测绘学的相关基础知识

1、测绘学的相关基础知识主讲：一、基本简介：测绘学是研究地理信息的获取、处理、描述和应用的一门科学。其内容包括：研究测定、描述地球的形状、大小、重力场、地表形态以及他们的各种不爱被关押，确定自然和人工物体、人工设施的空间位置及属性，制成各种地图和建立有关信息系统。地理信息：反映地理系统级其因素的特征、动态、韵律、节奏、周期及分布状况的各种信息。一般有：1、图像地理信息，2、数字地理信息，3、文件信息。现代地理学通过观察、统计、文件检索、航空测量、地面、宇宙航行器测量等手段来获取有关地球表面及空间状况的各种地理信息。地理信息系统：在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按照空间分布以一定格式输入、存储、

2、检索、更新、显示、制图和综合分析的技术系统，它包含数据、符号及各种图像等。测量学：是研究如何测定地面点的平面位置和高程，将地球表面的地形及其他信息测绘成图以及研究地球形状和大小的一门科学。测定：是指运用测量仪器和方法，通过测量和计算，获得地面点的测量数据或者把地球表面的地形按一定比例缩测成地形图，供科学研究、国民经济建设和规划设计使用。2 / 17测设：是指将规划图纸上设计好的建筑物、构筑物的位置，用测量仪器和测量方法在地面上标定出来作为施工的依据。小知识：1、公元前130年，西汉初期便有了地形图和驻军图，为目前所发现中国最早的地图。2、测量学专业分类：大地测量、工程测量、摄影测量与遥感、地理

3、信息系统与地图制图、海洋测绘、房产测绘、地籍测绘、界线测绘、测绘航空摄影等。二、研究领域：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，编制全球和局部地区各种比例尺的普通地图和专题地图。它包括测量和制图两项主要内容。测绘学的应用范围很广：1、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。2、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、矿产测量和线路测量，并测绘大比例尺地图

4、以供地质普查和各种建筑物设计施工用。3、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地地球重力场数据。4、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。三、测绘学中的一些基本常识1、测量常用的度量单位（1）长度单位我国自1959年起，规定了计算制度统一采用国际单位制，常用的长度单位的名城和符号如下：基本单位：米（m）、千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（m）关系为：1m=10 dm=100 cm=1000mm=10000

5、m当然，我们原有的市用制单位：里、丈、尺、寸关系为：1里=150丈=1500尺=15000寸；1米=3寸长度的实制单位规定用到1990年为止。（2）角度单位：我国采用的角度单位3600制，度（0）分（）秒（）。关系为：10=60 1=60测量计算工作中，在推导公式和进行运算时，较小的角度经常要用另一种度量角度的单位，叫“弧度制”即用与半径等长的弧所对的圆心角作为量角的单位。圆周角的360°制与弧度制之间的换算关系式：180°=弧度（rad）1°=0.0174533弧度1弧度=57°1745（3）面积单位：国际采用的面积主单位是平方米（m2），我国大面积单

6、位可用平方公里（km2）、公顷（hm2），农业上习惯用市亩、分、厘作为面积单位。关系：1 km2=100 hm2=100万m2=1500市亩1 hm2=10000 m2=15市亩100 m2=0.15市亩1市亩=10分=100厘 1市亩=60平方丈=666.6 m22、地球的形状和大小测量中把地球总体形状看做是由静止的海水面向陆地延伸所包围的球体。经过长期测量实践研究表明，地球形状极近似于一个两级稍扁的旋转椭球，即一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体。测量学上，通常采用一个旋转椭圆代表地球的形状，并称之为“地球椭球”。三个基本元素：长半轴a，短半轴b，扁率=(a-b)/a我国现行的1980西安坐标系

7、，大地原点：位于陕西省泾阳县永乐镇地球的平均半径：R=1/3（a+a+b）=6371km我国当前最新的国家大地坐标系：2000国家大地坐标系（英文缩写为：CGCS2000），自2008年7月1日起，我国全面启用2000国家大地坐标系。其基本参数：a=6378137m（长半轴）=1/298.257222101（扁率）GM=3.986004418*1014m3s-2（地心引力常数）W=7.292115*10-5rads-1（自转角速度）属于地心坐标系：原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向。（B

8、IH国际时间局）Y轴按右手坐标系确定。更加科学，原点位于地球质量中心的三维国家大地坐标系。3、测量上的基准线和基准面及地面点确定的原理。（1）在测量上，以通过地面上某一点的铅垂线作为该点的基准线，所谓铅垂线就是地面上一点的重力方向线。在测量上，作为计算点位高度的基准面就是大地水准面，当然，大地水准面是一个不规则的复杂的曲面，它不可能通过一个数学式精确地表达出来，因此，在测量的计算和制图工作中，通常用一个非常接近于大地水准面的规则的几何表面，即参考椭球面来代替大地水准面作为计算机和制图的基准图。（2）地面点确定的原理测量工作的根本任务就是确定地面点的位置。无论是地形图的测绘还是建（构）筑物的放样

9、，都可以归纳为确定点位的问题：那么什么叫点位，就是地面上某一点的平面位置和高程，首先要确定一个投影基准面和投影基准线。地面点A、B沿基准线投影到基准面上的位置a、b即为相应点的平面位置，沿基准线量出的高度Aa、Bb即为相应的高程，那么，这样就可以把地面上的空间位置确定下来了。4、地理坐标、高斯直角坐标、平面直角坐标（1）地理坐标：地面上一点的平面位置在椭球上的经度和纬度。地轴：旋转椭球体的旋转轴称为地轴，两端点为南北两极。子午面：过地轴的平面子午线（经线）：子午面与旋转椭球体面的交线。赤道面：过地轴中心且垂直于地轴的平面赤道：赤道面与旋转椭球面的交线“首子午面”：将通过英国格林尼治天文台的子午

