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测绘学概论课程论文

测绘学概论论文

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2011/12/20

学院专业：

测绘学院测绘工程专业

班级：

学号：

通过这个课程的学习，我对测绘学有了一个整体的认识，初步了解了测绘学有哪些分支学科及其主要内容，还知道了测绘工程专业要学习哪些理论和技术，它有怎样的学科地位和社会作用。

这些对于刚刚踏入测绘专业学习的我们来说是极其重要的，称得上是开山之斧。

摘要·······················································3

关键词·····················································3

一、测绘学的基本概念与研究内容····························3

1.1测绘学的基本概念·······································3

1.2测绘学的研究内容·······································4

1.3测绘学的历史发展·······································4

二、测绘学的学科分类·······································6

2.1大地测量学·············································6

2.1.1大地测量学概述·······································6

2.1.2大地测量学的基本任务·································6

2.1.3大地测量学的分支·····································7

2.1.4大地测量学的研究方法·································7

2.2摄影测量学··············································7

2.2.1摄影测量学概述·······································7

2.2.2摄影测量三个发展阶段·································8

2.2.3摄影测量的两个基本组成部分···························8

2.3地图制图学·············································9

2.3.1地图制概述···········································9

2.3.2地图制图学的理论和技术·······························9

2.3.3地图制图学与其他学科的关系···························9

2.4工程测量学·············································10

2.4.1工程测量学概述·······································10

2.4.2工程测量学的应用·····································10

2.4.3工程测量学的发展展望·································10

2.5海洋测绘学·············································11

2.5.1海洋测绘学概述·······································11

2.5.2海洋测绘发展阶段·····································11

2.5.3海洋测绘的基本理论···································12

2.5.4海洋测量的主要方法···································12

三、测绘学的现代发展········································12

四、测绘学的科学地位和作用·································14

小结························································14

参考文献····················································15

测绘学概论论文

摘要：

测绘学起初的概念是以地球为研究对象，对其进行测定和描绘的科学。

但是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是地球，还需要将其研究范围扩大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。

测绘学历史悠久，测绘技术起源于社会的生产需求，并随着社会的进步而向前发展。

测绘学按照研究范围、研究对象及采用技术手段的不同，分为以下几个分支学科：

大地测量学、摄影测量学、地图制图学（地图学）、工程测量学和海洋测绘学。

近年来，随着空间技术、计算机技术和信息技术以及通信技术的发展及其在各行各业中地不断渗透和融合，测绘学这一古老的学科在这些新技术的支持和推动下，出现了以“3S”为代表的现代测绘科学技术，并在科学研究、国民经济建设、国防建设和社会发展中发挥日益重要的作用。

关键词：

测绘；内容；历史发展；学科分类；现代发展；科学地位和作用

一、测绘学的基本概念与研究内容

1.1测绘学的基本概念

测绘学比较完整的基本概念应该是：

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，过去地球表面自然形态和人工设施的集合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。

