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测绘学概论论文

测绘学浅析
【摘要】
测绘学是一门古老的学科，它在发展过程中形成了大地测量学，摄影测量学，海洋测绘，地图制图学，工程测量学等分支学科。为国民经济作出了巨大的贡献。测绘学同样是一门新兴学科，随着空间技术，计算机技术和信息技术的以及通信技术的发展及在各行各业中不断的渗透融合，测绘学这一古老学科在这些新技术的推动下出现了以“3S”技术为代表的现代测绘科学技术。

关键词： 测绘学 学科分类 3S 现代测绘

一、测绘学的研究对象与领域
研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形状和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地理分布，编制全球地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术学科。又称测量学。它包括测量和制图两项主要内容。
测绘学的应用范围很广。在城乡建设规划、国土资源的合理利用、农林牧渔业的发展、环境保护以及地籍管理等工作中，必须进行土地测量和测绘各种类型、各种比例尺的地图，以供规划和管理使用。在地质勘探、矿产开发、水利、交通等国民经济建设中，则必须进行控制测量、矿山测量和线路测量，并测绘大比例尺地图，以供地质普查和各种建筑物设计施工用。在国防建设中，除了为军事行动提供军用地图外，还要为保证火炮射击的迅速定位和导弹等武器发射的准确性，提供精确的地心坐标和精确的地球重力场数据。在研究地球运动状态方面，测绘学提供大地构造运动和地球动力学的几何信息，结合地球物理的研究成果，解决地球内部运动机制问题。
测绘学的主要研究对象是地球及其表面的各种形态。地球的外形非常近似于一个椭球，在测绘学中即用一个同地球外形极为接近的旋转椭球来代表地球，称为地球椭球。地面上任一点的几何位置即用这点在地球椭球面上的经纬度和点的高程表示。测绘学中研究测定地球形状及地球重力场，地球椭球参数，以及地面点的几何位置的理论和方法的这一分支学科称为大地测量学。
　　有了大量地面点的平面坐标和高程，就可以此为基础进行地表形态的测绘工作。其中包括地表的各种自然形态,如水系、地貌、土壤和植被的分布;也包括人类社会活动所产生的各种人工形态，如境界线、居民地、交通线和各种建筑物的位置。由于地表形态的测绘工作是分别在面积不大的测区内进行的，在同一测区内可以既不考虑地球曲率，也不顾及地球重力场的微小影响。研究这种理论和技术的分支学科称为普通测量学。
　　测绘地表形态，特别是测绘大面积的地表，可以采用摄影方法或电磁波成像的方法，以获得地表形态的信息。然后根据摄影测量的理论和方法，将获得的地表形态信息以模拟的或解析的方式进行处理，使转变为各种比例尺的地形原图或形成地理数据库。这就形成了又一门分支学科──摄影测量学。
　　各项经济建设和国防工程建设的规划设计、施工和部分建筑物建成后的运营管理中，都需要一定的测绘资料或利用测绘手段来指导工程的进行，监视建筑物的变形。这些测绘工作往往要根据具体工程的要求，采取专门的测量方法，有时需要特定的高精密度或使用特种测量仪器。研究解决这些问题的理论和技术的分支学科，就是工程测量学。
海洋环境中进行的测绘工作，同陆地测量有很大的区别。例如：测量工作主要在船上进行，并且大多采用声学或无线电方法；所以，海面上的定位、海底控制网的建立、海面形态和海底地形测量、海洋重力测量以及海图编制等都不同于陆地的同类工作。此外，海图同陆地的地图在用途上也不尽相同。由此，在测绘学中又形成一个专门学科，称为海洋测绘。 测图过程所得到的成果只是地形原图或海图的原图，还要经过编绘、整饰和制印,或增加某些专门要素,才能形成各种比例尺的地形图或海图以及各种专题地图。为此，必须进行地图投影、地图编制、地图整饰和地图制印等项工作。研究这方面的理论和技术的分支学科称为地图制图学。

