測繪學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識

1、測繪學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識主講：一、基本簡介：測繪學(xué)是研究地理信息的獲取、處理、描述和應(yīng)用的一門科學(xué)。其內(nèi)容包括：研究測定、描述地球的形狀、大小、重力場、地表形態(tài)以及他們的各種不愛被關(guān)押，確定自然和人工物體、人工設(shè)施的空間位置及屬性，制成各種地圖和建立有關(guān)信息系統(tǒng)。地理信息：反映地理系統(tǒng)級其因素的特征、動態(tài)、韻律、節(jié)奏、周期及分布狀況的各種信息。一般有：1、圖像地理信息，2、數(shù)字地理信息，3、文件信息?，F(xiàn)代地理學(xué)通過觀察、統(tǒng)計(jì)、文件檢索、航空測量、地面、宇宙航行器測量等手段來獲取有關(guān)地球表面及空間狀況的各種地理信息。地理信息系統(tǒng)：在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布以一定格式輸入、存儲、

2、檢索、更新、顯示、制圖和綜合分析的技術(shù)系統(tǒng)，它包含數(shù)據(jù)、符號及各種圖像等。測量學(xué)：是研究如何測定地面點(diǎn)的平面位置和高程，將地球表面的地形及其他信息測繪成圖以及研究地球形狀和大小的一門科學(xué)。測定：是指運(yùn)用測量儀器和方法，通過測量和計(jì)算，獲得地面點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)或者把地球表面的地形按一定比例縮測成地形圖，供科學(xué)研究、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和規(guī)劃設(shè)計(jì)使用。2 / 17測設(shè)：是指將規(guī)劃圖紙上設(shè)計(jì)好的建筑物、構(gòu)筑物的位置，用測量儀器和測量方法在地面上標(biāo)定出來作為施工的依據(jù)。小知識：1、公元前130年，西漢初期便有了地形圖和駐軍圖，為目前所發(fā)現(xiàn)中國最早的地圖。2、測量學(xué)專業(yè)分類：大地測量、工程測量、攝影測量與遙感、地理

3、信息系統(tǒng)與地圖制圖、海洋測繪、房產(chǎn)測繪、地籍測繪、界線測繪、測繪航空攝影等。二、研究領(lǐng)域：研究測定和推算地面點(diǎn)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狀和人工設(shè)施的幾何分布，并結(jié)合某些社會信息和自然信息的地理分布，編制全球和局部地區(qū)各種比例尺的普通地圖和專題地圖。它包括測量和制圖兩項(xiàng)主要內(nèi)容。測繪學(xué)的應(yīng)用范圍很廣：1、在城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、國土資源的合理利用、農(nóng)林牧漁業(yè)的發(fā)展、環(huán)境保護(hù)以及地籍管理等工作中，必須進(jìn)行土地測量和測繪各種類型各種比例尺的地圖，以供規(guī)劃和管理使用。2、在地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)開發(fā)、水利、交通等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，則必須進(jìn)行控制測量、礦產(chǎn)測量和線路測量，并測繪大比例尺地圖

4、以供地質(zhì)普查和各種建筑物設(shè)計(jì)施工用。3、在國防建設(shè)中，除了為軍事行動提供軍用地圖外，還要為保證火炮射擊的迅速定位和導(dǎo)彈等武器發(fā)射的準(zhǔn)確性提供精確的地心坐標(biāo)和精確地地球重力場數(shù)據(jù)。4、在研究地球運(yùn)動狀態(tài)方面，測繪學(xué)提供大地構(gòu)造運(yùn)動和地球動力學(xué)的幾何信息，結(jié)合地球物理的研究成果，解決地球內(nèi)部運(yùn)動機(jī)制問題。三、測繪學(xué)中的一些基本常識1、測量常用的度量單位（1）長度單位我國自1959年起，規(guī)定了計(jì)算制度統(tǒng)一采用國際單位制，常用的長度單位的名城和符號如下：基本單位：米（m）、千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（m）關(guān)系為：1m=10 dm=100 cm=1000mm=10000

