测绘学概论读书笔记

《测绘学概论》读书笔记一·绪论测绘学有着悠久的历史。古代的测绘技术起源于水利和农业。古埃及尼罗河每年洪水泛滥，淹没了土地界线，水退以后需要重新划界，从而开始了测量工作。公元前2世纪,中国司马迁在《史记·夏本纪》中叙述了禹受命治理洪水的情况：“左准绳,右规矩,载四时，以开九州、通九道、陂九泽、度九山”。说明在公元前很久，中国人为了治水，已经会使用简单的测量工具了。在随着历史的前进与人类的发展，人类活动与测绘信息变得紧密相关，密不可分时间，空间，属性是地理空间信息的三大要素，是人们在生活和一切活动中都会涉及的问题。在21世纪人类面临着四大挑战性问题：1.人口增加，需要有相应的良好深存条件；2.环境污染，需要时时生态环境监测，调查，评估和治理。3.资源耗矢，需要完整可靠的资源探测，合理开发和科学利用；4.灾害频发，需要及时准确的灾害预报，应急指挥，抢险救灾和灾后重建；面对这一系列问题，都需要测绘学来提供技术上的支持与帮助。如此重要的一门学科，对它的认识与发展，无疑也是漫长的。从1880年德国科学家F.R.Helmert把测定和描述地球表面的学科定义为“测地学”，到测绘学的现代概念：“研究地球和其他实体的与时空分布有关的信息的采集，量测，处理，显示，管理和利用的科学技术。”的发展过程中，测绘学的发展可以分为三个阶段既：传统测绘，数字化测绘，信息化测绘。传统测绘。利用模拟的方法测定和推算地面以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，编制全球或局部的地区的各种比例尺的普通地图和专题地图，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务。数字化测绘。将来源于与星载，空载和船载的传感器以及地面各种测量仪器所获取的地理空间数据，通过信息技术和数字化方法，利用计算机硬件和软件对这些地理空间数据进行测量，处理，分析，管理，显示和利用。其显著特征是：测绘仪器电子化与自动化，数据处理，计算机化，测绘生产与产品形式数字化，测绘成果分发网络化。信息化测绘。在完全网络运行环境下，利用数字化测绘技术为经济社会实时有效地提供地理空间信息综合服务的一种新的测绘方式和功能形态。其显著特征是:：地理空间信息的快速获取和实时更新；地理空间信息的智能化处理和一体化管理；地理空间信息的规模化生产和网络化信息分发；实现地理空间信息资源的融合，为社会经济提供多尺度，多时相，多形式的综合服务。在进入信息化测绘的阶段后，测绘学科的应用范围和服务对象从控制到测图的任务扩大到与地理空间信息有关的各个领域。特别是在建设“数字化中国”中构建用于集成各类自然，社会，经济，人文，环境等方面信息的统一的地理信息空间载体，既国家地理空间框架。为了更好的完成时代赋予测绘学的新的任务与内涵，测绘学也产生了大量的新的技术与学科列如新的技术有：全球导航卫星系统（GNSS）；卫星重力探测技术；航天遥感技术（RS）；数字地图制图技术；地理信息系统技术（GIS）；虚拟现实模型技术；新的学科有：卫星导航定位；航空航天测绘；地理信息工程等。向这些新的技术与学科，都包含，高精度，便捷，可视可触，直观立体，信息化，可模拟等优点，是的测绘学更好的为人类服务。二·大地测量学大地测量学是测绘的基础，也是国家地理信息的基础框架。我国的大地测量是随着中华人民共和国的诞生而起步的，经过近六十年来大地测量工作者的努力，我国大地测量为国民经济建设，国防建设提供了服务，为科学研究提供了大量精准的数据。大地测量学的任务就是获取和研究地球几何空间和地球重力场的静态动态信息。例如:确定地球大小，形状，旋转及其变化；确定地球上点的位置，高程以及它们的变化；提供地球上点的重力及其变化；为地理信息系统和测绘制图提供基础的框架；为经济和国防提供时空基准。大地测量学的学科体系分为：1.应用大地测量学；2.椭球面大地测量学；3.物理大地测量学；4.空间大地测量学。