武漢大學(xué),數(shù)字測圖,課件,第一章

數(shù)字地形測量學(xué)武漢大學(xué)測繪學(xué)院DigitalTopography第一章緒論1.1測量學(xué)發(fā)展歷史1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容1.3測繪學(xué)的應(yīng)用范圍及實例1.4教學(xué)目的和要求1.1測量學(xué)發(fā)展歷史第4

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測量學(xué)的產(chǎn)生

生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等公元前二十七世紀(jì)

埃及大金字塔二千多年前

夏商時代

夏禹治水

秦代

李冰父子

都江堰水利樞紐工程軍事、交通運輸?shù)男枰f里長城指南針……

1.1測量學(xué)發(fā)展歷史

測量學(xué)是一門很古老的科學(xué)，至少有四千多年的歷史。古埃及的尼羅河泛濫后，消滅了土地界限，洪水過后需要重新劃定地界，這樣就需要測量學(xué)與幾何學(xué)的理論與技能。古代的一些重要水利工程和市政建設(shè)，都離不開測量科學(xué)，例如公元前六世紀(jì)的尼羅河——紅海運河、底格里斯河與幼發(fā)拉底河之間的霍巴運河、伊拉克巴比他的“空中花園”等。據(jù)資料記載，公元前200年希臘人埃拉托斯芬第一個測定了地球的形狀與大小。1.1測量學(xué)發(fā)展歷史

早在春秋戰(zhàn)國時期，已經(jīng)制成了利用磁石的指南儀器“司南”，它是沿用幾千年的指南針與羅盤的雛型。

大約是公元前2200年，夏禹治水時，使用了“左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩”的測量工具和方法。長沙馬王堆3號漢墓出土了西漢時期的《地形圖》和《駐軍圖》》。俄國時代的《甘石星表》、東漢張衡研制的天球儀與侯風(fēng)地動儀、魏晉時期劉徽的《海島算經(jīng)》、西晉裴秀的《制圖六體》、唐李吉甫的《元和群縣圖志》等等一系列成就都在我國測繪史上增添了光輝的篇章。1.1測量學(xué)發(fā)展歷史

唐代增一行（張遂）主持了大規(guī)模的天文測量，其中包括公元724年進(jìn)行的從河南滑縣到上蔡長達(dá)300km的子午線弧長測量，并用日圭測定緯度，這是世界上最早的子午線弧長測量。

宋代沈括在他的著名著作《夢溪筆談》中提出了磁偏角現(xiàn)象，這比哥倫布的發(fā)現(xiàn)要早400年。

1.1測量學(xué)發(fā)展歷史世界測繪科學(xué)的發(fā)展與成熟始于17世紀(jì)。1617年開始應(yīng)用三角測量；1668年出現(xiàn)了放大倍數(shù)為40倍的望遠(yuǎn)鏡，并普遍應(yīng)用于各種測量儀器上。法國人皮卡爾等從1669年起進(jìn)行子午線弧長測量，直到1792～1798年米申和德倫貝爾進(jìn)行了歷史性的工作，把通過巴黎的子午圈的長度的四千萬分之一作為lm。德國數(shù)學(xué)家高斯在1794年提出最小二乘法理論，奠定測量平差的基礎(chǔ)。高斯又于1816～1820年推導(dǎo)了橫圓柱正形投影的計算公式，克呂格在1912年加以研究改進(jìn)，用于測量實際。

1.1測量學(xué)發(fā)展歷史

在我國清代初期開展了全國性測圖工作，1708～1718年完成了《皇輿全圖》。法國在1730～1780年進(jìn)行全國性地形測量。俄國在1745年繪成了歐洲部分地圖13幅和亞洲部分地圖6幅。

