测绘学概论论文

简议测绘学一、总述作为一门有着悠久历史的科学，测绘学起源于人们的生产实践，并随着社会的发展而不断发展。从公元前1400年的古埃及河谷和平原发现的证据所表明的地产边界的测定，到公元前3世纪中国人磁罗盘的制作；从以毕达哥拉斯(Pythagoras)、亚里士多德(Aristotle)为代表的学者们提出的地圆说，到近代牛顿(J.Newton)、惠更斯(C.Huygens)的地扁说,再到利斯汀（Listing)提出的大地水准面，直至后来的莫洛坚斯基（Molodenskey)理论。这些众多的科学史实说明了，测绘学与人们的生活息息相关，并且随着时间不断发展和完善。进入近现代，两次工业革命彻底改变了科技的发展速度和发展轨迹，信息技术革命给科技发展注入了更强的动力。随着科学技术质和量的飞跃，测绘学也取得了长足的发展进步。远远超越原始最基本的简单测量，测绘学的理论和方法发生了巨大的变化，测绘学逐渐成为一个由大地测量学、摄影测量学、地图制图学、工程测量学、海洋测绘学、全球卫星导航定位技术、遥感科学和技术、地理信息系统等细小分支所构成的日趋完整且日渐严密的科学系统，并且在现代的国民经济和国防建设中发挥着越来越重要的作用。二、测绘学主要分支的概述：1.大地测量学大地测量学主要研究地球表面及其外层空间点位的精密测定、地球的形状、大小和重力场，地球整体和局部运动，以及它们的变化的理论和技术。作为一门古老而又年轻的科学，是地球科学的一个重要分支。其基本目标是测定和研究地球空间点的位置、重力及其随时间变化的信息，为国民经济建设和社会发展、国家安全以及地球科学和空间科学研究等提供大地测量基础设施、信息和技术支持。现代大地测量学与地球科学和空间科学的多个分支相互交叉，已成为推动地球科学、空间科学和军事科学发展的前沿科学之一，其范围也已从测量地球发展到测量整个地球外空间。更具体的讲，大地测量学的基本任务是：1）建立和维护高精度全球和区域性大地测量系统与大地测量参考框架；2）获取空间点位置的静态和动态信息；3)测定和研究地球形状大小、地球外部重力场及其随时间的变化；4)测定和研究全球和区域性地球动力学现象；5）研究地球表面观测量向椭球面和平面的投影变换及相关的大地测量计算问题；6）研究新型的大地测量仪器和大地测量方法；7）研究空间大地测量理论和方法；8)研究月球和行星大地测量理论和方法。同时，现代大地测量具有六个特点：长距离，大范围；高精度；实时，快速；“时间维”；地心；学科的融合。关于这些特点，这里不再赘述。大地测量学服务对象主要是经济建设、资源与环境发展、空间技术和航天技术、地球自装与地球动力学、国防安全和军事信息化。它是组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的一个数理基础，也是描述、构建和认知地球，进而解决地球科学问题的一个时空平台。2.摄影测量学摄影测量学主要利用摄影手段获取目标的影像数据，研究影像的成像规律，对所获取的影像进行测量、处理、判读，从中提取目标物的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。它的基本原理来自于测绘的交会方法。值得提出的是，摄影测量不仅仅可以测量一个空间的点，而且能利用影像重建空间的三维物体的模型。正是由于“左右视差较”，构建了摄影测量的基础，即从不同的角度所获得的影像是不一样的。摄影测量就是利用立体像对的影像之间的移位构建立体模型，进行测量。根据对地面获取影像是摄像机安放的位置的不同，摄影测量可以分为航空测量摄影（摄像机安装在飞机上，对地面摄影）、航天摄影测量（摄像机安装在卫星上、对地面进行摄影）、地面（近景）摄影测量(摄像机安置在地面上进行测量）三种。当前，摄影测量的最大应用仍然是测绘地形图。除此之外，还可以应用于国防和经济建设，如土地、矿山、水利、水电资源调查、规划、城市规划、工程设计、考古等领域。其中，基于摄影测量与计算机视觉的技术越来越广泛地应用于各个领域，建立空间物体的三维数字表面模型（DigitalSurfaceModel,DSM)，让影像展示出一个更加具体，更加真实的模型。