第一章、 測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)概論.ppt

1、第一章 測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)概論,1、GIS與主要學(xué)科的關(guān)系 GIS的定義：在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)地表空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示、輸出的技術(shù)系統(tǒng)。 GIS主要與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、地學(xué)有密切關(guān)系。,數(shù)學(xué)為GIS提供最基本的理論源泉。 測(cè)繪學(xué)主要為GIS采集數(shù)據(jù)和制作地圖。 地學(xué)則為GIS提供地理模型和空間分析。 計(jì)算機(jī)科學(xué)則為GIS提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，計(jì)算機(jī)學(xué)科理論與技術(shù)上的每一次革新和突破都深深影響著GIS的發(fā)展。,2、測(cè)繪科學(xué)與技術(shù) 測(cè)繪的主要任務(wù)：測(cè)繪，顧名思義就是測(cè)和繪。測(cè)包括測(cè)量地球形狀、地表形態(tài)和地物的空間位置及其相對(duì)關(guān)系等。繪則是將依據(jù)一定的數(shù)學(xué)法則將所測(cè)內(nèi)容

2、繪制成圖。 測(cè)繪學(xué)的學(xué)科分類： 一、測(cè)量學(xué) 二、大地測(cè)量學(xué) 三、工程測(cè)量學(xué) 四、測(cè)量誤差理論 五、地圖制圖學(xué) 六、衛(wèi)星測(cè)量學(xué) 七、攝影測(cè)量學(xué),一、測(cè)量學(xué) 它不是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，而是測(cè)繪類各專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，主要研究測(cè)量基本原理、大比例尺地形圖測(cè)繪理論、方法和工程測(cè)量的基本方法。它主要研究以地球平面小區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，因 地球曲率半徑很大（平均為6371km),可視小區(qū)域球面為平面而不顧及地球的曲率，這樣以來，使理論和方法都得到了簡化。,二、大地測(cè)量學(xué) 它以地球表面大區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，這時(shí)必須考慮地球的曲率，因而在理論和方法上嚴(yán)密復(fù)雜。大地測(cè)量學(xué)研究地球的形狀、大小及地球重力場的理論和測(cè)定方法，主要

3、任務(wù)是在全國范圍內(nèi)布設(shè)大地控制網(wǎng)和重力網(wǎng)，精密測(cè)定一系列點(diǎn)的空間位置（三維坐標(biāo)）和重力，為地學(xué)科學(xué)、空間科學(xué)、地形圖測(cè)繪及工程施工提供控制依據(jù)。,三、工程測(cè)量學(xué) 是研究各項(xiàng)工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工放樣、竣工驗(yàn)收和運(yùn)營等階段中測(cè)量理論和方法的一門學(xué)科。主要任務(wù)有： 放樣，施工測(cè)量，竣工測(cè)量，變形測(cè)量等。,三、測(cè)量誤差理論 是研究測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因和變化規(guī)律，找出減弱誤差的對(duì)策，評(píng)定測(cè)量成果的精度的一門理論。,四、地圖制圖學(xué) 是研究地圖及其制作的理論、工藝技術(shù)和應(yīng)用的一門獨(dú)立學(xué)科，主要包括地圖編制學(xué)、地圖投影學(xué)、地圖整飾和印制等。,3、一個(gè)實(shí)例 1.如何測(cè)繪一幅校園地圖 1.1 坐標(biāo)系的建立 平面直角

4、坐標(biāo)系 1.2 測(cè)繪方法 極坐標(biāo)法 1.3 測(cè)繪儀器 水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀,2.地球的形狀是什么樣的 2.1 上述方法存在的問題 由于不能確定地球的形狀，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的變形，不符合真實(shí)的世界。 2.2 地球的形狀 1）圓球 2）兩極略扁的橢球 3）大地水準(zhǔn)面包圍的大地體 4）自然表面包圍的復(fù)雜形體 以上是大地測(cè)量學(xué)的研究范疇,2.3 地心坐標(biāo)系 地球?qū)嶋H上是一個(gè)南北兩級(jí)略扁，非常接近數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)橢球的橢球體，近兩個(gè)世紀(jì)以來，各國學(xué)者都在致力研究這個(gè)橢球的大小，使之最接近大地體。提出了多個(gè)不同的橢球元素。 當(dāng)我們所選用的橢球元素使得所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)橢球在全球范圍內(nèi)最接近大地體，就將這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球稱之為總地球橢球