20世紀(jì)50年代前后開始，不少新的科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展。如電子學(xué)、信息論、相干光理論、電子計算機(jī)、空間科學(xué)技術(shù)等，它們又推動了測繪科學(xué)的發(fā)展。1947年研究利用光波進(jìn)行測距，到60年代中利用氦氖激光器作為光源的電磁波測距儀就問世了，這是量距工作的一大變革。在80年代電磁波測距儀在白天或黑夜的最大測程就能達(dá)到60公里，而且精度可達(dá)±（5mm+1ppm）。短測程的測距儀，測程為1～2km，誤差僅及厘米。1.1測量學(xué)發(fā)展歷史

20世紀(jì)40年代自動安平水準(zhǔn)儀的問世，標(biāo)志著水準(zhǔn)測量自動化的開端。1990年已研制出數(shù)字水準(zhǔn)儀，可以作到讀數(shù)記錄全自動化。1968年生產(chǎn)了電子經(jīng)緯儀，它采用光柵、光學(xué)編碼來代替刻度分劃線，以電信號方式獲得測量數(shù)據(jù)，并可自動記錄在存貯載體上。

陀螺經(jīng)緯儀與激光經(jīng)緯儀亦已應(yīng)用于工程測量的定向工作。1.1測量學(xué)發(fā)展歷史

1957年第一顆人造地球衛(wèi)星上天，1966年開始進(jìn)行人衛(wèi)大地測量，能以可全天候觀測，速度快，精度高，對洲際之間、島嶼和島嶼之間及島嶼和大陸之間的聯(lián)測能既快速又正確。

20世紀(jì)70年代，通過人造衛(wèi)星拍攝地球的照片，使航天技術(shù)有了廣泛發(fā)展和應(yīng)用。

20世紀(jì)80年代開始發(fā)射的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星，在90年代全部完成發(fā)射任務(wù)。1.1測量學(xué)發(fā)展歷史

數(shù)字化自動成圖系統(tǒng)，其中包括航測數(shù)字化成圖與全站儀數(shù)字化成圖，它與傳統(tǒng)的方法相比，具有成圖周期短、勞動強度小、圖紙精度高等等無可比擬的優(yōu)點；

“3s”技術(shù)的崛起，其中包括地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和遙感，使測繪科學(xué)走向更高層次的電子化與自動化；我國測繪事業(yè)自1949年新中國成立后進(jìn)入了迅速發(fā)展的時期。1956年建立了國家測繪總局，建立了全國統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)，建立了全國范圍的大地控制網(wǎng)，測繪了全國基本圖和大量不同比例尺地形圖。

2011年5月23日國家測繪地理信息局1.1測量學(xué)發(fā)展歷史1、傳統(tǒng)測繪方法（鋼卷尺）2、光學(xué)測繪方法（經(jīng)緯儀）3、光、電測繪方法（全站儀）4、光、機(jī)、電測繪方法（測量機(jī)器人）5、光、機(jī)、電、傳感器（三維激光掃描儀）1.1測量學(xué)發(fā)展歷史TPSGPS水準(zhǔn)儀航空相機(jī)DISTO矢量望遠(yuǎn)鏡激光跟蹤GIS軟件CYRAX1.1測量學(xué)發(fā)展歷史1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容測繪學(xué)是研究測定和推算地面的幾何位置、地球形狀及地球重力場，據(jù)此測量地球表面自然形態(tài)和人工設(shè)施的幾何分布，并結(jié)合某些社會信息和自然信息的地球分布，編制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地圖和專題地圖的理論和技術(shù)的學(xué)科。是地球科學(xué)的重要組成部分。地球上一點（三維坐標(biāo)系）XYZ平面上（x，y）高程（海拔高）H1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容測量學(xué)是研究地球的形狀和大小以及確定地面點位的科學(xué)，是研究對地球整體及其表面和外層空間中的各種自然和人造物體上與地理空間分布有關(guān)的信息進(jìn)行采集處理、管理、更新和利用的科學(xué)和技術(shù)。