随着科学技术的发展，现时又出现了许多现代测绘新技术，使得测绘学的理论和方法及其应用范围发生了巨大的变化，与此相应的，测绘学又有了新的概念和含义。

1.2测绘学的研究内容

从测绘学的基本概念可知，其研究内容是很多的，涉及许多方面，主演研究地球的地理空间信息，同地球科学的研究有着密切的关系，下面仅就测绘地球来简要论述。

首先，在已知地球形状、大小及其重力场的基础上建立一个统一的地球坐标系统，用以表示地球表面及其外部空间任一点在这个地球坐标系中准确的几何位置。

这里要研究地球重力场理论、确定地球椭球参数、建立测绘基准和坐标系统以及测定点的坐标等技术和方法。

其次，有了大量的地面点的坐标和高程，就可以以此为基础运用平面测量、摄影测量等方法进行地表形态测绘工作。

第三，以上各种信息要经过地图投影、综合、编制、整饰和制印以地图的形式反映和展示出来。

第四，在广阔的海洋也有许多测绘工作。

由于海洋环境复杂多变，就要求研究海洋水域的特殊测量方法和仪器设备与之相适应。

第五，测绘学中大量的测量工作都需要有人用测量仪器在某种自然环境中进行观测，不可避免会带来误差。

因此测量工作中必须研究和处理带有误差的观测值，以提高被观测量的质量，这就是测量数据处理和平差问题。

第六，测绘学的研究和工作成果最终要服务于国民经济建设、国防建设以及科学研究，因此要研究测绘学在不同领域的测绘理论、方法和仪器。

1.3测绘学的历史发展

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后，需要重新划定土地界线，开始有测量工作。

公元前21世纪，中国夏禹治水就使用简单测量工具测量距离和高低。

公元前3世纪，亚历山大的埃拉托斯特尼采用在两地观测日影的办法，首次推算出地球子午圈的周长，也是测量地球大小的弧度测量方法的初始形式。

724年中国唐代的南宫说等人在张遂（一行）的指导下，在今河南滑县至上蔡实测了约300千米的子午弧长。

并在滑县、开封、扶沟、上蔡测量同一时刻的日影长度，推算纬度1°的子午弧长，这是世界上第一次弧度实测。

1617年荷兰的W.斯涅耳首创三角测量法进行弧度测量，克服了在地面上直接量测弧长的困难。

1687年英国I.牛顿根据力学理论，提出地球是两极略扁的椭球体。

1690年荷兰C.惠更斯也提出地球是两极略扁的扁球体。

后为法国在南美洲和北欧进行的弧度测量所证明。

结束了历时半个世纪的有关地球形状的争论。

1743年法国A.C.克莱罗发表《地球形状理论》，奠定了用物理方法研究地球形状的理论基础。

1849年英国SirG.G.斯托克斯提出利用地面重力的测量结果研究大地水准面形状的理论。

1945年苏联M.S.英洛坚斯基创立了研究地球自然表面形状的理论，并提出“似大地水准面”的概念。

测绘学主要研究成果之一是地图，地图的演变及其制作方法的进步是测绘学发展的重要标志。

公元前25世纪至公元前3世纪开始出现画在或刻在陶片、铜板等材料上的地图；公元前3世纪，埃拉托斯尼最先在地图上绘制经纬线；公元前168年中国长沙马王堆汉墓中绘在帛上的地图有了方位和比例尺，具有一定的精度；公元前2世纪古希腊托勒密在他的巨著《地理学指南》里汇集了当时已明确的有关地球的一般知识，阐述了编制地图的方法，并提出将地球曲面表示为平面的地图投影问题；100多年后，中国西晋的裴秀创立了“制图六体”的制图原则，提高了地图的可靠程度；16世纪，以何兰墨卡托的《世界地图集》和中国罗洪先的《广舆图》为代表，总结了16世纪以前地图学的历史成就。

从这一时期起，新的高精度测绘仪器相继发明，测量精度大为提高。

从20世纪50年代开始，地图制图方法出现巨大变革，计算机辅助地图制图到70年代已由实验试用阶段发展到较广泛应用。

进入80年代，开始应用一些高速度、高精度新型机助制图设备，研究机助制图软件，建立地图数据库，在此基础上，由单一的机助制图系统发展为多功能、多用途的综合性的地图信息系统。

测绘学获取观测数据的工具是测量仪器，测绘学的形成和发展在很大程度上依赖测绘方法和测绘仪器的创造和变革。

17世纪前使用简单的工具，如中国的绳尺、步弓和矩尺等，以量距为主；17世纪初发明了望远镜；1617年何兰的涅耳首创三角测量方法，以代替在地面上直接测量弧长；约于1640年，英国的加斯科因在望远镜透镜上加十字丝，用于精确瞄准，这是光学测绘仪器的开端；1730年，英国西森制成测角用的第一台经纬仪，促进了三角测量的发展，随后又出现了小平板仪、大平板仪以及水准仪，用于野外直接测绘地形图；1806年和1809年，法国的勒让德和德国的高斯分别提出了最小二乘准则，为测定平差奠定了基础；19时机50年代，法国的洛斯达首创摄影测量方法，到20世纪初形成地面立体摄影测量技术；1915年制造出自动连续航空摄影机，可将航摄像片在立体测图仪上加工成地形图，形成了航空摄影测量方法，在这一时期，又先后出现了测定重力值的摆仪和重力仪。

