数字测图原理与方法第1章

河南城建学院测绘工程学院,2014.09,数字测图原理与方法,教学内容,1.绪论2.测量的基本知识3.水准测量4.角度、距离测量与全站仪5.测量误差基本知识6.小地区控制测量7.地形（碎部）测量8.计算机绘图基础9.地形图数字化10.大比例尺数字地形图测绘11.数字地形图的应用12.地籍图和房地产图的应用13.地下管线图测绘14.路线测量,第1章绪论,1.1测绘学的任务及作用,1.2数字测图的发展概况,一.测绘学的内容和任务,1测绘学的内容（1）是研究地球的形状和大小及确定地球表面上各种物体的几何形状及其空间位置的科学。（2）是研究与地球有关的基础空间信息的采集、处理、显示、管理、利用的科学与技术。,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,2测绘学(surveying)的任务测定（测绘）(location)测设（放样）(seting-out),第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,大地测量学,工程测量学,地图学,与遥感摄影测量,海洋测绘学,测绘学,3、测绘学的分支学科,地形测量学,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,（1）大地测量学：（Geodesy）研究和确定地球的形状、大小、重力场、整体与局部运动和地球表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。常规（几何）大地测量、空间（卫星）大地测量、物理大地测量。（考虑地球的曲率）,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,三角测量,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,水准测量,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,重力测量,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,GPS定位原理,全球板块分布,研究利用航空或航天器对地面摄影或遥感，以获取地物和地貌的影像和光谱，并进行分析、处理、量测、解译，从而绘制成地形图的基本理论、方法和技术的学科。,(2)摄影测量与遥感,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,航空摄影,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,地面摄影测量,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,北京,研究工程规划、勘测设计、施工和运营管理各个阶段中进行的测量工作的理论、方法和技术的学科。,(3)工程测量学(Engineeringsurveying),第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,工程测量学内容,控制测量大比例尺地形图测绘地籍测绘施工放样设备安装变形监测,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制的理论和方法的学科。,(4)海洋测绘学,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,研究模拟和数字地图的基本理论、设计、编绘、复制的技术、方法以及应用的学科。,(5)地图制图学(Cartography),第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,计算机地图制图,研究将地球表面局部地区的自然地貌、人工建、构筑物和行政权属界限等其他有关信息测绘成地形图、地籍图的基本理论、方法和技术的学科。,6.地形测量学,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,地形测量（模拟测图）,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,白纸测图,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,地形测量（数字测图）,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,城市测量,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,二、测绘科学技术的地位和作用,建设的尖兵，国民经济建设都要测绘“先行”。测绘信息是国民经济和社会发展规划中最重要的基础信息之一。国防建设。科学研究。,1.测绘科学技术的地位,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,测量学在军事的作用,2.测绘科学技术的作用,传统上各国测绘部门隶属于军事部门。至今相当多国家的测绘部门仍然隶属于军事部门。随着测绘技术在各方面的应用愈来愈广泛，测绘科技国际间的交流日益频繁，不少国家均建立了民用的测绘机构。,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,测绘学在国土管理中的作用,测量学的起源和土地界线的划定紧密联系着。非洲尼罗河每年泛滥会把土地的界线冲刷掉，为了每年恢复土地的界线很早就采用了测量技术。,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,早期亦称“土地测量”、“土地清丈”等。用以测定地块的边界和坐落，求算地块的面积，在农业为主的社会里，国家为了征税而开展地籍测量，同时记录业主姓名和土地用途等。我国地籍测量是国家管理土地的基础。地籍测量的成果不仅用于征税，还用于管理土地的权属以保障用地的秩序，为了提高土地利用的效益、合理和节约利用十分珍贵和有限的土地。,地籍测量,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,测绘学在工程建设中的作用,为工程建设各阶段提供重要的基础数据和技术保证.(1)粒子加速器的磁块必须以0.1mm的精度安放在设计的位置上。(2)某些飞行器的助飞轨道要求其准直度的偏差非常小。(3)建筑物建成后（甚至在施工期间）会因地基承载力弱或因自重和外力的作用而产生变形。