1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容測量學(xué)的主要內(nèi)容包括測定和測設(shè)兩部分。測定(測繪)——從地球上獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，表示成圖表，測定是指用測量儀器和工具，通過測量和計算，得到一系列測量數(shù)據(jù)，或地球表面的地貌、地物縮繪成地形圖，供經(jīng)濟(jì)建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計、科學(xué)研究和國防建設(shè)使用。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容

測設(shè)（放樣）——把圖上設(shè)計好的建筑物和構(gòu)筑物的位置標(biāo)定到實地上去。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測量學(xué)在生產(chǎn)中的作用越來越大，所涉及的內(nèi)容也越來越豐富，并派生出許多分支學(xué)科：1、大地測量學(xué)(Geodesy)

研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運動和地表面點的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。

其基本任務(wù)是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小和重力場，為地形測圖和各種工程測量提供基礎(chǔ)起算數(shù)據(jù)；為空間科學(xué)、軍事科學(xué)及研究地殼變形、地震預(yù)報等提供重要資料。按照測量手段的不同，大地測量學(xué)又分為常規(guī)大地測量學(xué)、衛(wèi)星大地測量學(xué)及物理大地測量學(xué)等。

研究地球表面上較大區(qū)域、甚至地球的形狀、大小以及大范圍控制測量問題。必須考慮地球曲率的影響。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容2、地形測量學(xué)研究地球表面上較小區(qū)域的地表形態(tài)。是研究將地球表面的起伏狀態(tài)和其它信息測繪成圖的理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。研究測繪小范圍地形圖，把地球表面看作平面而不考慮地球曲率影響。研究內(nèi)容：圖根控制網(wǎng)的建立和地形圖的測繪表示形式：數(shù)字、文字、圖1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容3、攝影測量學(xué)(Photogrammetry)

攝影測量學(xué)是研究攝影影像與被攝物體之間的內(nèi)在幾何和物理關(guān)系，進(jìn)行分析、處理和解譯，以確定被攝物體的形狀、大小和空間位置，并判定其性質(zhì)的一門學(xué)科。利用攝影像片來測定物體的形狀、大小和空間位置。可分為航空攝影測量學(xué)、地面攝影測量學(xué)、水下攝影測量學(xué)、航天攝影測量學(xué)等分支學(xué)科。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容利用安裝在航攝飛機(jī)上的航攝儀從空中一定角度對地面進(jìn)行攝影4、海洋測繪學(xué)

海洋測繪學(xué)是以海洋水體和海底為對象,研究海洋定位、測定海洋大地水準(zhǔn)面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力、海洋磁力、海洋環(huán)境等自然和社會信息的地理分布，及編制各種海圖的理論和技術(shù)的學(xué)科。以海洋和陸地水域為對象進(jìn)行的測量工作。海洋測繪包括海洋測量、各種海圖的編繪及海洋信息的綜合管理和利用。海洋測量包括：海洋大地測量、水深測量、海洋定位、海底地形地貌測量、海洋工程測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海洋水文測量海圖繪制包括：各種海圖、海圖集、海洋資料的編制和出版；海洋信息管理包括：海洋地理信息的管理、分析、處理、應(yīng)用以至數(shù)字海洋。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容5、礦山測量學(xué)

研究如何保護(hù)礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)、安全生產(chǎn)和礦區(qū)環(huán)境治理。礦山:包括煤礦、金屬礦、非金屬礦、建材礦和化學(xué)礦等等。工作：建立礦區(qū)地面控制網(wǎng)、礦區(qū)地形圖的測繪、礦山施工測量、地表移動沉降觀測和礦體幾何圖繪制等。其中，礦山施工測量是礦山建設(shè)和開采過程中為各種工程的施工所進(jìn)行的測量工作，即地面上的土建工程測量、井下控制測量和施工測量、豎井定向測量和豎井導(dǎo)入高程測量、豎井貫通測量。在施工建造過程中和運營管理階段，還需定期進(jìn)行巖層與地表移動沉降觀測、巷道及井身各部位及其相關(guān)建筑物及輔助建筑物的沉降觀測和位移觀測，以及為礦區(qū)的復(fù)耕進(jìn)行測量服務(wù)等。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容6、工程測量學(xué)工程測量學(xué)是研究各項工程在規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科。

