测绘学概论 目录一、 总论二、大地测量学三、摄影测量学四、地图制图学五、工程测量学六、海洋测绘学七、全球卫星定位导航技术八、遥感九、地理信息系统十、误差理论与测量平差十一、地球空间信息学与数字地球总论1.测绘学的基本概念： 从广义上讲：测绘学研究的对象是实体，是一门研究实体中与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文、属性等信息的采集、处理、管理、更新与运用的科学。 针对地球而言：测绘学是一门研究测定和推算地面及其外层空间点的几何位置、确定地球形状大小和地球重力场，获取地球表面自然形态和人工设施的几何分布、属性等信息，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，同时建立各种地理信息系统，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务的科学。2.测绘学研究的内容：1) 研究地球重力场理论，确定地球椭球的参数，建立统一的测绘基准和坐标系统以及测定点的坐标的技术和方法。2) 研究地图制作的理论、技术和工艺。3) 研究如何处理带有误差的观测值，设法消除或削弱误差，即误差理论和平差。3.测绘学的分支：1) 大地测量学2) 遥感与摄影测量学3) 地图制图学4) 海洋测量学5) 工程测量学4.测绘学中的3S新技术：1) GPS:全球定位系统2) GIS：地理信息系统3) RS：遥感5.地球空间信息学和数字地球的概念：1) 当今信息的重要性： 从社会经济发展来看，人类走过了资源经济、资本经济和知识经济三个阶段，其社会运作方式如下：资源经济：物质流 资本经济：资本流物质流 知识经济：信息流资本流物质流我们可以看出，在知识经济时代，信息流拉动资本流，进而拉动物质流，使得社会生产力极大提高。可见，信息技术在当代的重要性。2) 数字地球的概念： 所谓数字地球，就是对真实地球及其相关现象进行统一的数字化重现和认识。通俗的讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及环境的时空变化装入计算机中，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度的三维描述，为人类生活服务，其本质是一个信息系统。大地测量学1.大地测量学的基本概念： 研究地球的形状、大小和重力场，测定地面点几何位置及其变化的技术和学科。2.大地测量学的基本任务：1) 建立和维护高精度全球和区域性大地测量系统与大地测量参考框架；2) 获取空间点位置的静态和动态信息；3) 测定和研究地球形状大小、地球外部重力场；4) 测定和研究全球和区域性地球动力学现象，包括地球自转与极移、地球潮汐、板块运动与地壳形变以及其他全球变化；5) 研究地球表面观测量向椭球面和平面的投影变换及相关的大地测量计算问题；6) 研究新型的大地测量仪器和大地测量方法；7) 研究空间大地测量理论和方法；8) 研究月球和行星大地测量理论和方法，研究月球或行星探测器定位、定轨和导航技术。3.大地测量学的分类：1) 几何大地测量：用几何观测量（距离、角度、高差、方向）来建立水平控制网或高程控制网，提供地面点的水平位置或高程。2) 物理大地测量：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求大地水准面相对于地球椭球的距离、地球的扁率等。3) 卫星大地测量：用人造地球卫星观测量进行空间定位，提供地面点在地心坐标系中的三维坐标。摄影测量学1.摄影测量学的基本概念： 研究利用摄影或遥感的手段获取目标物的影像数据，通过对影像进行测量和解译，从中提取几何的或物理的信息（摄影测量侧重几何信息的提取，遥感侧重物理信息的提取），并用图形、图像和数字的形式表达测绘成果的学科。2.摄影测量学研究的内容：1) 获取目标物的影响2) 对影像进行处理3) 将所测得的成果用图形、图像或数字表示3.摄影测量的主要应用： 摄影测量最主要的摄影对象是地球表面，用来测绘国家各种基本比例尺的地形图，为各种地理信息系统与土地信息系统提供数据基础。4.摄影测量学的分类：1) 航天摄影测量：将摄影机安装在卫星上，对地面进行摄影。2) 航空摄影测量：将摄影机安装在飞机上，对地面进行摄影。（摄影测量最常用的方法）3) 近景摄影测量：将摄影机安装在地面上进行测量。地图制图学1.地图制图学的基本概念： 研究模拟地图和数字地图的基础理论、地图设计、地图编制和复制的技术方法及其应用的科学。2.地图学制图学研究的内容：1) 地图投影2) 地图编制3) 地图设计4) 地图应用3.地图的特性1) 可量测性2) 直观性3) 一览性4.地图的内容1) 数学要素：包括地图的坐标网、控制点、比例尺和定向等内容2) 地理要素：包括自然要素、社会经济要素和环境要素3) 辅助要素：主要有图名、图号、接图表、图廓、分度带、图例及成图说明等。5.地图分类1) 按内容分类：普通地图和专题地图 普通地图：以相对平衡的详细程度表示水系、地貌、土质植被、居民地、交通网、境界等基本地理要素专题地图:根据需要突出反映一种或几种主题要素或现象的地图。2）按比例尺分类：大比例尺地图（ 1:10万） 中比例尺地图（1:10万1:100万） 小比例尺地图（1:100万）3）按制图区域范围分类：世界地图、大陆地图、洲地图等4）按政治行政区划分类：国家地图、省地图、市地图、县地图等5）按使用方式分类：桌面用图、挂图、随身携带地图。