可以说，从17世纪到20世纪中叶，主要是光学测绘仪器的发展，此时测绘学的传统理论和方法也已发展成熟。

20世纪50年代起，测绘技术朝着电子化和自动化发展。

1948年起各种电磁波测距仪出现，克服了量距的困难，使导线测量得到重视和应用。

大约与此同时，电子计算机问世，加快了测量计算速度，改变了测绘仪器和方法，出现了解析测图仪，促进了解析测图技术的发展。

1957年第一颗人造地球卫星发射成功后，在测绘学中开辟了卫星大地测量和航天摄影测量新领域。

随后发展起来的甚长干涉测量技术、惯性测量技术，使测绘学增添了新的测量手段。

二、测绘学的学科分类

2.1大地测量学

2.1.1大地测量学概述

大地测量学，又称为测地学。

根据德国著名大地测量学家F.R.Helmert的经典定义，大地测量学是一门量测和描绘地球表面的科学，也就是研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。

大地测量学中测定地球的大小，是指测定地球椭球的大小;研究地球形状,是指研究大地水准面的形状；测定地面点的几何位置，是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置。

将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上，用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置，用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。

这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。

2.1.2大地测量学的基本任务

大地测量学的基本任务是研究全球，建立与时相依的地球参考坐标框架，研究地球形状及其外部重力场的理论与方法，研究描述极移固体潮及地壳运动等地球动力学问题，研究高精度定位理论与方法。

1.确定地球形状及其外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水面地形及其变化等。

2.研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。

3.建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要。

4.研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。

5.研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算。

6.研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。

2.1.3大地测量学的分支

大地测量学主要分为几何、物理和空间大地测量。

1.几何大地测量学亦即天文大地测量学：

它的基本任务是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。

2.物理大地测量学也称理论大地测量学：

它的基本任务是用物理方法（重力测量）确定地球形状及其外部重力场。

3.空间大地测量学：

主要研究人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论，技术与方法。

2.1.4大地测量学的研究方法

解决大地测量学的任务传统上有两种方法，几何法和物理法。

所谓几何法是用几何观测量通过三角测量等方法建立水平控制网，提供地面点的水平位置；通过水准测量方法，获得几何量高差，建立高程控制网提供点的高程。

物理法是用地球的重力等物理观测量通过地球重力场的理论和方法推推求大地水准面相对于地球椭球的距离、地球椭球的扁率等。

2.2摄影测量学

2.2.1摄影测量学概述

摄影测量学主要利用摄影手段获得目标物的影像数据，研究影像的成像规律，对所获取影像进行量测、处理、判读，从中提取目标物的几何的或物理的信息，并利用图形、图像和数字形式表达测绘成果。

