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測繪學

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測繪學是運用系統的方法,集成各種手段來獲取和管理空間數據,並作為科學、管理、法律和技術服務的一部分參與空間信息生產和管理的一門應用學科。
中文名
測繪學
外文名
geomatics
研究內容
地球及其表面的各種形態
學科起源
古代的天文觀測,水利和農業
學科應用
海洋科學、天文學、地理學等
學科門類
自然科學和地球物理學

測繪學學科簡介

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測繪學是研究地理信息獲取、處理、描述和應用的一門科學。其內容包括:研究測定、描述地球的形狀、大小、重力場地表形態以及它們的各種變化,確定自然和人工物體、人工設施的空間位置及屬性,製成各種地圖(含地形圖)和建立有關信息系統。現代測繪學的技術已部分應用於其它行星和月球上。

測繪學發展簡史

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人類對地球形狀的認識歷史
人類對地球形狀的科學認識,是從公元前6世紀古希臘的畢達哥拉斯(Pytha-goras)最早提出地是球形的概念開始的。兩世紀後,亞里士多德(Aristotle)作了進一步論證,支持這一學説,稱為地圓説
17世紀末,英國牛頓(I.Newton)和荷蘭的惠更斯(C.Huygens)首次從力學的觀點探討地球形狀,提出地球是兩極略扁的橢球體,稱為地扁説。
19世紀初,隨着測量精度的提高,通過對各處弧度測量結果的研究,發現測量所依據的垂線方向同地球橢球面的法線方向之間的差異不能忽略。因此法國的P.S.拉普拉斯和德國的C.F.高斯相繼指出,地球形狀不能用旋轉橢球來代表。
地圖製圖的演變歷史
測繪學 測繪學
上古時代,那時由於人類從事生產和軍事等活動,就產生了對地圖的需要。原始地圖只是根據文字記述或見聞繪成的略圖,不講求比例尺和方位,可靠性很差。
公元前3世紀,埃拉託斯特尼最先在地圖上繪製經緯線。
公元2世紀,古希臘的C.托勒密所著《地理學指南》一書,提出了地圖投影問題。100多年後,中國西晉的裴秀總結出“製圖六體”的製圖原則,從此地圖製圖有了標準,提高了地圖的可靠程度。
16世紀,地圖製圖進入了一個新的發展時期。中國明代的羅洪先和德國的G.墨卡託都以編制地圖集的形式,分別總結了16世紀之前中國和西方在地圖製圖方面的成就。從16世紀起,隨着測量技術的發展,尤其是三角測量方法的創立,西方一些國家紛紛進行大地測量工作,並根據實地測量結果繪製圖家規模的地形圖,這樣測繪的地形圖,不僅有準確的方位和比例尺,具有較高的精度,而且能在地圖上描繪出地表形態的細節,還可按不同的用途,將實測地形圖縮制編繪成各種比例尺的地圖。
測繪技術和儀器工具的變革歷史
17世紀之前,人們使用簡單的工具,例如中國的繩尺、步弓、矩尺和圭表等進行測量,以用於量測距離為主。約於1730年,英國的西森(Sisson)製成測角用的第一架經緯儀,大大促進了三角測量的發展,使它成為建立各種等級測量控制網的主要方法。19世紀50年代初,法國洛斯達(A.Lausse-dat)首創攝影測量方法。隨後,相繼出現立體座標量測儀,地面立體測圖儀等。到20世紀初,則形成比較完備的地面立體攝影測量法。1915年出現了自動連續航空攝影機,因而可以將航攝像片在立體測圖儀器上加工成地形圖。可以説,從17世紀末到20世紀中葉,測繪儀器主要在光學領域內發展,測繪學的傳統理論和方法也已發展成熟。
從20世紀50年代起,測繪技術又朝電子化和自動化方向發展。大地測量定位方法除了採用三角測量外,還可採用精密導線測量三邊測量。與此同時,具有電子設備和用電子計算機控制的攝影測量儀器的出現,促進了解析測圖技術的發展。自從1957年第一顆人造地球衞星發射成功後,測繪工作有了新的飛躍,在測繪學中開闢了衞星大地測量學這一新領域在這個時期裏還出現了慣性測量系統,它能實時地進行定位和導航,成為加密陸地控制網和海洋測繪的有力工具。 [1] 

測繪學相關概念

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地理信息(Geographical information;GI):反映地理系統及其因素的特徵、動態、節奏、韻律、週期及分佈狀況的各種信息。一般有圖象地理信息、數字地理信息和文件信息等。現代地理學通過觀察、統計、文件檢索、航空測量、地面測量、宇宙航行器測量等手段來獲取有關地球表面及空間狀況的各種地理信息。
地理信息系統(Geographical Information System;GIS):在計算機軟硬件支持下,把各種地理信息按照空間分佈,以一定的格式輸入、存儲、檢索、更新、顯示、製圖和綜合分析的技術系統。它包含數據、符號及各種圖象等。
測量學(Surveying):測量學是研究如何測定地面點的平面位置和高程,將地球表面的地形及其它信息測繪成圖(含地圖和地形圖),以及研究地球的形狀和大小等的一門科學。
測定:指運用測量儀器和方法,通過測量和計算,獲得地面點的測量數據,或者把地球表面的地形按一定比例縮繪成地形圖,供科學研究、國民經濟建設和規劃設計使用。
測設:將規劃圖紙上設計好的建築物、構造物的位置(平面位置和高程)用測量儀器和測量方法在地面上標定出來做為施工的依據。