5、m當(dāng)然，我們原有的市用制單位：里、丈、尺、寸關(guān)系為：1里=150丈=1500尺=15000寸；1米=3寸長度的實(shí)制單位規(guī)定用到1990年為止。（2）角度單位：我國采用的角度單位3600制，度（0）分（）秒（）。關(guān)系為：10=60 1=60測量計(jì)算工作中，在推導(dǎo)公式和進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，較小的角度經(jīng)常要用另一種度量角度的單位，叫“弧度制”即用與半徑等長的弧所對的圓心角作為量角的單位。圓周角的360°制與弧度制之間的換算關(guān)系式：180°=弧度（rad）1°=0.0174533弧度1弧度=57°1745（3）面積單位：國際采用的面積主單位是平方米（m2），我國大面積單

6、位可用平方公里（km2）、公頃（hm2），農(nóng)業(yè)上習(xí)慣用市畝、分、厘作為面積單位。關(guān)系：1 km2=100 hm2=100萬m2=1500市畝1 hm2=10000 m2=15市畝100 m2=0.15市畝1市畝=10分=100厘 1市畝=60平方丈=666.6 m22、地球的形狀和大小測量中把地球總體形狀看做是由靜止的海水面向陸地延伸所包圍的球體。經(jīng)過長期測量實(shí)踐研究表明，地球形狀極近似于一個兩級稍扁的旋轉(zhuǎn)橢球，即一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的形體。測量學(xué)上，通常采用一個旋轉(zhuǎn)橢圓代表地球的形狀，并稱之為“地球橢球”。三個基本元素：長半軸a，短半軸b，扁率=(a-b)/a我國現(xiàn)行的1980西安坐標(biāo)系

7、，大地原點(diǎn)：位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)地球的平均半徑：R=1/3（a+a+b）=6371km我國當(dāng)前最新的國家大地坐標(biāo)系：2000國家大地坐標(biāo)系（英文縮寫為：CGCS2000），自2008年7月1日起，我國全面啟用2000國家大地坐標(biāo)系。其基本參數(shù)：a=6378137m（長半軸）=1/298.257222101（扁率）GM=3.986004418*1014m3s-2（地心引力常數(shù)）W=7.292115*10-5rads-1（自轉(zhuǎn)角速度）屬于地心坐標(biāo)系：原點(diǎn)：包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點(diǎn)。Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議極地方向。（B

8、IH國際時(shí)間局）Y軸按右手坐標(biāo)系確定。更加科學(xué)，原點(diǎn)位于地球質(zhì)量中心的三維國家大地坐標(biāo)系。3、測量上的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面及地面點(diǎn)確定的原理。（1）在測量上，以通過地面上某一點(diǎn)的鉛垂線作為該點(diǎn)的基準(zhǔn)線，所謂鉛垂線就是地面上一點(diǎn)的重力方向線。在測量上，作為計(jì)算點(diǎn)位高度的基準(zhǔn)面就是大地水準(zhǔn)面，當(dāng)然，大地水準(zhǔn)面是一個不規(guī)則的復(fù)雜的曲面，它不可能通過一個數(shù)學(xué)式精確地表達(dá)出來，因此，在測量的計(jì)算和制圖工作中，通常用一個非常接近于大地水準(zhǔn)面的規(guī)則的幾何表面，即參考橢球面來代替大地水準(zhǔn)面作為計(jì)算機(jī)和制圖的基準(zhǔn)圖。（2）地面點(diǎn)確定的原理測量工作的根本任務(wù)就是確定地面點(diǎn)的位置。無論是地形圖的測繪還是建（構(gòu)）筑物的放樣