大地测量学的手段分为经典大地测量技术与空间大地测量技术。经典大地测量技术包含：1.经纬仪角度测量；2.水准仪高程测量；3.激光测距仪距离测量；4.重力仪重力测量。空间大地测量技术包含：1.甚长基线干涉测量；2.卫星激光测距；3.全球导航卫星系统；4.卫星测高；5.卫星重力测量。经典大地测量包含平面控制测量与高程控制测量。平面控制测量利用的是点位的传递与控制，运用几何知识前方交会法由已知两点算出第三点的位置，既把两个已知点的位置传递到第三个点处。在实际运用中主要是，在全国建立已知点，逐级（分为I~IV等控制网类型），布满全国，被称为大地控制网。为了满足各种不同的地理情况以及仪器需要大地控制网主要分为：测角三角网；边角导线网；测边网。其主要使用的仪器有：经纬仪，测距仪等。在平面控制测量中，有一个非常之重要的点——大地原点，亦称大地基准点，即国家水平控制网中推算大地坐标的起标点。位于咸阳市泾阳县永乐镇石际寺村境内。它的建立代表着我国测绘事业独立自主。在经济建设和科学技术研究方面发挥着举足轻重的作用。高程控制测量利用两点之间的位置高差建立垂直方向控制网的控制测量工作，在各国同样建立有高程控制网称为水准网与三角高程网，其主要仪器有水准仪和水准标尺。在高程控制测量中同样有一个举足轻重的点--水准原点亦是国家高程基准位于青岛的观象山，它的出现使得我国测绘技术得到了较大的发展，。比如全世界最高峰珠穆朗玛峰的海拔高度便是从位于青岛的这一国家水准原点测量计算出来的。椭球面大地测量学主要研究的方向有：地球形状；椭球面上几何元素之间的数学关系；椭球面上计算点的大地坐标，边长和方位角；椭球面上几何元素变换到平面上的投影；建立大地坐标系的理论与方法。人类对地球的认识就是椭球面大地测量学技术的发展的启蒙，从公元前六世纪毕达哥拉斯提出地圆说到公元前四世纪亚里士多德验证地圆说，到后来的十八世纪证实扁球说。到后期为了更好地研究一个椭球面，大地测量投影出现了其任务是用一定的数学公式把一个椭球投影到柱面上并展开，具体到实际在我国国家基本地形图法定为高斯-克吕各投影就是使用这种方法。物理大地测量与重力大地测量的主要任务是：建立国家重力基准网；确定区域的和地球重力场；确定区域的和地球的大地水准面。就我们已知的知识可以知道，重力场最后的形成是一个较为复杂的数学过程，必须要有观测数据，要用实践的数据来做依据，而其观测的方法有两个分别是相对重力测量和绝对重力测量。相对重力测量主要是通过测量两点之间的重力差来达到观测的目的，但是由于技术的限制在国内通过相对重力测量很难达到一个较高的精确度。绝对重力测量利用了自由落体原理，它主要被应用在建立高精度绝对重力网,监测重力场的非潮汐变化,并在海平面变化、地震、火山、构造运动及有关的环境变化、地质灾害的研究等科学领域。但是在全球海洋范围内要进行观测必须要依据大地水准面，对大地水准面的严密定义是：与不随时间变化的平均海面密合的重力等位面。大地水准面是我国国家高程基础。为了更好的的完成对地球重力的观测，我们开始使用空间技术进行大地测量，其中包括：全球导航卫星系统；卫星激光测距；甚长基线干涉测量；卫星测高；卫星重力测量；与此同时现代大地测量的特点也发生了相应的变化，其工作对象由静态转为动态；其工作范围由陆地推向海洋；其信息的获取由地面发展到空间；其数据处理由后处理发展到实时处理；其工作距离也由十千米量级发展到十的三次方千米量级；由单一的学科发展到与其他学科集成。在世界范围内，大地测量学都取得了长足的发展，我国也在大地测量学的发展中，完成了平面基准的现代化，它包含：采用地心三维坐标系；构建国家GNSS，CORS网；构建中国导航卫星系统。由于空间技术的定位及影像等的大多数成果，在客观上都是以地心坐标系为参照原点，因此采用地心三维坐标系对我国的测绘，航天等诸多高科技领域有着非凡的意义，我国也与2008年7月1日，采用地心三维坐标系CGCS2000。构建国家GNSS，CORS网是为了构建面向全国，为各行各业服务的，资源共享的卫星导航信息网。