测绘学概论

第1页共10页测绘学概论学号:631301040116姓名：陈涛论文摘要：测绘学是一门古老的学科，有着悠久的历史。随着人类社会的进步、经济的发展和科技水平的提高，测绘学科的理论、技术方法及其学科内涵也随之不断发生变化。从测绘学的现代发展可以看出，现代测绘学是指地理空间数据的获取、处理、分析、管理、储存和显示的综合研究。它的研究内容则是确定地球和其它实体的形状和重力场和空间定位，利用各种测量仪器、传感器及其它组合系统获取地球及其它实体与时空分布有关的信息，制成各种地形图、专题图和建立地理、土地等空间信息系统。在以3S技术为首的各种现代科技的带动下测绘学包含了很多的种类，如：工程测量学、摄影测量学、地图制图学、控制测量学及观测误差与测量平差等。一、3S技术的理论及运用。（一）、全球卫星导航定位系统（GPS）。我们现在所说的全球卫星导航定位系统通常都是指美国的全球定位系统（GPS），该系统计划自1973年起步，1978年首次发射卫星，1994年完成24颗中等高度圆轨道（MEO）卫星主网，历时16年、耗资120亿美元。至今、已先后发展了三代卫星。整个系统由空间部分、控制部分和用户部分主成。空间部分设计为21颗卫星加3颗轨道备用我卫星，实际已有27-28颗在轨运行卫星，在地球上或近地空间任何时间至少可见4颗、一般可见6-8颗卫星。控制部分包括接收卫星下行信号数据并送至主控站，监控卫星导航运行和服务状态的监控站，卫星轨道第2页共10页估计、控制及负责定位系统管理的主控站以及将各种卫星纠正信息和调整命令注入卫星的注入站。而用户部分则主要是指各种GPS接收机，其由接收天线和信号处理显示两大部件主成，按用途可分为多种类型。它的工作原理是通过至少获取3颗卫星至测站的距离，建立三维坐标，然后利用三维坐标借助向量方程计算向量及向量的模长实现定位。而卫星至测站的距离，可以通过卫星发射的测距码获得，常称之为伪距观测量；也可以通过加载测距码和导航信息的载波的相位数测量获得，也称之为载波相位观测量。GPS在定位方面可以实现从亚毫米到米的不同定位精度；在定时方面可以实现从亚纳秒到微妙级的各种定时精度；在定位的时间影响方面，可以实现从0.05秒到几分钟、几小时的不同实时性要求；另外、还可从几米一直到几千米之间实现连续的静态和动态定位要求。除了怕被森林和高楼遮挡信号造成可见卫星过少外，GPS可以说是全球、全连续和全天候的。也正因为它有这样的特性，使得它在测绘这种高精度的定位、定时工作和其它方面拥有广泛的应用领域。在当今社会中，GPS技术凭借它高精度的特点已经深深的嵌入了海、陆、空中的高新科技领域，但是它依然还是具有很大潜在价值的前沿性研究领域，在未开的科学发展和时代进步方面都将发挥巨大的作用。第3页共10页（二）、遥感科学与技术（RS）。遥感顾名思义就是遥远的感知事物的意思，也就是不直接接触目标物体，在距离地物几千米到几百千米甚至上千千米的飞机、飞船、卫星上，使用光学或电子光学仪器（传感器）接收地面物体发射或发射的电磁波信号，并以图像胶片或数据磁带记录下来，传送到地面，经过信息处理、判断分析和野外实地验证，最终服务于各行各业。通常把这一接收、传输、处理、分析判断和应用遥感数据的全过程称为遥感技术。自然界中凡是温度高于绝对零度的物体都会发射电磁波，因此可以说所有的物体都会发射电磁波，对于不同的物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，因而具有完全不同的电磁波的反射特征。遥感技术正是利用传感器接收物体反射的电磁波，再通过一些仪器和方法对接收到的电磁波进行分析判断，得到电磁波的相关数据，然后根据这些数据制作出相关的图像胶片或数据磁带，将数据变成人们容易识别的信息来判断地面目标物体和有关现象的。遥感技术的应用范围非常广。在国家基础测绘方面利用各种分辨的遥感图像可以建立数字地球空间数据框架，能够形成反映地表景光的各种比例尺影像数据库（DOM）；可以利用立体重叠影像生成数字高程模型数据库（DEM）;还可以从影像上提取地物目标的矢量图形信息（DLG）。