各項工程包括：工業(yè)建設(shè)、鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線（輸電線、輸油管）工程、礦山和城市建設(shè)等。一般的工程建設(shè)分為規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理三個階段。工程測量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測量工作。

為滿足工程建設(shè)的需要，結(jié)合各種工程建設(shè)的特點而進(jìn)行測量工作。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容6、工程測量學(xué)

工程測量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開發(fā)各個階段所進(jìn)行的地形和有關(guān)信息的采集和處理，施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測分析和預(yù)報等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對測量和工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科，它是測繪學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。

工程測量學(xué)是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設(shè)實現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科。它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服務(wù)對象。

1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容

7、地圖制圖學(xué)(Cartography)

是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計、編繪、復(fù)制的技術(shù)、方法以及應(yīng)用的學(xué)科。基本任務(wù)是利用各種測量成果編制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。

1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容

8測量儀器學(xué)

研究測量儀器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。1.2測量學(xué)定義及研究內(nèi)容1.3測繪學(xué)的應(yīng)用范圍及實例

1、在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展規(guī)劃中，測繪信息是最重要的基礎(chǔ)信息之一；

測量學(xué)的起源和土地界線的劃定緊密聯(lián)系著。非洲尼羅河每年泛濫會把土地的界線沖刷掉，為了每年恢復(fù)土地的界線很早就采用了測量技術(shù)。地籍測量。用以測定地塊的邊界和坐落，求算地塊的面積，在農(nóng)業(yè)為主的社會里，國家為了征稅而開展地籍測量，同時記錄業(yè)主姓名和土地用途等。在我國,地籍測量是國家管理土地的基礎(chǔ)地籍測量的成果不僅用于征稅，還用于管理土地的權(quán)屬以保障用地的秩序，為了提高土地利用的效益、合理和節(jié)約利用十分珍貴和有限的土地。

測量學(xué)還服務(wù)于國家領(lǐng)土的管理。

1.3測繪學(xué)的應(yīng)用范圍及實例

測繪科學(xué)的應(yīng)用范圍測量學(xué)在工程建設(shè)中的作用

勘測設(shè)計階段：為選線測制帶狀地形圖。施工階段：把線路和各種建筑物正確地測設(shè)到地面上。竣工測量：對建筑物進(jìn)行竣工測量。運營階段：為改建、擴(kuò)大建而進(jìn)行的各種測量。變形觀測：為安全運營，防止災(zāi)害進(jìn)行變形測量。

現(xiàn)代的測量學(xué)作為一門能采集和表示各種地物和地貌的形狀、大小、位置等幾何信息，以及能把設(shè)計的建筑物、設(shè)備等按設(shè)計的形狀、大小和位置準(zhǔn)確地在實地標(biāo)定出來的技術(shù)，在各種工程建設(shè)中的應(yīng)用愈來愈廣泛。1.3測繪學(xué)的應(yīng)用范圍及實例

測繪科學(xué)的應(yīng)用范圍2、在國防建設(shè)中，軍事測繪和軍用地圖是現(xiàn)代化、大規(guī)模諸兵種協(xié)同作戰(zhàn)必不可少的重要保障；“天時，地利，人和”是打勝仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。地圖上詳細(xì)表示著山脈、河流、道路、居民點等地形和地物，具有確定位置、辨識方向的作用。地圖一直在軍事活動中起著重要的作用，這對于行軍、布防以及了解敵情等軍事活動都是十分重要的。傳統(tǒng)上各國測繪部門隸屬于軍事部門。至今相當(dāng)多國家的測