测量学_赵建三_第1章绪论

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第一章绪论

1.1 测量学的任务与应用

测量学定义

美国学者史蒂文斯认为：测量就是依据某种法则给物体安排数字；

如：铯原子的振动周期作为时间度量的基本单位，国际单位制定义1米是光在真空中1/299 792 458秒移动的距离，最初规定四千万分之一为 1 米，并按照这个长度用铂-铱合金铸成一根“米原器”。

测量的目的：就是进行可靠的定量比较，使我们的世界用同样的目光看同样的物体，进而为各行各业务。

本课程定义：测量学是研究地球的形状和大小，确定地面点位（包括空中、地下和海底），以及对于这理、存储、管理的科学。

测量学的分类：

测量学按照研究范围和对象的不同，可分为以下几个分支学科：

1、大地测量学：研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制测量和地球重力场问题的学科。

可分为常规大地测量学和卫星大地测量学。

2、摄影测量与遥感学：研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的形状、大小和空间位置（影像或数字形式制地形图或获得数字化信息的理论和方法的学科。

可分为地面摄影测量学、航空摄影测量学、水下摄影测量学和航天摄影测量学。（军事侦察、打击评估、地军事地图等更新）

3、地图制图学：利用测量的成果来绘制地图的理论和方法。

4、海洋测绘学：研究对象为海洋和陆地水体。

5、普通测量学：研究地球表面小范围测绘的基本理论、技术和方法，不顾及地球曲率的影响，把地球局部测量学的基础。

6、工程测量学

①研究内容

有关城市建设、矿山工厂、水利水电、农林牧业、道路交通、地质矿产等领域各种工程的勘测设计，建设施营，变形监测等方面的测绘工作。

②主要工作

测绘；测设；变形监测

测量学在工程建设中的应用：

测量学的应用非常广泛。国防、军事、经济建设都离不开测量学，这里着重介绍一下测量学在工程建设中的应用1勘测设计阶段：测绘各种比例尺的地形图，供工程的设计使用。

如修公路，为了确定一条最经济合理的路线，必须预先测绘路线附近的地形图，在地形图上进行路线设计。

2施工阶段：把线路和各种建筑物正确地测设到地面上。

如将设计路线的位置标定在地面上以指导施工

3竣工测量：对建筑物进行竣工测量。（是否符合设计的要求）

4运营阶段：为改建、扩大建而进行的各种测量。

5变形观测：为安全运营，防止灾害进行变形测量。

如：98年武汉上游长江支流大坝监测

1.2测量学的发展及现状

测量学发展简史

测量学是一门非常古老的科学。古代的测绘技术起源于水利和农业。

如：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记·夏本纪》中有“左准绳，右规矩”的记载

（注：准：古代测量水平的仪器；木受绳则直；圆曰规,方曰矩；说明当时已经有了“平”、“直”、“方”、“圆”的概念说明在当时已经有了原始的测量仪器。）

另一方面，随着人类在军事、交通运输的需要，在客观上也推动了测绘学的发展。

如：约在战国后期的一个秦国古墓，发现了迄今为止世界上最早的一幅实物地形图。（地形图的出现，标志着古代的测绘技术300年的马王堆汉代古墓中，发现了至今世界上最早的军事地图。

测绘学是技术性学科，它的形成和发展在很大程度上依赖测量方法和仪器工具的创造和改革。

如：17世纪以前，人们使用简单的工具，如绳尺、木杆尺等进行测量，以量测距离为主。17世纪初发明了望远镜。1617年创角度测量。1730年英国的西森制成第一架经纬仪，促进了三角测量的发展。1794年德国的C.F.高斯发明了最小二乘法，直到180 A.-M.勒让德也提出了同样的观测数据处理方法。1859年法国的A.洛斯达首创摄影测量方法。20世纪初，由于航空技术发展，出可以将航摄像片在立体测图仪上加工成地形图，促进了航空摄影测量的发展。

20世纪50年代起，测绘技术朝着电子化和自动化发展。

如：电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站仪、测量机器人、3S技术。

发展到今天，成为一门综合科学。它应用当代空间、遥感、通信、电子、微电子等各种先进技术与设备，以实用技术设备，采集与地球形状和大小、地球表面上的各种物体的几何形状及空间位置相关的数据和信息，并对理，为经济建设、国防建设的各个部门和行业提供服务。

现代测绘技术

全球定位系统

全球定位系统是以军事上需求为背景而出现的，现在已广泛应用于民用领域。包括智能交通、精细农业、资在测绘工作中主要用于大地测量、变形监测、控制测量、施工放样。

1.美国全球定位系统（GPS）

GPS是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。空间部分由24颗卫星组成。它提供两个等级的服务。

2.俄罗斯全球导航卫星系统

俄罗斯要用20年时间发射76颗GLONASS（格罗纳斯）卫星。1995年完成24颗中高度圆轨道卫星加1颗备用卫元，由俄罗斯国防部控制。

3.欧洲伽利略导航卫星系统计划（Galileo）

欧洲1999年初正式推出伽利略导航卫星系统计划。该方案由21颗以上中高度圆轨道核心星座组成，另加3颗覆卫星，辅以GPS和本地差分增强系统，首先满足欧洲需求，位置精度达几米。

4.我国的北斗星定位系统

中国的北斗卫星导航定位系统由2000年、2003年发射的3颗“北斗”卫星组成，中国的“北斗”导航系统是一可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。但缺点是不能覆盖两极地区，用户数量受一定限制。

遥感

美国数字全球（Digital Globe）公司的QuickBird-2（“快鸟-2”）卫星是目前世界上商业卫星中分辨率最高白）波段分辨率为0.61m，彩色多光谱分辨率为2.44m，幅宽为16.5km。

如：PPT图中显示了QuickBird卫星从450km高空探测到的北京市公主坟立交桥的图像，图中车辆和树木清晰可辨。

IKONOS-2（“艾科诺斯-2”）卫星是美国空间影像（Space Imaging）公司于1999年9月发射的高分辨率商680km，每天绕地球14圈，星上装有柯达公司制造的数字相机。相机的扫描宽度为11km，可采集1m分辨率的分辨率的多波段（红、绿、蓝、近红外）彩色照片。由于其分辨率高、覆盖周期短，故在军事和民用方面均有重

地理信息系统

GIS系统处于计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科的交叉地带，它是以地理空间数据库为基础法适时提供多种空间的和动态的地理信息，为政府、企业提供决策信息服务的计算机技术系统。

地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

1.3地面点位的确定