其次、由于遥感卫星能常年的、周期性的和快速的获取影像数据，这为空间数据库和地第4页共10页图更新提供了最好的手段。除此以外，遥感技术在铁路、公路线路选择及农林业的生长、防害监测等众多行业方面都有重要的用途。相信在未来的发展中，遥感技术必将依靠它的特点飞速发展并延伸，为测绘学和其它行业带来更多的便利，推进科技的进步。（三）、地理信息系统（GIS）。将各种地理现象进行抽象和信息编码，就形成了各种地理信息，亦称空间信息或地理空间信息。地理信息系统（GIS）即是人们通过对各种地理现象的观察、抽象、综合取舍，得到实体目标，然后对实体目标进行定义、编码、结构化和模型化，形成易于用计算机表达的空间对象，以数据形式存入计算机内，它是一种以采集、储存、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的信息系统。在GIS中人们通常将空间对象划分为四种几何类型：点、线、面和体空间。呈点状分布的通常有水井、乡村居民地、车站、工厂、医院、火山口、基地等，可以是单个位点，也可以是连片和分散状态等不同状况。呈线性分布的通常是河流、海岸、道路、地下管网和行政边界等，它们有单线、双线和网状之分。呈面状分布的一般是土地、森林、草原和沙漠等，它们都具有大范围连续分布的特征。呈体状分布的有云、水体、矿体和地铁站、高层建筑等，它们除了平面大小外，还具有厚度第5页共10页或高度。可以根据不同的需要依据地理信息系统开发不同的软件，服务于各行各业。在测绘科学方面可以根据地理信息系统直接的解读出一些地理分布和状况，能提供一些向导性的信息，避免无意义的盲目测量，这为测绘工作者带来了很大的方便。除此以外，GIS还涉及地理学、遥感科学与技术、计算机科学与技术等，特别是计算机制图、数据库管理等形成了GIS的理论和技术基础。二、测绘学的分类。（一）、工程测量学。工程测量学主要研究在工程建设各个阶段所进行的与地形及工程有关的信息的采集和处理、工程的施工放样及设备安装、变形监测分析和预报等的理论、技术与方法，以及研究对与测绘有关的信息进行管理和使用，它包含以工程建筑为对象的工程测量和以机器、设备为对象的工业测量两大部分。工程建设主要包括：工业与民用建筑、各种道路、桥梁、水利工程、地下工程、管线工程及城市和矿山的建设等。一般而言，工程建设分为规划设计、施工建设和运营管理三个阶段。规划设计阶段的主要工作是测绘各种比例尺的地形图，另外还要为工程、水文地质勘探以及水文测验等进行测量。对于重要的工程或地质条件不良地区的工程建设，则还要对地形的稳定性进行观测，工程测量中的地形测绘还包括水下地形测绘第6页共10页和各种纵横断面图的测绘。在施工设计阶段首先要根据工地的地形、地质情况，工程性质及施工组织计划等，建立施工测量控制网，然后，再按施工的要求，采用不同的方法，将图纸上所设计的抽象几何形体在现场标定出来，这也就是常说的施工放样。其中，施工放样的工作量很大，是施工建设阶段最主要的测量工作。在施工期间还要进行施工质量控制，为了监测工程进度，测绘人员还要作土、石方量测量，还要进行竣工测量，变形观测以及设备的安装测量等。在工程运营期间，为了监视工程的安全和稳定的情况，了解设计是否合理，验证设计理论是否正确，需要定期的对工程的动态变形如水平位移、沉降、倾斜、裂缝以及震动、摆动等进行监测，也就变形观测，同时还要进行经常性的检测盒调研。工程测量仪器是测量角度、边长、高度等几何量和空间位置的所有仪器的总称。角度测量的仪器主要是经纬仪，分为光学经纬仪和电子经纬仪两类。测量方位角的仪器称为陀螺经纬仪。目前测量距离精度最高的一种是双频激光干涉仪，而三维三维激光扫描仪本质上也是一种测角和测距的仪器，测距中的最大法宝却是GPS，它可测量地球空间中任意两点间的距离。高程测量也就是高差测量，通常的使用的仪器是电子水准仪。在测绘工作中，一般利用以上仪器选用合适的工程测量方法并可完成相关的测量工作。