还有城市建模，基本原理是利用DSM与相应的影像结合，实现城市建模，这在现代城市规划建设中发挥着非常重要的作用。3.地图制图学地图制图学主要研究地图制作的基础理论、地图设计、地图编制和制印的技术方法及其应用，其具体研究内容一般包括地图设计、地图投影、地图编制、地图印制和地图应用这几项。可测量性、直观性、一览性是地图的三大特性，地图的内容由数学要素、地理要素和辅助要素组成，可分为普通地图和专题地图。普通地图的编制过程主要又由地图设计阶段和地图制作阶段组成。至于专题地图，由于要表现地图的主题，所以它有十种表示方法，其编制过程与普通地图的编制区别不是太大。正是由于地图在经济建设、国防军事、科学研究、文化教育等领域有广泛的应用，地图制图学在实际生产生活中的作用不可或缺。需要突出的是，在当前信息高速发展的现代社会，由地图制图学衍生出的电子地图为人类的生活带来了巨大的便利。电子地图有动态性、交互性、无级放缩、无缝拼接等众多特性，在日常生活中作用巨大。例如，电子地图可帮助人们选择行车路线，制定旅游计划，车载GPS的应用就是这方面的代表。在航海中，电子地图可将船的位置实时显示在地图上，并随时提供航线和航向。除了在导航中的运用，电子地图还可在规划管理、交通旅游、军事指挥、防洪救灾等其他领域发挥不可取代的作用。近年来，以信息论、模型论、认知论为代表的新理论被引进地图学，使地图制图学有了比较明显的发展，但它仍有巨大的发展空间。地图自动制图综合仍是世界地图科学的难题之一，地图制图学仍然还有很长的一段路要走。4.工程测量学工程测量学主要研究在工程建设和自然资源开发各个阶段进行测量工作的理论和技术。它是测绘学在国民经济、社会发展和国防建设中的直接应用，因此包括规划设计阶段的测量、施工建设阶段的测量和运行管理的测量。工程测量学的研究应用领域既有相对的稳定性，又是不断变化的。总的来说，它主要包括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。它的历史悠久，贴近人类的生产实践。工程建设中的测量工作主要包含三部分，即规划设计阶段、施工建设阶段、运行管理阶段，最基本的任务可以概括为两点：一是确定现实世界中被测对象上任意一点在某一坐标系中用二维或三维坐标来描述的位置，称为测量；二是将设计的或具体的物体根据已知数据安置在现实空间中的相应位置，称为放样或测设。运营的工具主要有角度测量仪器、距离测量仪器、高程测量仪器、坐标测量仪器和其他测量设备。具体来说，工程测量学主要包括工程控制网的布设、施工放样与设备安装测量、工程变形监测分析与预报和不动产测绘这几个大项，直接应用于现实生活的生产建设。工程测量学的发展趋势主要为：测量内外作业的一体化，数据获取及处理的自动化，测量过程控制和系统行为的智能化，测量成果和产品的数字化，处理信息管理的可视化，信息共享和传播的网络化等共“六化”。特点可以总结为十六字：精确、可靠、快速、简便、实时、持续、动态、遥测。工程学的发展主要表现在从一维、二维到三维乃至四维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工测量到无接触遥测，从周期观察到持续观察，测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学势必在今后的社会中发挥出更大更显著的作用。5.海洋测绘学海洋测绘学主要研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制理论和方法，主要包括海洋大地测量、海道测量、海底地形测量、海洋专题测量以及航海图、海底地形图、各种海洋专题图和海洋图集的编制。它是海洋测量和海图绘制的总称，其任务是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础地理信息，编制各种海图和航海资料等。众所周知，海洋面积占地球总面积的71%，其蕴藏着巨大的自然资源，海洋具有越来越重要的战略和经济地位，这是使海洋测绘学成为一门非常重要学科的主要原因。可以说，海洋测绘在人类开发和利用海洋活动中扮演着“先头兵”的重要角色，是一项基础而又十分重要的工作。