它的主要研究内容有：

获取目标物的影像并对影像进行处理，将所测得的成果用图形，图像或数字表示。

摄影测量学包括航空摄影、航空摄影测量、地面摄影测量等。

2.2.2摄影测量三个发展阶段

若从1839年尼普斯和达意尔发明摄影术算起，摄影测量学（photogrammetry）已有160多年的历史。

1851~1859年法国陆军上校劳赛达特提出的交会摄影测量，被称为摄影测量学的真正起点。

三个发展阶段可以分为模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量阶段。

摄影测量三个发展阶段的特点如下表：

发展阶段

原始资料

摄影方式

仪器

操作方式

产品

模拟摄影测量

相片

物理投影

模拟测图仪

作业员手工

模拟产品

解析摄影测量

相片

数字投影

解析测图仪

机助作业员操作

模拟产品

数字产品

数字摄影测量

数字化影像

数字影像数字投影

计算机

自动化操作加作业员干预

数字产品

模拟产品

2.2.3摄影测量的两个基本组成部分

摄影测量虽然已经完全进入数字摄影测量时代，但是不管摄影测量如何发展，摄影测量所要解决的基本问题只有两个：

一是被测量的点。

在两张或者多张影像上必须是空间物体的同一个点，即同名点，否则就不能实现正确的交会。

在模拟、解析摄影测量时代，这一个要求是由作业员的双眼完成的，并没有列为摄影测量的内容。

进入数字摄影测量时代，由计算机自动识别、测定同名点，成为摄影测量的一个重要内容，也是提高摄影测量自动化效率，拓展摄影测量应用领域的关键。

二是如何恢复影像在摄影瞬间的方位。

由影像上的像点坐标确定对应点的空间坐标，即建立影像与空间物体之间的几何或解析关系，自始至终是摄影测量的主要内容。

在模拟摄影测量时代，它由精密的光学——机械模拟实现“影像与空间物体”之间的几何关系。

进入解析、数字摄影测量时代，计算机实现影响与空间物体之间的解析关系。

2.3地图制图学

2.3.1地图制概述

地图制图学是测绘学的一个分支，是研究地图及其编制和应用的一门学科，亦称地图学。

它研究用地图图形反映自然界和人类社会各种现象的空间分布，相互联系及其动态变化，具有区域性学科和技术性学科的两重性。

地图学总论包括地图概论、地图学史和地图资料等部分。

地图概论主要研究地图的定义、性质、作用、分类、内容及其表示方法等问题；地图学史主要研究地图制图的发生和发展过程及其规律，预测未来地图制图的发展方向和道路；地图资料主要研究全球性和区域性地图成图概况，重要地图作品，大地测量控制系统的应用，地图资料的整理、分析、评价和利用。

地图投影是用数学方法研究将地球椭球面上的经纬线描绘在平面上的问题。

主要内容包括：

地图投影的一般原理，探求地图投影的各种方法，地图投影的变换和地图投影的判别等。

地图投影已发展成为一门独立的学科。

亦称数学制图学。

2.3.2地图制图学的理论和技术

地图编制研究制作地图的理论和技术。

主要包括：

制图资料的选择、分析和评价,制图区域的地理研究,图幅范围和比例尺的确定，地图投影的选择和计算，地图内容各要素的表示法，地图制图综合的原则和实施方法，制作地图的工艺和程序，以及拟定地图编辑大纲等。

地图整饰研究地图的表现形式，包括地图符号和色彩设计，地貌立体表示，出版原图绘制以及地图集装帧设计等。

地图制印研究地图复制的理论和技术，包括地图复照、翻版、分涂、制版、打样、印刷、装帧等工艺技术。

此外，地图应用也已成为地图制图学的一个组成部分。

它主要研究地图分析、地图评价、地图阅读、地图量算和图上作业等。

2.3.3地图制图学与其他学科的关系

地图制图学同许多学科都有联系，尤其同测量学、地理学和数学的联系更为密切。

测量学给地图制图提供地面控制成果和实测地形原图。

地理学为地图制图提供认识和反映地理环境及其空间分布规律的基础。

地图制图学的地图投影就是以数学为工具阐明其原理和方法的；地图内容各要素选取指标已运用了数理统计和概率论的概念；计算机辅助地图制图更需要各种应用数学。

此外，地图制图学还同物理学、化学、色彩学、美学、遥感技术、计算机科学等发生联系。

2.4工程测量学

2.4.1工程测量学概述

工程测量学主要研究工程建设中设计、施工和管理各阶段测量工作的理论、技术和方法，为工程建设提供精确的测量数据和大比例尺地图，保障工程选址合理，按设计施工和进行有效管理。

