、交通测绘（学科交叉）5、东南大学测绘学科简介第1部分测绘学定义赫尔默特(Helmert)对“Geodesy”的定义(1880）测定和描述地球表面的科学“测地学”“大地测量学”FriedrichRobertHelmert(1843-1917)1.1测绘学的定义测绘学的基本概念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，获取地球自然表面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，为国民经济、国防建设以及地学研究服务。2传统测绘学的特征–地面观测技术–手工操作方式–劳动强度大–时间延续长–测量精度低–限于局部范围–静态测量–应用范围和服务对象窄测绘在快速发展…GPS接收机全站仪超站仪测绘科学与技术（0816）（1）大地测量学与测量工程：081601（2）摄影测量与遥感：081602（3）地图制图学与地理信息工程：0816031.2测绘学科研究体系框架1.3测绘学研究内容3（1）大地测量学与测量工程：081601★物理大地测量——研究地球形状及其外部重力场。在更深层次上参与解决地球科学面临的重大科学问题。研究地球深部构造和动力过程以及海洋动力学等科学问题。★卫星大地测量——研究利用卫星技术，获得距离，距离差和角度等观测值，通过数据处理，从中提取位置、速度等信息。卫星大地测量学是当代高新技术在测量中的具体体现，它的出现给大地测量、乃至其他诸多学科带来了革命性的变化。★地球物理大地测量——研究地球动力学问题。精密监测各种尺度的许多地球物理现象。★精密工程测量——精密工程测量服务对象的主要特点是工程投资规模大、结构复杂，建设周期长、精度要求高。已从经典理论和传统仪器方法向现代理论和自动化仪器方法方向发展。与其他相关学科，如计算机科学、自动控制、系统工程、地质学、建筑工程等学科相互交叉和渗透，是测量工程中发展最活跃、最具有生命力的研究方向。（1）大地测量学与测量工程：081601★工程形变与灾害预报——工程的形变监测分析与灾害预报是近30年发展起来的新兴学科方向。由工程学引发的灾害预报，需要结合工程地质、结构力学、水文学等相关学科的信息和方法，引入数学、数字信号处理、系统科学以及非线性科学的理论来研究灾害发生的机理和早期预报的方法，为工程设计和灾害防治提供科学依据。★测量数据处理理论与方法★卫星定位与导航技术及其应用★3S技术集成及其应用★精密交通工程测量技术及应用★地下工程测量技术★动力大地测量与时空参考系★工业测量系统与测量机器人★交通工程设施变形监测与分析★工程专题信息系统研究与应用（2）摄影测量与遥感：081602★图像信息处理与应用——研究数字图像的处理、分析与识别的算法、地形图扫描影像的自动识别技术、遥感影像目标的自动提取技术、影像压缩与编码技术、多种影像信息的融合技术、小波理论、分形理论及人工神经网络理论的应用。★三维重建理论与方法——主要研究三维重建的基本理论和方法，重点研究城市景观、工业摄影测量、医学图像、数字城市等方面的三维重建问题。★数字摄影测量——主要研究数字摄影测量的理论和方法以及数字摄影测量系统的开发。主要研究的热点问题有：基于摄影几何的摄影测量、三线阵CCD影像处理、机载/车载测图系统、GPS辅助空中三角测量、POS理论与方法、图像处理与信息提取、三维重建、高空间分辨率遥感卫星影像几何处理等。★航空、航天摄影测量——研究航空航天影像自动解译和高分辨率航天影像摄影测量的理论与方法、高光谱航空航天影像的处理与应用以及进化计算方法在航空航天摄影测量中的应用。（2）摄影测量与遥感：081602★目标识别与跟踪——在探求人类视觉机理和计算模型的基础上，研究静态和动态图像分析与理解，以及视觉模式识别的新理论和新方法，并结合实际应用，解决物理场景(如战场环境、停车场等)中的目标识别与跟踪问题。★近景摄影测量——研究以摄影和摄像手段获取工业目标或生物医学目标外形和运动状态的摄影测量处理的理论、系统设计和方法优化。★航空航天遥感系统设计与仿真★遥感信息机理及遥感信息质量控制★非地形摄影测量★航天摄影测量★空间影像信息系统（3）地图制图学与地理信息工程：081603★网络GIS研究——研究GIS技术与网络技术的结合、空间信息的网络化组织、存取与处理、网络GIS的体系结构及前沿理论与技术。★虚拟现实与仿真技术——研究三维空间数据模型与数据结构、三维地形可视化技术、真实感图形的生成算法、基于图像信息的三维建模技术以及虚拟GIS的理论与方法。★数字地球与数字城市——主要研究数字地球/数字城市系统的基本构成框架、信息共享、应用体系结构、3D-GIS、VR-GIS等方面的理论和技术及其应用工程设计。★GIS技术、GPS技术与RS技术集成理论与方法——将上述三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起，实现在线连接、实时处理和统一系统。重点研究GIS与RS，GPS与RS，GPS与GIS两两集成及GPS+RS+GIS，GPS+GIS+CCD的整体集成理论与关键技术。（3）地图制图学与地理信息工程：081603★地图学理论★数字地图分析与应用★空间信息多尺度处理★地图与地理信息系统自动综合★网格地理信息系统★移动地理信息系统★电子地图系统应用工程★数字地图制图方法与技术★地理信息系统工程与网络GIS应用★土地资源评价理论与方法★虚拟地理环境4第2部分测绘新技术（3S:GPS/RS/GIS）2.1GPS及应用*TheGlobalPositioningSystem•空间部分„24--27颗卫星„21000公里高度„6个轨道„发射L1=1.57542GMHL2=1.2276GMH两种调制测距信号C/A、P1、P2和广播星历的频率静态观测动态观测隔河岩水库蓄水现状图隔河岩大坝GPS监测网图隔河岩水库泄洪图隔河岩水利枢纽工程在1998年夏季的特大洪水中，错峰调节洪水，发挥了卓越的贡献。