我认为，工程测量在一定程度上是一个综合测绘学各方面第7页共10页知识的学科分支，它要求测量人员具有扎实的理论知识，熟悉掌握各种测量仪器的使用方法，并且在工作中不断的吸收经验锻炼自己的实际操作水平，同时具有强健的身体也是从事此行业必要的条件，长期的野外考察等对身体有很高的要求。（二）、摄影测量学。通过“摄影”进行“测量”也就是摄影测量，具体而言就是通过量测摄影所获得的“影像”，获取空间物体的几何信息，它采用的原理是前方交会原理，其基本特点是：无需接触物体本身获得被摄物的信息；由二维影像重建三维目标；采用面采集数据的方式，同时提取物体提几何和物理信息。摄影测量可以分为航空摄影测量、航天摄影测量和地面（近景）摄影测量。航空摄影测量常用的方法就是将摄影机安装在飞机上对地面进行测量，常用的仪器是光学航空摄影机、数码航空摄影机。航天摄影测量则是将摄影机(称为传感器)安装在卫星上对地面进行测量，在卫星上应用的摄影机多数是由CCD组成的线阵摄影机。地面（近景）摄影测量时将摄像机安装在地面上进行测量，这种测量即可以利用测量专用的摄影机，也可以利用一般的摄影机进行。摄影测量最大的应用仍然是测绘地形图，但除此以外也用于数字高程模型与等高线测绘，数字纠正、正射纠正，三维景观影像与基于影像的三维建模等。作为一种新形式的测量方法，我认为摄影测量与遥感技术的结合凭借其不接触物体等特点必第8页共10页然在未来的测量工作和其它行业中发挥不可替代的作用。（三）、地图制图学。地图以特有的数学基础、地图语言和抽象概括法则表现地球或其它星球自然表面的时空现象，反映人类的政治、经济、文化和历史等人文现象的状态和发展变化。它具有可量测性、直观性和一览性，由数学要素、地理要素和辅助要素构成，一般可以分为普通地图和专题地图。普通地图是以相对平衡的详细程度表示水系、地貌、土质植被、居民地、交通网和境界等基本地理要素，专题地图则是根据需要突出反映一种或几种主题要素或现象的地图。普通地图的编制首先的注意地图要素的表示，如海洋要素、陆地水系、交通网、境界与地貌、居民地的表示等，在海洋等水系的表示时注意等深线及水域颜色的正确表示；地貌表示的主要方法有渲染法、等高线法和分层设色法等；居民地表示须注意通过圈形符号形状和尺寸的变化表示人口的数量；交通网和境界的表示则应分别注意水路交通、空中交通、管线运输与政区境界、其它境界等不同类型的正确表示。除表示外，地图编制的制图物体选取、制图物体概括和地图的设计也是需要特别注意的问题。普通地图的制作阶段包括数据输入、数据处理和数据输出。输入是指将作为编图的资料如地图资料、影像、照片等进行扫描或直接输入计算机；数据的加工处理则可以建立起新编地图的数据；数据的输出是将地图数据变成可视的模第9页共10页拟地图形式，可通过打印机打印、数字印刷等形式显示出来。专题地图编制相对于普通地图编制需注意的则是利用一些方法突出地图的专题内容。地图在我们生活中扮演的角色是不可替代的，在日常生活中我们到一个陌生的地方总会想到找一张当地的地图为我们指路；对军方而言地图的重要性自然是不言而喻的；而在测绘方面，地图可以为我们提供一些指导性思想，让工作人员做出有针对性和高效性的计划方案。（四）、控制测量学。控制测量学其实和大地测量学是相互包含的，控制测量指在一定区域内，按测量任务所要求的精度，测量一系列地面标志点（控制点）的平面坐标和高程，建立控制网。控制测量按工作内容可以分为平面控制测量（测定控制点平面位置）和高程控制测量（测定控制点高程），按用途又可以分为大地控制测量和工程控制测量。在控制测量中会假设一个静止不动海水面延伸并穿过大陆，包围整个地球，形成一个闭合曲面称为水准面，水准面因高度不同而有无数个，其中与平均海水面相吻合的称为大地水准面，它是外业测量的基准面。另外，铅垂线是外业测量的基准线，参考椭球面是内业工作的基准面。进行平面控制测量的主要目的是完成点位坐标的传递和控制，其基本技术包括水平角测量、距离测量、三角高程测量、卫星定位测量等。高程控第1