二、测绘学发展简史
测绘学有着悠久的历史。
人类对地球形状的科学认识，是从公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯(Pytha-goras)最早提出地是球形的概念开始的。两世纪后,亚里士多德(Aristotle)作了进一步论证，支持这一学说,称为地圆说。又一世纪后,亚历山大的埃拉托斯特尼 (Era-tosthenes)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，以此证实了地圆说。这也是测量地球大小的“弧度测量”方法的初始形式。　
　　1743年法国A.C.克莱洛证明了地球椭球的几何扁率同重力扁率之间存在着简单的关系。这一发现，使人们对地球形状的认识又进了一步，从而为根据重力数据研究地球形状奠定了基础 。
　　19世纪初，随着测量精度的提高，通过对各处弧度测量结果的研究，发现测量所依据的垂线方向同地球椭球面的法线方向之间的差异不能忽略。因此法国的P.S.拉普拉斯和德国的C.F.高斯相继指出，地球形状不能用旋转椭球来代表。1849年Sir G.G.斯托克斯提出利用地面重力观测资料确定地球形状的理论。1873年，利斯廷(J.B.Listing)创用“大地水准面”一词,以该面代表地球形状。自那时起，弧度测量的任务，不仅是确定地球椭球的大小，而且还包括求出各处垂线方向相对于地球椭球面法线的偏差，用以研究大地水准面的形状。
　　1945年，苏联的M.C.莫洛坚斯基创立了直接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，从而回避了长期无法解决的重力归算问题。
　　人类对地球形状的认识和测定，经过了球—椭球—大地水准面 3个阶段，花去了约二千五、六百年的时间，随着对地球形状和大小的认识和测定的愈益精确，测绘工作中精密计算地面点的平面坐标和高程逐步有了可靠的科学依据，同时也不断丰富了测绘学的理论。
　　17世纪之前，人们使用简单的工具，例如中国的绳尺、步弓、矩尺和圭表等进行测量。这些测量工具都是机械式的，而且以用于量测距离为主。从17世纪末到20世纪中叶，测绘仪器主要在光学领域内发展，测绘学的传统理论和方法也已发展成熟。而从20世纪50年代起，测绘技术又朝电子化和自动化方向发展。这不仅实现了测绘作业的自动化，提高了测绘成果的质量，而且使传统的测绘学理论和技术发生了巨大的变革，测绘的对象也由地球扩展到月球和其他星球。

三、中国测绘简况
自1950年起，中国的测绘事业有了很大的发展。主要成就有：在全国范围内建立了国家大地网、国家水准网、国家基本重力网和卫星多普勒网，并对国家大地网进行了整体平差。参加平差的点数，一、二等三角点和导线点以及部分三等三角点共约 5万个，有30万个观测值。在国家水准网中，已完成的一等水准测量约 93000公里，国家基本重力网包含约40个基本重力点和百余个一等重力点；卫星多普勒网由分布在全国的37个站组成。为了发展卫星大地测量技术，相继研制了卫星摄影仪、卫星激光测距仪和卫星多普勒接收机，并已投入实际应用。采用航空摄影测量方法在全国范围内测绘了国家基本比例尺地形图，其中已完成了全国1:50000（部分地区1:100000）比例尺的测图工作,正在进行1:10000比例尺的测图工作。在摄影测量技术上已普遍应用电子计算机进行解析空中三角测量，并正在研制解析测图仪、正射投影仪，研究自动测图系统和航天遥感资料在测绘上的应用。在海洋测绘方面，采用了新的海洋定位系统。这些新技术和新仪器的使用，进一步推动了中国测绘事业的发展。

四、测绘学的学科分类
测绘学主要研究对象是地球及其表面形态。在发展过程中形成大地测量学、普通测量学、摄影测量学、工程测量学、海洋测绘和地图制图学等分支学科。
　　大地测量学 研究和测定地球的形状、大小和地球重力场，以及地面点的几何位置的理论和方法。
　　普通测量学 研究地球表面局部区域内控制测量和地形图测绘的理论和方法。局部区域是指在该区域内进行测绘时，可以不顾及地球曲率，把它当作平面处理，而不影响测图精度。
　　摄影测量学 研究利用摄影机或其他传感器采集被测物体的图像信息，经过加工处理和分析，以确定被测物体的形状、大小和位置，并判断其性质的理论和方法。测绘大面积的地表形态，主要用航空摄影测量。
　　工程测量学 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。
　　海洋测绘 研究对海洋水体和海底进行测量与制图的理论和技术。为舰船航行安全、海洋工程建设提供保障。
地图制图学 研究地图及其编制的理论和方法。

五、3S技术
全球卫星导航技术—GPS
GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
遥感科学与技术--RS
遥感具有以下几方面特点
　　1．可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多平方千米。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
　　2．获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。
3．获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。
4．获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。
　 为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图像技术随之得以迅速发展。
目前，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。
地理信息系统--GIS
最简单地来说，GIS是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即使技术。这是GIS的本质，也是核心。
　　物质世界中的任何事物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统（ Geographic Information System, 简称 GIS）作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。由于信息技术的发展，数字时代的来临，理论上来说，GIS可以运用于现阶段任何行业。　从技术和应用的角度， GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术；
　　从学科的角度， GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系；
　　从功能上， GIS 具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；
　　从系统学的角度， GIS 具有一定结构和功能，是一个完整的系统。
　　简而言之， GIS 是一个基于数据库管理系统（ DBMS ）的分析和管理空间对象的信息系统，以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。
GIS即地理信息系统（Geographic Information System），经过了40年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。

专业文献
[1]宁津生，陈俊勇，李德仁，刘经南，张祖勋。《测绘学概论》武汉大学出版社
[2]潘正风《数字测图原理与方法》武汉大学出版社
[3]宁津生，晃定波漫谈现代测绘学【EB/OL】.中国测绘信息网

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