10、面作为经度起算面首子午线：首子午面与旋转椭球面的交线地面上的任一点，经度：过该点的子午面与首子午面的夹角，以表示。从首子午线起向东180°称为东经，向西180°称为西经。纬度：该点的法线与赤道平面的夹角，以表示，从赤道起向北0°90°称为北纬，向南0°90°称为南纬。例如：北京的地理坐标：东经：116°28，北纬：39°54澧县的地理坐标：东经：111° 1219112°0415，北纬29 °163029°5730小知识：我国领土全部位于赤道以北（2）高斯直角坐标：地理坐标只

11、能用来确定地面点在旋转椭球上的位置，但测量上的计算和绘图要求最好在平面上进行。投影方法：我国采用高斯投影（横切椭圆柱投影）高斯投影平面上的中央子午线投影为直线且长度不变，其余的子午线均为凹向中央子午线的曲线，离中央子午线愈远长度变形愈大，为了将长度变化限制在测图精度允许的范围内，通常采用六度分带法，由西向东分为六十带，即0°6°为第一带，3°线为第一带的中央子午线，以此类推。满足测量内投影所引起的长度变形不大于2.5cm/km，是建立成选择平面坐标系统的前提条件，即其相对中误差为1/4000.坐标系统选择的原则：首先考虑采用统一的高斯投影3°带平面直角坐

12、标系统与国家坐标系统相一致。其次，可采用高斯投影3°带，投影面为测量抵偿高程面或平均高程面。再次，可采用任意带，投影面为1985国家高程基准面。特殊要求的工程，也可采用建筑坐标系或独立坐标系统。高斯直角坐标系一般用于大面积的测量。（3）平面直角坐标系当测量面积较小时，可不考虑地球曲率而将其当做平面看待。半径为10的圆面积以内，可忽略地球曲率对距离的影响。原则：坐标原点大都安置在测量的西南角，使测量全部落在第一象限内。5、地面点的高程“1985年国家高程基准”从1985年1月1日起执行。水准原点：青岛市观象山，h=72.2604m起算面：黄海的平均海水面。6、测量工作的方法及常用的测量

13、仪器确定地面点有三项基本测量工作。一、距离测量（1）工具：钢尺（2）视距测量：经纬仪、水准仪，根据几何光学和三角学原理，同时测定水平距离和高差的一种方法。（3）电磁波测距 红红外线测距仪D=ct（4）直线定向：表示直线方向的方法常用方位角和象限角表示：罗盘仪、陀螺经纬仪。二、角度测量水平角观测和垂直角观测所用仪器：经纬仪（光学经纬仪、电子经纬仪、全站型电子速测仪）三、高程测量测量地面点高程的工作，通过测定地面点与点之间的高差，并根据已知点的高程，求得未知点的高程。所用仪器：水准仪（自动安平水准仪、精密水准仪）按其精度划分为四个等级：DS05,DS1,DS3,DS10.水准尺，尺垫四、介绍一下现

14、代测量所用的高斯技术3S集成技术：（RS，GPS，GIS）三者有机的融合，构成整体上的实时动态对地观测，分析和应用的运行系统，可以对数据进行动态更新，快速准确地获取定位信息，实现实时的现场查询和分析判断。在这个有机体中，GIS是核心，RS和GPS提供快捷高效的数据源，也就是所谓的“一个大脑，两只眼睛”的框架。（1）GPS定位的原理：根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。定位的精度：28颗卫星（其中四颗备用）分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约2万千米，可以实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。组成部分：

15、空间部分，地面控制系统，用户设备部分GPS卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。（2）地理信息系统1、定义：GIS是为特定的应用目标而建立的空间信息系统，是在计算机软、硬件及网络支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。2、构成：硬件系统：计算机主机、输入输出设备、储存设备、网络设备 软件系统：系统软件、专业软件、数据库软件 地理数据：系统操作的对象 系统开发、管理与应用人员3、数据库的建设3.1 地理数据的采集方法：全野外数据采集 航空摄影测量和航天遥感 原图数字化技术3.2 数据的质量控制及整体入库3.3 数据

16、库的更新4、地理信息系统标准 基础标准、产品标准、技术标准、管理标准5、应用系统的设计与开发 一般包括空间数据库的建设和专业应用功能的研制两部分。（3）点云数据测绘及所用的仪器 采用激光扫描、全球定位系统、惯性导航系统三种技术于一体的空间测量技术，能快速获取高密度、高精度的激光点云数据，并同步获取与点云高精度匹配的数码照片。采用这种快速的数据获取技术，获得精确的地表信息将加快城市数字化进程。克服了传统测量技术的局限性，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制。点云的采集速度高达几十万点每秒，能快速的获取被测对象的点云模型。最高精度可以达到毫米级。不需要接触扫描对象，在文物保护有着广泛的应用，极大地保护了文物的现状特征，防止二次破坏。四大特点：无限制 速度性 精度高 非接触式所用仪器：机载激光扫描仪 激光点云数据处理软件三维激光扫描技术：面向：高精度逆向工程及三维模型重构，全自动、高精度、立体扫描。优势：（1）数据获取速度性 （2）实时性强（3）数据量大，能详细描绘物体的细节 （4）主动性强，能全天候工作（5）全数字特征、信息传输、加工，表达容易 （2）操作方便，扫描时由软件控制仪器工作又称为“实景复制技术”获取：研究目标的三维坐标数据和数码照片是继GPS技术之后的又一项测绘技术新突破。利用地面三维激光扫描仪对物体进行数字化，得到物体大量点的三维坐标集合，称为点云数据。再进行