而在今后的几年中建设北斗二代导航系统，就是为了建立我国的拥有自主产权的导航卫星系统，它将是连续，全天候，被动式的三维地心坐标系统。届时其讯号范围会由中国及其周边地区扩大到全球范围。三．摄影测量学当前由于随着网络及信息时代的发展人类对地理空间信息越来越熟悉，加之地球上一切物体都与地理空间信息紧密相关。所以人类需要直观的获取地理空间信息由此诞生了摄影测量。摄影测量就是通过影像来获取空间地理信息的学科，通俗而言：摄影测量通过摄影，进行测量。一般来看普通摄影测量学，也使用前方交会原理，将测绘学使用的经纬仪换为照相机，拍摄两张照片，然后再影像上量测同名点，求取位置点坐标。由计算机视觉看摄影测量，就事使计算机具有通过二维图像认知三位环境的能力既使计算机具有人的视觉的能力。摄影测量学的基础就是两眼中的影像会有差异。归纳起来摄影测量学的最基本的流程就是，数据获取，数据处理，构建三维实体模型。所以从科学的角度来说摄影测量就是一门由二维影像来构建三维空间的这样的一门学科，其作用就是通过影像来对物体进行间接测量。我们根据影像获取的位置把摄影测量分为：航天摄影测量；航空摄影测量；地面摄影测量。它的任务就是测绘各种比例尺的地形图。摄影测量学经历了三个发展阶段：模拟摄影测量；解析摄影测量；数字摄影测量。摄影测量学所使用的仪器也由完全依赖于精密的光学仪器，发展到精密的光学仪器加计算机混合使用，到现在的计算机完全替代原来的光机仪器。摄影测量学中建立影像与被摄物体的关系尤为重要。四·地图制图学地图制图学是测绘中的一个重要学科，可以说地图就是测绘的结晶。地图具有三个特性：可量测性由特殊的数学法则产生可以量测距离，面基甚至是空间分析；由于使用地图语言（地图符号，地图色彩，地图注记）所产生的直观性，地图语言与实地被表现对象具有对应和解释关系，地图符号更有利于运用地图来表示各类地理现象；由于实施制图综合产生的一览性，随着地图比例尺的缩小，地图的面积减小不可能表示出地图上所有的物体，因此必须去掉其中的一部分，只保留较为重要的一部分，简化原来复杂的图形轮廓，减少分类分级，简化复杂的质量标志，通过制图综合，读者在阅读任何一种比例尺的地图时，都可以在一览之下获得制图区域的总体特征和最重要的地理信息。地图的内容分为：数学要数（坐标网，控制点，比例尺，定向）；地理要素（自然地理要素，社会经济要素）；辅助要素（用以帮助读图，用图及补充地图的其他要素）。为了跟好的为社会服务地图也可以更据不同的需求分为不同的类型：按内容可分为普通地图和专题地图；按比例尺可分为大比例尺地图，中比例尺地图和小比列尺地图；按表达方式可分为模拟地图，数字地图和电子地图；按制图区域分可按自然区和行政区细分；按使用方式可分为桌面用途，挂图，袖珍地图和电子地图；按地图维数可分为2维，2.5维，三维以及四维地图。众所周知制作地图是一件艰辛而又漫长的过程其中需要运用大量的数学基础其中利用到的有坐标系，地图投影，地图定向，地图比例尺。其中坐标系在大地测量学中所提到不再做详细介绍。地图投影就是将地球椭球面上的点投影到平面上的方法，地图投影的种类繁多，通常是根据投影性质和构成方法来分类的。但是由于地图投影所涉及的长度变形，方向变形，面积变形等问题使得地图投影中成千上万种方法里可实用的并不多。其按变形性质来分有等角投影，等面积投影，任意投影。按构成方法分类有方位投影，圆锥投影，圆柱投影。在地图上确定图形要素的地理方向叫地图定向除在小于1：10万的各种比例尺地形图上绘出三北方向（真北方向，坐标方向，磁北方向）外，其余地图均只标注真北方向。地图的比例尺有数字式，文字式与图解式。但在地图上通常采用几种形式配合表示比例尺的概念，常见的是数字式与图解式的配合使用。为了使地图变得清晰明了，地图语言功不可没。地图符号主要有点状符号（具有单点定位特性的符号，其本身不依比列尺），线状符号（指代在某个方向上延伸的线如道路符号，铁路符号），面状符号（指代一个空间的范围如绿地，湖泊）以及体积符号（表示具有体积特征的物体如等高