工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。

在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。

工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障，满足工程所提出的要求。

精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。

2.4.2工程测量学的应用

工程测量是一门服务性技术，除了其本身的理论与技术体系外，主要面向广泛的工程应用，为工程建设服务。

比如：

1.工业与民用建筑工程测量。

它是指建筑工业与民用建筑工程在勘测、设计施工和竣工验收、运营管理过程中的测量工作。

2.线路工程测量。

其包括公路、铁路、输电线、输油管道、灌渠以及各种地下管线等工程。

3.地质矿山工程测量。

通常将配合地质找矿、矿物开采工作的各种测量工作系统称为地质矿山工程测量。

4.军事工程测量。

是在军事工程建设的勘测设计，施工建设和运营管理阶段唆进行的测量工作，为各种军事工程建设提供精确数据、地形图等。

2.4.3工程测量学的发展展望

展望21世纪，工程测量学在以下方面将得到显著发展：

1.测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强；2.在变形观测数据处理和大型工程建设中，将发展基于知识的信息系统，并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。

3.工程测量将从土木工程测量、3维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理；4.多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。

5.GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。

6.大型和复杂结构建筑、设备的3维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。

7.数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。

2.5海洋测绘学

2.5.1海洋测绘学概述

海洋测绘学是研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制理论与方法的学科，主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量以及航海图、海底地形图、各种海洋专题图和海洋图集的编制等。

海道测量，是以保证航行安全为目的，对地球表面水域及比邻陆地所进行的水深和岸线测量以及底质、障碍物的探测等工作。

海洋大地测量是测定海面地形、海底地形以及海洋重力及其变化所进行的大地测量工作。

海底地形测量是测定海底起伏、沉积物结构和地物的测量工作。

海洋专题测量是以海洋区域的地理专题要素为对象的测量工作。

海图制图是设计、编绘、整饰和印刷海图的工作，同陆地地图编制基本一致。

2.5.2海洋测绘发展阶段

海洋测绘大致可分3个阶段。

①20世纪30～50年代中期，开始对海洋进行地球物理测量，包括海洋地震测量、海洋重力测量等。

这阶段利用回声探测数据绘制海底地形图，揭示了海洋底部的地形地貌；利用双折射地震法获取大洋地壳的各种地球物理性质，证明大洋地壳与大陆地壳有显著的差异。

②1957～1970年，实施了国际地球物理年（1957～1958）、国际印度洋考察（1959～1965）、上地幔计划（1962～1970）等国际科学考察活动，发现了大洋中条带磁异常，为海底扩张说提供了强有力的证据，揭示了大洋地壳向大陆地壳下面俯冲的现象，观测了岛弧海沟系地震震源机制。

③70年代以后，广泛应用电子技术和计算机技术于海洋测绘中。

2.5.3海洋测绘的基本理论

海洋测绘的基本理论、技术方法和测量仪器设备等，同陆地测量相比，有它自己的许多特点。

主要是测量内容综合性强，需多种仪器配合施测，同时完成多种观测项目；测区条件比较复杂，海面受潮汐、气象等影响起伏不定;大多为动态作业,测者不能用肉眼通视水域底部，精确测量难度较大。

一般均采用无线电导航系统、电磁波测距仪器、水声定位系统、卫星组合导航系统、惯性导航组合系统，以及天文方法等进行控制点的测定和测点的定位；采用水声仪器、激光仪器，以及水下摄影测量方法等进行水深测量和海底地形测量；采用卫星技术、航空测量以及海洋重力测量和磁力测量等进行海洋地球物理测量。

海图编制的基本理论、方法和手段，同陆图编制相似。

2.5.4海洋测量的主要方法

海洋测量方法主要包括海洋地震测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海底热流测量、海洋电法测量和海洋放射性测量。

因海洋水体存在，须用海洋调查船和专门的测量仪器进行快速的连续观测，一船多用，综合考察。

基本测量方式包括：

①路线测量。

即剖面测量，了解海区的地质构造和地球物理场基本特征。

②面积测量。

按任务定的成图比例尺，布置一定距离的测线网。

比例尺越大，测网密度愈密。

在海洋调查中，广泛采用无线电定位系统和卫星导航定位系统。

三、测绘学的现代发展

50年代以来，由于现代光学、激