测绘学概论.doc

测绘学概论测绘学起初的概是以地球为研究，对其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，然后通过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回执成地图。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，尤其是测绘科学技术的应用领域不断扩大，其工作范围不仅是一个国家或一个地区，有时甚至要进行全球的测绘工作。在这种情况下，测绘工作和测绘学所研究的问题就不像上面所说的那样简单，而是变得复杂多了。知道此时，测绘学不仅研究地球表面的自然形态和人工设施的集合信息获取和表述问题，而且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，如地球重力场的信息，以及这些几何和物理信息随时间的变化。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仅是地球，还需将其研究对象扩到到地球外层空间的各种自然和人造实体，甚至地球内部结构等。 因此，测绘学一个比较完整的基础概念是：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，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务。测绘学的历史发展在这门课中我了解了测绘学的悠久历史。测绘技术起源于社会的生产需求，随着社会的进步而向前发展。在埃及肥沃的河谷与平原上的证据证明，早在公元前1400年，就已有地产便边界的测定，开始了测绘工作。在公元前3世纪前，中国人已经之道天然此磁石的磁性，并已有了某些形式的磁罗盘。公元前两世纪，我国司马迁在史记.夏本纪中叙述了大禹受命治理洪水而进行测量工作的情况，所谓“左准绳，有规矩，载四时，以开九州、通九州、陂九泽、度九山”。这说明在古代，中国人为了治水就已经会用简单的测量工具了。而测绘学研究的就是地球，在漫长的历史进程中，人类对地球的形状认识经历了“地方-圆球-椭球-大地水准面-真实地球自然表面”的过程。而这一过程促使了测绘学理论和技术的发展，如距离、角度直至弧度测量技术的进步及确定地球形状理论的创立。 测绘学的学科分类（一）大地测量学大地测量学是一门古老而有年轻的科学，是地球科学的一个分支。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、国家安全及地球科学和空间可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以及空间科学的多个分支相互交叉，已成为推动地球科学、空间科学以及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。大地测量是组织、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。而大地科学的作用有：经济建设，大地建设广泛运用于大范围、跨地区工程的精密测量控制，是确保工程规划放样到实地，确保按设计图纸实施的一种重要技术手段。因此，大地测量在国建基础设施建设、水利水电工程建设、能源枢纽工程建设、交通网络体系建设、国家工程规划和区域工程规划等国民经济建设诸多领域中发挥着重要作用。资源与环境发展，测定全球与局域重力场及其时变是大地测量的一个重要的内容，是勘测地下资源的重要手段，对矿藏和地下水之源的调查具有重要意义。大地测量形变监测是地壳运动监测不可缺少的重要技术手段，综合地壳形变和重力场测定的成果是地震、地质等灾害监测、分析和预报的一种基本技术手段。空间技术与航天工程，是关系到国家经济建设与国家安全利益的一项高新技术。地球自转与地球动力学，大地测量是地球自转与极移的定量及其时变测定的主要手段。国防安全与军事信息化，信息化、多兵种与武器协作是现代化军事技术的发展方向。现代大地测量学可以分为四个方向： 实用大地测量学；其基本任务是建立地面大地控制网，记忆精确可靠的地面点坐标、高程和重力值来实现大地测量系统。地面大地控制网大体分为平面控制网、高程控制网、重力控制网三类。其布设一般遵循“从大到小，逐级控制”的原则，从高级控制网通过几个等级过渡到实际业务工作需要的低等级控制网，包括测质地图所需的低级控制网，包括测质地图所需的低级控制网，其精度逐级缩短。 椭圆面大地测量学，其是实用大地测量数据处理的数学基础。这是因为:由于地球表面的弯曲，不同海拔高度处的地面几何观测量存在不同程度的形变；由于地球形状复杂，不同地理位置上铅垂线之间的关系非常复杂，而实用大地测量都是以铅垂线为依据的站心地平坐标系中进行的。为了对实用大地测量观测数据进行统一处理和表示，必须将观测数据归算到一个数学规则的椭球面上进行数字或几何的处理与表示。而为了将地球椭球面上的各种量归算到地图平面上相应的量，就要采用地图投影的数学方法。而一般在大于或等于1:50万比例尺的地形图中我国使用高斯-克吕格投影。 物理大地测量学，物理大地测量学主要研究运用重力等观测量确定地球的形状、地球外部重立场及其变化的科学。实用大地测量的观测都是在重力场内，以铅垂线为依据的站心地平坐标系中进行的。为了把这些观测数据归算到一个统一的大地坐标系中去，必须知道必须知道地球的大小、形状及其外部重力场。通过物理大地测量学，其主要内容有：研究地球形状及其外部重力场，发展重力场探测设备及探测方法，研究利用重力场理论和信息解决大地测量科学问题。 卫星大地测量学，卫星大地测量学是利用人造卫星进行精确测量，研究利用这些观测数据解决大地测量学问题的科学。其主要内容包括：建立和维持全球和区域性大地测量系统和大地测量框架，快速精确测量全球、区域或局部空间点的三维位置和相互位置关系，利用地面观测数据确定卫星轨迹，探测地球重力场及其时间变化，确定地区潮汐，监测和研究地球动力学，监测和研究地球电离层、对流层、海洋环流、海平面变化、冰川、冰原的时变。卫星大地测量技术技术手段运用甚广，可以进行卫星定轨的同时还可以精化地面站的地心坐标，解算地球重力场、地球自转参数以及相关的动力学参数。 