工程测量学1.工程测量学的基本概念： 研究在工程建设和自然资源开发各个阶段进行测量工作的理论和技术的科学。2.工程建设的内容： 主要指 工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、隧道、水利工程、地下工程、管线工程、城市和矿山建设等。3.工程建设的三个阶段： 规划设计 施工建设 运营管理4.工程建设各阶段的测量工作：规划设计阶段：主要是测绘各种比例尺的地形图施工建设阶段：首先根据工地的地形、地质、性质等，建立施工控制网；然后将图纸上设计的实体通过施工放样，准确的定位在地面上；另外还包括土石方量测量、竣工测量等。运行管理阶段：为了监视工程的安全和稳定情况，检验设计是否合理，往往需要定期地对工程的动态变形如水平位移、沉陷、倾斜、裂缝等进行检测，即进行变形监测。海洋测绘学1.海洋测绘学的基本概念： 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和方法的科学。2.海洋测绘学科的内容：1) 海洋大地测量：主要工作是建立海洋控制网，为水下、水中、水下定位提供已知位置的控制点。海洋控制网包括海岸控制网、岛陆控制网、海底控制网。2) 海道测量：主要内容为测绘海图，包括：航海线路图、海底地貌扫描图。随着计算机的发展，海道测量主要绘制主要港口和航路的系列电子海图、航海及引航图集等各类专题电子海图。3) 海洋重力测量：为研究地球形状、精化大地水准面提供重力异常数据，为地球物理和地质方面的研究提供重力资料。4) 海洋磁力测量：为航行安全提供海域磁场信息，为海洋资源勘探提供参考数据。5) 海洋水文测量：主要对海水温度、盐度、海流、潮汐、潮流、波浪等进行测量。通过水文测量，可以计算声波在水中传播速度，为声学测深系统，声学定位系统提供保障。6) 海底地形测量：主要测量海底地物、地貌的详细信息。7) 海洋工程测量：港口码头放样等工作。8) 海图学：研究各种海图的编制的科学。全球卫星定位导航技术（GPS）1.定位与导航的概念：定位：定位就是测量和表达 信息、事件或目标发生在什么时间，什么空间位置的理论方法和技术。导航：指对运动的目标（如汽车、飞机、船舶等）进行实时动态定位。即确定目标的三维坐标、速度和包括航向偏转、纵向摇摆、横向摇摆三个角度的姿态确定。2.绝对定位与相对对位：绝对定位：把直接确定信息、事件、目标相对于参考坐标系统的坐标位置测量称为绝对定位。相对定位：把确定信息、事件、目标相对于参考坐标系统内另一已知位置目标的位置关系称为相对定位。3.全球卫星定位导航系统的工作原理： 卫星定位导航系统都由三部分组成：空间卫星部分、地面控制部分、用户部分。 都是利用在空间飞行的卫星不断地向地面发送时间信号、测距信号、和卫星瞬时的坐标位置信号，然后地面控制部分通过接收上述信号来精确测定卫星的轨道坐标、时钟差，检查卫星运转是否正常，并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进行必要的轨道纠正。而用户部分通过卫星信号接收机接收卫星发送的多种信号并进行处理，确定用户的最终位置。4.目前世界四大全球卫星定位导航系统1.美国全球定位系统（GPS）：有24颗卫星组成（21+3），分布在6条交点互隔60度的轨道面上。2俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）系统：有24颗卫星组成。 3欧洲“伽利略”（GALILEO）系统：有30颗卫星组成， 4中国“北斗”系统：目前由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。15.GPS全球定位导航系统的组成：1) 空间部分：GPS卫星星座 设计为21颗卫星加3颗轨道备用卫星，实际已经有2728颗卫星。 GPS卫星可见性 地面上任何位置任何时间至少可见4颗卫星，一般可见68颗卫星。 GPS卫星信号 包括载波、卫星识别码、测距码、导航数据。2) 地面控制部分：监控站 接收卫星下行信号数据并送至主控站，监控卫星导航运行和服务状态。 主控站 卫星轨道设计，卫星控制，定位系统的运行管理。 注入站 卫星轨道的纠正信息，卫星钟差纠正信息，控制命令的上行注入卫星。3) 用户部分：GPS接收机由天线和信号处理运算显示两大部件组成。遥感(RS)1.遥感的基本概念： 从非接触成像系统和其他传感器系统，在远离目标和非接触目标条件下探测目标，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、最后进行分析与应用的一门科学和技术。2.遥感的物理基础： 电磁波的概念：震动的传播称为波。电磁震动的传播就是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为:-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感中使用的电磁波：遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。 太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有: 紫外、可见光和近红外波段。 地面上的任何物体（即目标物），如大气、土地、水体、植被和人工构筑物等，在温度高于绝对零度（即0k=-273.15）的条件下，它们都具有吸收、反射、透射及辐射电磁波的特性。当太阳光从宇宙空间经大