9、，都可以歸納為確定點(diǎn)位的問題：那么什么叫點(diǎn)位，就是地面上某一點(diǎn)的平面位置和高程，首先要確定一個投影基準(zhǔn)面和投影基準(zhǔn)線。地面點(diǎn)A、B沿基準(zhǔn)線投影到基準(zhǔn)面上的位置a、b即為相應(yīng)點(diǎn)的平面位置，沿基準(zhǔn)線量出的高度Aa、Bb即為相應(yīng)的高程，那么，這樣就可以把地面上的空間位置確定下來了。4、地理坐標(biāo)、高斯直角坐標(biāo)、平面直角坐標(biāo)（1）地理坐標(biāo)：地面上一點(diǎn)的平面位置在橢球上的經(jīng)度和緯度。地軸：旋轉(zhuǎn)橢球體的旋轉(zhuǎn)軸稱為地軸，兩端點(diǎn)為南北兩極。子午面：過地軸的平面子午線（經(jīng)線）：子午面與旋轉(zhuǎn)橢球體面的交線。赤道面：過地軸中心且垂直于地軸的平面赤道：赤道面與旋轉(zhuǎn)橢球面的交線“首子午面”：將通過英國格林尼治天文臺的子午

10、面作為經(jīng)度起算面首子午線：首子午面與旋轉(zhuǎn)橢球面的交線地面上的任一點(diǎn)，經(jīng)度：過該點(diǎn)的子午面與首子午面的夾角，以表示。從首子午線起向東180°稱為東經(jīng)，向西180°稱為西經(jīng)。緯度：該點(diǎn)的法線與赤道平面的夾角，以表示，從赤道起向北0°90°稱為北緯，向南0°90°稱為南緯。例如：北京的地理坐標(biāo)：東經(jīng)：116°28，北緯：39°54澧縣的地理坐標(biāo)：東經(jīng)：111° 1219112°0415，北緯29 °163029°5730小知識：我國領(lǐng)土全部位于赤道以北（2）高斯直角坐標(biāo)：地理坐標(biāo)只

11、能用來確定地面點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)橢球上的位置，但測量上的計(jì)算和繪圖要求最好在平面上進(jìn)行。投影方法：我國采用高斯投影（橫切橢圓柱投影）高斯投影平面上的中央子午線投影為直線且長度不變，其余的子午線均為凹向中央子午線的曲線，離中央子午線愈遠(yuǎn)長度變形愈大，為了將長度變化限制在測圖精度允許的范圍內(nèi)，通常采用六度分帶法，由西向東分為六十帶，即0°6°為第一帶，3°線為第一帶的中央子午線，以此類推。滿足測量內(nèi)投影所引起的長度變形不大于2.5cm/km，是建立成選擇平面坐標(biāo)系統(tǒng)的前提條件，即其相對中誤差為1/4000.坐標(biāo)系統(tǒng)選擇的原則：首先考慮采用統(tǒng)一的高斯投影3°帶平面直角坐

12、標(biāo)系統(tǒng)與國家坐標(biāo)系統(tǒng)相一致。其次，可采用高斯投影3°帶，投影面為測量抵償高程面或平均高程面。再次，可采用任意帶，投影面為1985國家高程基準(zhǔn)面。特殊要求的工程，也可采用建筑坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。高斯直角坐標(biāo)系一般用于大面積的測量。（3）平面直角坐標(biāo)系當(dāng)測量面積較小時(shí)，可不考慮地球曲率而將其當(dāng)做平面看待。半徑為10的圓面積以內(nèi)，可忽略地球曲率對距離的影響。原則：坐標(biāo)原點(diǎn)大都安置在測量的西南角，使測量全部落在第一象限內(nèi)。5、地面點(diǎn)的高程“1985年國家高程基準(zhǔn)”從1985年1月1日起執(zhí)行。水準(zhǔn)原點(diǎn)：青島市觀象山，h=72.2604m起算面：黃海的平均海水面。6、測量工作的方法及常用的測量

13、儀器確定地面點(diǎn)有三項(xiàng)基本測量工作。一、距離測量（1）工具：鋼尺（2）視距測量：經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀，根據(jù)幾何光學(xué)和三角學(xué)原理，同時(shí)測定水平距離和高差的一種方法。（3）電磁波測距 紅紅外線測距儀D=ct（4）直線定向：表示直線方向的方法常用方位角和象限角表示：羅盤儀、陀螺經(jīng)緯儀。二、角度測量水平角觀測和垂直角觀測所用儀器：經(jīng)緯儀（光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀、全站型電子速測儀）三、高程測量測量地面點(diǎn)高程的工作，通過測定地面點(diǎn)與點(diǎn)之間的高差，并根據(jù)已知點(diǎn)的高程，求得未知點(diǎn)的高程。所用儀器：水準(zhǔn)儀（自動安平水準(zhǔn)儀、精密水準(zhǔn)儀）按其精度劃分為四個等級：DS05,DS1,DS3,DS10.水準(zhǔn)尺，尺墊四、介紹一下現(xiàn)