5、，而把以總地球橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)的坐標(biāo)系就稱之為地心坐標(biāo)系。 以總地球橢球和地心坐標(biāo)系為基礎(chǔ)可以建立兩種坐標(biāo)系分別為地心空間直角坐標(biāo)系（X，Y，Z)和大地坐標(biāo)系（B，L，H)。,3 如何把地球上的地物繪制在平面的地圖上 3.1 高斯克呂格投影（橫軸墨卡托投影（UTM）,4 如何確保地圖的精度 4.1 使用參心坐標(biāo)系 所謂的參心坐標(biāo)系是對(duì)應(yīng)參考橢球而言，這里的參考橢球仍是選用總地球橢球的幾何參數(shù)，而后進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)定位，以建立適合本國或本區(qū)域的參考橢球，具體方法是在本國合適的地方選擇一個(gè)點(diǎn)P，先將P點(diǎn)沿鉛垂線投影到大地水準(zhǔn)面上得到P點(diǎn)，然后使橢球在P與大地體相切，這時(shí)過P的法線與過P點(diǎn)的鉛垂線重合。于是

6、橢球與大地體的關(guān)系就確定好了。切點(diǎn)P的球面位置大地經(jīng)度和大地緯度就作為全國其它點(diǎn)球面位置的起算數(shù)據(jù)，切點(diǎn)P 稱為大地原點(diǎn)。,4.2 建立控制網(wǎng) 有了大地原點(diǎn)再采用天文大地測(cè)量的方法就可以確定一些點(diǎn)的精確的大地經(jīng)度和大地緯度。然后利用這些點(diǎn)采用最精密的儀器和嚴(yán)密的方法，在全國很稀疏地布設(shè)一系列控制點(diǎn)形成控制網(wǎng)，測(cè)定控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，構(gòu)成骨架，而后先急后緩、分期分區(qū)逐級(jí)布設(shè)低一級(jí)控制網(wǎng)。這樣就形成了控制等級(jí)系列，在點(diǎn)位精度上逐級(jí)降低、在點(diǎn)的密度上逐級(jí)加大?？刂茰y(cè)量的這種布網(wǎng)原則非常重要，它確保了坐標(biāo)和高程系統(tǒng)的統(tǒng)一，同級(jí)控制網(wǎng)的規(guī)格和精度比較均衡，點(diǎn)位誤差的積累受到有效控制。,4.3 誤差理論與

7、測(cè)量平差 測(cè)量平差的主要任務(wù)就是根據(jù)有限的觀測(cè)值求得其真值（理論值）的最或然值，也就是對(duì)其真值作出某種估計(jì)。因此，測(cè)量平差實(shí)質(zhì)上就是我們學(xué)過的數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的參數(shù)估計(jì)。而具體到控制網(wǎng)的平差，平差的目的就是消除矛盾或者說是不符值，得到唯一解，也就是各觀測(cè)量的最或然值以及方差的估計(jì)值，這里的方差從某種意義上講就是測(cè)量的精度。 以上是測(cè)量誤差理論的范疇,5.如何繪制地圖 5.1 投影方式 5.2 選用符號(hào) 5.4 地圖注記 5.3 制圖綜合 以上是地圖制圖學(xué)的范疇,海島聯(lián)測(cè)的困難，實(shí)時(shí)定位的困難 由此誕生了衛(wèi)星測(cè)量學(xué) GPS：它是全球定位系統(tǒng)（global positioning system)的英文縮寫，地面的GPS接收機(jī)通過觀測(cè)分布在地球軌道上的位置為已知的GPS衛(wèi)星，利用空間前方交會(huì)