这与大坝外观变形GPS自动监测系统在恶劣环境下的实时监测，为大坝提供变形数据以确保大坝安全的前提下最大限度控制流量所发挥的作用是分不开的。★俄罗斯的GLONASS第二代GLONASS-M卫星第三代GLONASS-K卫星5★欧洲的Galileo系统„Galileo系统„27+3颗卫星„平均轨道高度约23616km„均匀分布于3个轨道面„轨道倾角56°„运行周期约12h★中国的北斗系统2.2RS及应用*一切无接触的远距离探测。（RemoteSensing)遥感的基本概念遥感卫星图遥感应用方面★我国政府极为重视遥感技术的发展和在国家建设中的应用，国家将遥感列入重点科技攻关项目和863攻关项目。™广泛渗入各地区和各业务部门：包括农业生产条件研究、作物估产、国土资源调查、土地利用与土地覆盖、水土保持、森林资源、矿产资源、草场资源、渔业资源、环境评价和监测、城市动态变化监测、水灾和火灾监测、森林和作物病虫害监测、气象监测，以及港口、铁路、水库、电站等工程勘测与建设的遥感研究，涉及到许多业务部门，从而极大地扩展了遥感的应用领域。™遥感在应用领域取得良好的经济效益和社会效益：据区域土地利用遥感调查资料表明，航空遥感与常规地面调查相比，时间仅为1／8，资金投入为1／3，人力仅1／16；如应用航空遥感制作1／10万土地利用图，资金为常规方法的1／10，时间为1／24，人力仅为1／36。我国在长江流域水灾监测中，使用了航空侧视雷达全天时、全天候成像，通过微波站或通讯卫星实时传输至国家防洪指挥中心，及时提供洪水的淹没范围情况，从而获得了准确的灾情数据，为抗洪救灾决策和灾情评估作出了重要的贡献。6应用－数字三维城市城市环境模拟分析洪水淹没分析噪音传播分析7911遭恐怖分子袭击前后纽约世贸大楼的比较受破坏的范围高耸的世贸中心姊妹楼及其辅助大楼已不复存在2.3GIS及应用ADefinitionofGISGISisaSystemofcomputersoftware,hardwareanddata,andpersonneltohelpmanipulate,analyzeandpresentinformationthatistiedtoaspatiallocation.--Amethodtovisualize,manipulate,analyze,anddisplayspatialdata*系统软件系统硬件空间数据用户GIS与相关学科与技术的关系☆测绘与地图制图☆资源调查与管理☆城乡规划☆灾害监测☆环境保护☆国防☆宏观决策支持地理信息系统的应用城市三维建模与可视化8旧城改造沿江大道规划第3部分测绘未来发展（Geomatics）3.1Geomatics地球空间信息学地球空间信息学的定义和研究范畴ISO对地球空间信息学的定义Geomaticsisafieldofactivitywhich,usingasystematicapproachintegratesallthemeansusedtoacquireandmanagespatialdatarequiredaspartofscientific,administrative,legalandtechnicaloperationsinvolvedintheprocessofproductionandmanagementofspatialinformation.Theseactivitiesinclude,butarenotlimitedto,cartography,controlSurveying,digitalmapping,geodesy,geographicinformationsystems,hydrography,landinformationmanagement,landsurveying,miningsurveying,photogrammetryandremotesensingISO的简明定义Geomaticsisthemodernscientifictermreferringtotheintegratedapproachofmeasurement,analysis,managementanddisplayofspatialdata9美国劳动部在2004年初已经将“地球空间信息技术”和“纳米技术”、“生物技术”一起列为正在发展中和最具发展前途的三大重要技术。地球空间信息学作为航天科学、信息科学与地球科学的交叉产物，在20世纪兴起，在21世纪将会形成一个空前未有的大好发展时期。视频1：空中看江苏视频2：东京车顶装有一台GPS接收机和两台数字相机（768*484像素）3.2移动测量车GPS接收机电子罗盘CCD相机车内装备3.3LIDAR技术激光三维扫描技术LiDAR----LightDetectionAndRanging，也叫机载激光雷达，是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，是GPS（全球卫星定位系统）、INS（惯性导航系统）和激光测距三大技术的集成应用系统。LiDAR系统工作示意图视频3：山海关漫游视频4：芬兰大学103.4全息术视频5：全息术3.5虚拟现实与时空信息处理视频6：可测量虚拟城市视频7：人类行为模拟第4部分交通测绘（学科交叉）交叉学科交通测绘与信息技术：082320★3S技术与精密交通工程测量★交通地理信息系统技术(GIS-T)★变形监测与灾害预报★遥感技术在交通工程中的应用★交通工程设施健康监测与分析★GPS在智能运输系统(ITS)中的应用★GPSRTK技术应用于公路勘测的研究★智能运输系统GIS设计的研究★基于GIS的公路环境影响综合评价方法★GPS、GIS在车辆实时监控中的应用★GIS在车辆导航系统中的应用研究☆润扬大桥测试【图片】（方案设计）☆道路勘测设计【视频8】（汤山路设计）☆3S技术