14、代測量所用的高斯技術(shù)3S集成技術(shù)：（RS，GPS，GIS）三者有機(jī)的融合，構(gòu)成整體上的實(shí)時(shí)動態(tài)對地觀測，分析和應(yīng)用的運(yùn)行系統(tǒng)，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)更新，快速準(zhǔn)確地獲取定位信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的現(xiàn)場查詢和分析判斷。在這個有機(jī)體中，GIS是核心，RS和GPS提供快捷高效的數(shù)據(jù)源，也就是所謂的“一個大腦，兩只眼睛”的框架。（1）GPS定位的原理：根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。定位的精度：28顆衛(wèi)星（其中四顆備用）分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，距離地面約2萬千米，可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米，綜合定位的話，精度可達(dá)厘米級和毫米級。組成部分：

15、空間部分，地面控制系統(tǒng)，用戶設(shè)備部分GPS衛(wèi)星因?yàn)榇髿饽Σ恋葐栴}，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低。（2）地理信息系統(tǒng)1、定義：GIS是為特定的應(yīng)用目標(biāo)而建立的空間信息系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)支持下，對有關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、輸入、存儲、查詢檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。2、構(gòu)成：硬件系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)主機(jī)、輸入輸出設(shè)備、儲存設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件、專業(yè)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件 地理數(shù)據(jù)：系統(tǒng)操作的對象 系統(tǒng)開發(fā)、管理與應(yīng)用人員3、數(shù)據(jù)庫的建設(shè)3.1 地理數(shù)據(jù)的采集方法：全野外數(shù)據(jù)采集 航空攝影測量和航天遙感 原圖數(shù)字化技術(shù)3.2 數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制及整體入庫3.3 數(shù)據(jù)

16、庫的更新4、地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)5、應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) 一般包括空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和專業(yè)應(yīng)用功能的研制兩部分。（3）點(diǎn)云數(shù)據(jù)測繪及所用的儀器 采用激光掃描、全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三種技術(shù)于一體的空間測量技術(shù)，能快速獲取高密度、高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并同步獲取與點(diǎn)云高精度匹配的數(shù)碼照片。采用這種快速的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，獲得精確的地表信息將加快城市數(shù)字化進(jìn)程?？朔藗鹘y(tǒng)測量技術(shù)的局限性，能夠?qū)θ我馕矬w進(jìn)行掃描，且沒有白天和黑夜的限制。點(diǎn)云的采集速度高達(dá)幾十萬點(diǎn)每秒，能快速的獲取被測對象的點(diǎn)云模型。最高精度可以達(dá)到毫米級。不需要接觸掃描對象，在文物保護(hù)有著廣泛的應(yīng)用，極大地保護(hù)了文物的現(xiàn)狀特征，防止二次破壞。四大特點(diǎn)：無限制 速度性 精度高 非接觸式所用儀器：機(jī)載激光掃描儀 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件三維激光掃描技術(shù)：面向：高精度逆向工程及三維模型重構(gòu)，全自動、高精度、立體掃描。優(yōu)勢：（1）數(shù)據(jù)獲取速度性 （2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)（3）數(shù)據(jù)量大，能詳細(xì)描繪物體的細(xì)節(jié) （4）主動性強(qiáng)，能全天候工作（5）全數(shù)字特征、信息傳輸、加工，表達(dá)容易 （2）操作方便，掃描時(shí)由軟件控制儀器工作又稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”獲?。貉芯磕繕?biāo)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和數(shù)碼照片是繼GPS技術(shù)之后的又一項(xiàng)測繪技術(shù)新突破。利用地面三維激光掃描儀對物體進(jìn)行數(shù)字化，得到物體大量點(diǎn)的三維坐標(biāo)集合，稱為點(diǎn)云數(shù)據(jù)。再進(jìn)行