我国大地测量是在建国之后才开始发展的1、1954年，由于缺乏天文大地网观测资料，我国暂时采用了克拉索夫斯基椭球，并与前苏联1942年坐标系统进行联测，通过算计建立了我国大地坐标系统，而称之为1954北京坐标系统。2、我国第一期水准网开始于1951年，到1976年基本完成。共完成一等测量路线约600000km，二等水准130000km，构成了基本覆盖我国大陆和海南岛的一、二等水准网。1957年建成黄海高程基准。一期水准网的的起算高程采用1956黄海高程基准。3、1957重力基本网4、20世纪50-70年代，采用天文重力水准技术，建立了我国1954北京坐标系统下的第一代似大地水准面CLQG60。5、1975年我国对世界最高峰珠穆朗玛峰的高程进行了测定。6、1972-1982年历时十年建立了中国天文大地网，1980西安坐标系统地大地原点位于西安市北60km处的泾阳县永乐镇，称为西安大地原点。7、1985年建成1985国家高程基准。并于1981年着手国家一等水准网加密和二等水准网的布设和观测工作，到1991年8月完成全部外业观测和内业数据处理工作，从而建立起我国新一代高程控制网的骨干和全面基础。8、中国国家A级和B级GPS大地控制网分别由30个点和800个点构成，中国国家A级和B级GPS大地控制网的点位均用水准进行了高程联测。9、利用已经建立的中国国家A级和B级GPS大地控制网提供的GPS水准数据和75 万个地面实测重力值，同时利用了不同卫星的多期测高数据，我国于2000年完成了2000国家似大地水准面CQG2000的计算。10、2002年完成了2000国家重力基本网的施测和计算。11、2003年完成了2000国家GPS网的计算。12、2005年我国对珠穆朗玛峰高程进行了新的精确测定。（二）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、及设备的安装、变形监测分析和预报等的理论、技术与方法。它是测绘学在国民经济建设和国防建设的直接运用。工程测量学是运用于工程建设，其有几个阶段。规划设计阶段，每项工程建设都必须按照自然条件和预期目的进行规划设计。在这个阶段的测量工作，主要是测绘各种比例尺的地形图，另外还要为整个工程、水文地质勘探以及水文测验等经行测量。对于重要工程或地质条件不良地区的工程建设，则还要对底层稳定性进行观测。工程规划设计阶段所用的地形图一般比例尺较小，可直接使用1:1万-1:10万的国家地形图系列。对于一些大型工程，往往需要专门测绘区域性或带状性地形图，一般采用航空摄影测量方法测图。施工建设阶段，工程建设的设计经过论证、审查和批准之后，即进入施工阶段。这时，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；然后再按照施工的要求，将图纸上设计的抽象几何实体在现场标定出来，使之成为具体积和实体，这就是常说的施工放样。施工期间还要进行施工质量控制，对于施工测量来说，主要是几何尺寸的控制，例如高耸建筑物的坚硬度、曲线、曲面型建筑的形态、隧道工程的断面等。为了监测工程进度，测绘人员还要作土、石方面的测量，还要进行竣工测量，变形观测以及设备的安装测量等，其中，机器和设备的安装往往需要达到计量级精度，为此、往往需要研究专门的测量方法和研究专用的测量仪器和工具。施工中的各种测量时施工管理者的耳目，监控着工程质量、工程加固措施的制定乃至施工设计部分改变都需要测量提供实时、可靠的数据。运行管理阶段，为了对工程进行有效的维护和管理，要建立变形监测系统。工程测量中，仪器起着决定性的作用。其有测量角度、边长、高差等几何量之分，也有常规测量仪器、现代测量仪器以及专用测量仪器之别。角度测量仪器主要是经纬仪，距离测量仪器包括皮尺、钢尺、经纬仪、水准仪、激光扫描仪、GPS。高程测量仪器一般是水准仪。坐标测量仪器有电子全站仪、激光扫描仪和GPS接收机。对于平面来说，工程控制网中采用的坐标系有国家坐标系、城市坐标系和工程坐标系。工程控制网的作用设为工程建设提供工程范围内统一的参考框架，为各项测量工作提供位置基准，满足工程建设不同阶段对测绘在质量、进度和费用等方面的要求。工程控制网具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。工程控制网与国家控制网既有紧密联系，又有许多不同的特点。工程控制网按用途分类为测图控制网、施工控制网、变形控制网和安装测量控制网。工程测量学的发展，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，从后处理到实处理，从人眼观测操作到机器人自动寻找目标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下一级水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续观测，测量精度从毫米级到微米级甚至到纳米级。一方面，随着人类文明的发展，对工程测量学的要求就会越来越高，工程测量的服务范围不断扩大；另一方面，现代科技新成就，为工程测量学提供了新的技术和手段。（三）海洋测绘海洋测绘包括海洋测量、各种海图的绘制及海洋信息的综合管理和利用。海洋测量分为物理海洋测量和几何海洋测量。物理海洋测量包括海洋重力测量、海洋磁力测量和海洋水文测量。几何海洋测量包括海洋大地测量、水深测量、海洋定位、海底地形地貌测量、海洋工程测量等。海图绘制包括各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版。海洋信息管理包括海洋地理信息的管理、分析、处理、应用以及数字海洋。海洋大地测量是研究海洋大地控制点网及确定地球形状大小，研究海面形状变化的科学。其中包括与海面、海底以及与海面附近进行精密测量和定位有关的海事活动。海洋重力测量是测量海洋重力的工作，属于海洋大地测量，是海洋物理策略的一种。它为研究地球形状、精化大地水准面提供重力异常数据，为地球物理和地质方面的研究提供重力资料。在军事方面，它可为空间飞行器的轨道计算和惯性导航服务，以提高远程导弹的命中率。海洋磁力测量时测定海上地磁要素的工作。海底下的由不同岩性的地层组成。（四）全球卫星导航定位技术其是利用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