如大坝可能位移、高层建筑物可能倾斜等。,第1章绪论1.1测绘学的任务及作用,1.2数字测图的发展概况,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,生产、生活的需要以及建筑、农田、水利建设以及军事的需要等公元前二十七世纪建设的埃及大金字塔，其形状与方向都很准确，说明当时已有放样的工具和方法。,一、测量学的发展概况,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,世界现存最古老地图？世界上现存最古老的地图是在古巴比伦北部的加苏古巴城（今伊拉克境内）发掘的刻在陶片上的地图。图上绘有古巴比伦城、底格里斯河和幼发拉底河。大约是公元前2500年刻制的，距今大约四千余年了。,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,世界现存最早的军用地图？长沙马土堆汉墓出土的文物图片之四长沙国南部驻军图（目前世界发现最早的地图）,比例尺约为十万分之一，图上分红、蓝、黑三种颜色。居民点用黑色圆圈表示，山脉用黑色“山”字形符表示，河流用青色，道路用朱红色。,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,二、测绘仪器、技术和理论的发展,世界测绘科学的发展与成熟始于17世纪。1617年开始应用三角测量；1668年出现了放大倍数为40倍的望远镜，并普遍应用于各种测量仪器上。德国数学家高斯在1794年提出了最小二乘法理论，奠定了测量平差的基础。高斯又于18161820年推导了横圆柱正形投影的计算公式，克吕格在1912年加以研究改进，用于测量实际。,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,20世纪50年代前后开始，不少新的科学技术迅速发展。如电子学、信息论、相干涉光理论、电子计算机、空间科学技术等，它们又推动了测绘科学的发展。1947年研究利用光波进行测距；60年代中利用氦氖激光器作为光源的电磁波测距仪就问世了，这是量距工作的一大变革。80年代电磁波测距仪在白天或黑夜的最大测程就能达到60公里，而且精度可达（5mm+1ppm）。短测程的测距仪，测程为12km，误差仅至厘米。,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,1957年第一颗人造地球卫星上天，1966年开始进行人卫大地测量。1968年生产了电子经纬仪。20世纪70年代，通过人造卫星拍摄地球的照片，使航天技术有了广泛发展和应用。80年代开始发射全球定位系统卫星，在90年代全部完成发射任务。1990年已研制出数字水准仪，可以作到读数记录全自动化。,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,目前测量学发展状况及展望测量室内外一体化。GPS（Globalpositioningsystem）RS（Remotesense）GIS(Geographicinformationsystem)3S技术的结合数字地球(DigitalEarth)的概念。,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,三、数字测图的发展概况,一、传统的白纸测图又称为模拟法测图，是测绘人员利用分度器、比例尺等工具模拟测量数量，按图式、符号展绘到白纸上。,测图过程：选点控制测量平差计算展绘控制点碎部测量底图整饰上墨绘制二底图.,第1章绪论1.2数字测图的发展概况,地形测量（模拟测图）,传统地图的特点：1.精度低在测图过程中，数字的精度由于刺点、绘图及图纸伸缩变形等因素的影响会有较大的降低。2.而且工序多、劳动强度大、质量管理难。3.特别是在当今的信息时代，纸质地形图已难承载过多的图形信息，图纸更新也极为不便，难以适应信息时代经济建设的需要。,二、数字测图的概念,（1）概念以计算机为核心，在输入、输出设备的支持下，对地形空间数据进行采集，输入、成图、绘图、输出、管理的系统。（2）数字地图数字测图的成果是以数字形式存贮在磁盘、磁带、光盘等介质上的地图。,（3）数字地图与传统地图区别和联系从载体上看，纸质地图的载体是图纸，数字地图的载体是磁盘等计算机存储介质。从表现形式上看，纸质地图通过描述在图纸上的符号、线条、文字等形式来模拟表现地理元素的位置、形状、大小和属性的，而数字地图通过数据来描述，具体如下所示：,纸质地图的管理和维护不方便，且易损坏和变形。数字地图易于保管和维护。从应用来看，纸质地图对图的比例尺、内容无法选择，而数字地图比较灵活。,（4）数字测图的优点图形数字化用软盘保存的数字地（形）图，存储了图中具有特定含义的数字、文字、符号等各类数据信息，可方便地传输、处理和供多用户共享。数字地图不仅可以自动提取点位坐标、两点距离、方位以及地块面积等，还可以供工程规划、（计算机辅助设计）使用和供（地理信息系统）建库使用。数字地图的管理，即节省空间，操作又十分方便。,点位精度高传统的经纬仪配合小平板、半圆仪白纸测图，地物点平面位置的误差主要受解析图根的测定误差和展绘误差、测定地物点的视距误差、方向误差、地形图上的地物点的刺点误差等影响。避免因图纸伸缩带来的各种误差，表示在图纸上的地图信息随着时间的推移，会因图纸的变形而产生误差。,便于成果更新数字测图的成果是以点的定位信息和属性信息存入计算机，当实地有变化时，只需输人变化信息的坐标、代码，经过编辑处理，很快便可以得到更新的图，从而可以确保地面的可靠性和现势性，数字测图可谓“一劳永逸”。,三、数字测图的发展：我国从年，北京测绘院、解放军测绘学院、武汉测绘学院和清华大学等单位相继开展了数字测图的研究工作。国内地面数字测图技术，经历了以下模式：第一阶段：测记模式第二阶段：电子平板模式一是开发了智能化的外业数据采集软件；二是计算机成图软件能直接对接收的地形信息数据进行处理。GPS-RTK数字测图系统,全站仪数字测图,GPS实时动态测量RTK,1.3本课程的目的和学习要求,第1章绪论1.3本课程的目的和学习要求,一、本课程的特点,结合测量学、大比例尺数字测图和控制测量于一体。以大比例尺数字地面测图为主线，重点是基本原理和理论、常规测量方法。,第1章绪论1.3本课程的目的和学习要求,三、本课程与其它课程的关系,测量学地形绘图计算机应用基础CAD技术控制测量数据库原理和技术GPS原理,第1章绪论1.3本课程的目的和学习要求,四、学习本课程的主要目的是：1）掌握测量的基本知识和基本理论，具有使用常规测量仪器的操作技能