具体来说，海洋测绘包括海洋测量、各种海图的编绘及海洋信息的综合利用和管理，包括海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋水文测量、海洋大地测量、水深测量、海洋定位、海底地形地貌测量、海洋工程测量等等细小分支。其中，海洋大地控制网、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋定位等领域已有中国是一个海洋大国，拥有漫长的海岸线和辽阔的海域领土。人们对于海洋的开发和利用还只是很小的程度，海洋测绘学注定有它巨大的发展潜力和空间。以上就是当今传统测绘学几个重要分支学科的当前发展状况。三、测绘学的现代发展然而，随着空间技术、计算机技术和信息技术以及通信技术的迅猛发展，测绘学不再仅仅局限以前所形成的体系，它与一些高尖端的技术融合，出现了“3S”技术为代表的现代测绘科学技术，从而使测绘学从理论到手段发生了根本性的变化，成为一门与时代接轨、充满高精尖技术的科学。在这些新技术中，主要有卫星导航定位技术GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)、航天遥感技术RS(RemoteSensing)、数字地图制图技术（DigitalCartography)、地理信息系统技术GIS（GeographicInformationSystem)、3S集成技术（IntegrationofGPS、RSandGIStechnology)、卫星重力探测技术（SatelliteGravimetry)、虚拟现实模拟技术（VirtualRealityTechnology)等。1.全球卫星定位导航系统我们知道，定位就是测量和表达某一地表特征、事件或目标发生在什么空间位置的理论和技术。导航，则是对运动目标，通常是指运载工具如飞船、飞机、船舶、汽车、运载武器的实时、动态定位，即三维位置、速度和包括航向偏转、纵向摇摆、横向摇摆三个角度的姿态的确定。由此，定位是导航的基础，导航是目标或物体在动态环境下位置与姿势的确定。早期的多普勒频移现象使科学家提出了卫星定位和动态目标导航的初步概念，这就是卫星定位和导航时代的开端。全球卫星导航定位系统都是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统。目前，正在运行的有美国的全球卫星定位系统（GPS)和俄罗斯的全球卫星定位系统（GLONASS)目前中国的“北斗”导航系统和欧盟的“伽利略（GALILEO)”导航系统也正在建设中。其中，以美国的GPS最为成熟，目前主要表现在卫星系统、定位方法和接受机三个方面的迅速发展。GPS在科学研究、工程技术、军事等领域具有重大作用。总之，全球卫星导航定位技术的应用领域，上至航空航天，下至捕鱼、导游和农业生产，已经无所不在了。“GPS的应用，仅受人类想象力的制约。”2.遥感科学与技术遥感泛指通过非接触触感器遥测物体的几何与物理特性的技术。一般采用的遥感技术分类是先按照传感器记录方式的不同分为图像方式和非图像方式两大类，再根据传感器工作方式的不同又各自分为被动方式和主动方式两种。被动方式是指传感器本身不发射信号，而是直接接收目标物辐射和反射的太阳散射；主动方式是指传感器本身发射信号，然后再接收目标物反射回来的电磁波信号。遥感信息获取的关键是传感器，主要有光传感器、红外传感器和微波传感器。遥感技术的应用涉及各行各业，其中在国家基础测绘和建立空间数据基础设施，在铁路、公路设计，农业，林业，煤炭工业，油气资源、地质勘探，水文学和水资源研究，海洋研究，环境监测，洪水灾害监测与评估，地震灾害监测等方面有重要的作用。此外，值得注意的是，遥感技术在航空航天领域有重要的意义，我国在这一方面也有中大成就。3.地理信息系统地理信息系统是一种以采集、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。它主要涉及测绘学、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、摄影测量与遥感和计量地理学形成了