測繪學應用

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測繪學應用領域

研究測定和推算地面點的幾何位置、地球形狀及地球重力場,據此測量地球表面自然形狀和人工設施的幾何分佈,並結合某些社會信息和自然信息的地理分佈,編制全球和局部地區各種比例尺的地圖和專題地圖的理論和技術學科。又稱測量學。它包括測量和製圖兩項主要內容。

測繪學應用範圍

測繪學的應用範圍很廣。在城鄉建設規劃、國土資源的合理利用、農林牧漁業的發展、環境保護以及地籍管理等工作中,必須進行土地測量和測繪各種類型、各種比例尺的地圖,以供規劃和管理使用。在地質勘探、礦產開發、水利、交通等國民經濟建設中,則必須進行控制測量、礦山測量和線路測量,並測繪大比例尺地圖,以供地質普查和各種建築物設計施工用。在國防建設中,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彈等武器發射的準確性,提供精確的地心座標和精確的地球重力場數據。在研究地球運動狀態方面,測繪學提供大地構造運動地球動力學的幾何信息,結合地球物理的研究成果,解決地球內部運動機制問題。

測繪學研究分支

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測繪學主要研究對象是地球及其表面形態。在發展過程中形成大地測量學、普通測量學、攝影測量學、工程測量學、海洋測繪和地圖製圖學等分支學科。 [2] 

測繪學大地測量學

測繪學的主要研究對象是地球及其表面的各種形態。為此,首先要研究和測定地球的形狀、大小及其重力場,並在此基礎上建立一個統一的座標系統,用以表示地表任一點在地球上的準確幾何位置。地球的外形非常近似於一個橢球,在測繪學中即用一個同地球外形極為接近的旋轉橢球來代表地球,稱為地球橢球。地面上任一點的幾何位置即用這點在地球橢球面上的經緯度和點的高程表示。測繪學中研究測定地球形狀及地球重力場,地球橢球參數,以及地面點的幾何位置的理論和方法的這一分支學科稱為大地測量學

測繪學普通測量學

有了大量地面點的平面座標和高程,就可以此為基礎進行地表形態的測繪工作。其中包括地表的各種自然形態,如水系、地貌、土壤和植被的分佈;也包括人類社會活動所產生的各種人工形態,如境界線、居民地、交通線和各種建築物的位置。由於地表形態的測繪工作是分別在面積不大的測區內進行的,在同一測區內可以既不考慮地球曲率,也不顧及地球重力場的微小影響。研究這種理論和技術的分支學科稱為普通測量學

測繪學攝影測量學

測繪地表形態,特別是測繪大面積的地表,可以採用攝影方法或電磁波成像的方法,以獲得地表形態的信息。然後根據攝影測量的理論和方法,將獲得的地表形態信息以模擬的或解析的方式進行處理,使轉變為各種比例尺的地形原圖或形成地理數據庫。這就形成了又一門分支學科──攝影測量學。

測繪學工程測量學

各項經濟建設和國防工程建設的規劃設計、施工和部分建築物建成後的運營管理中,都需要一定的測繪資料或利用測繪手段來指導工程的進行,監視建築物的變形。這些測繪工作往往要根據具體工程的要求,採取專門的測量方法,有時需要特定的高精密度或使用特種測量儀器。研究解決這些問題的理論和技術的分支學科,就是工程測量學

測繪學海洋測繪

海洋環境中進行的測繪工作,同陸地測量有很大的區別。例如:測量工作主要在船上進行,並且大多采用聲學或無線電方法;所以,海面上的定位、海底控制網的建立、海面形態和海底地形測量、海洋重力測量以及海圖編制等都不同於陸地的同類工作。此外,海圖同陸地的地圖在用途上也不盡相同。由此,在測繪學中又形成一個專門學科,稱為海洋測繪。

測繪學地圖製圖學

測圖過程所得到的成果只是地形原圖或海圖的原圖,還要經過編繪、整飾和制印,或增加某些專門要素,才能形成各種比例尺的地形圖或海圖以及各種專題地圖。為此,必須進行地圖投影地圖編制、地圖整飾和地圖制印等項工作。研究這方面的理論和技術的分支學科稱為地圖製圖學

測繪學測繪儀器

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全站儀
全站儀 全站儀
全站儀,即全站型電子速測儀,是由電子測角、電子測距、電子計算和數據存儲單元等組成的三維座標測量系統,測量結果能自動顯示,並能與外轉設備交換住處的多功能測量儀器。由於全站型電子速測儀較完善地實現了測量和處理過程的電子化和一體化,所以人們也通常稱之為全站型電子速測儀或簡稱全站儀。
表面污染測量儀
表面污染測量儀是一款通用的污染測量儀,設計用於在核工業、援救和其他包括有異常污染水平可能的工作等不同領域的廣泛應用。功能包括帶報警功能的污染測量、自動轉換到活度值、帶有數據柱狀圖存儲功能的表面污染測量(通過紅外線端口下載數據到PC需外部附件)。寬廣的測量範圍:直到100000CPS。以CPS或Bq/cm2表示的標準的表面污染測量帶有數據柱狀圖存儲功能的污染測量。聲光報警,使用方便、簡單。
影像測量儀
影像測量儀 影像測量儀
影像測量儀(又名影像式精密測繪儀)(儀康光學測量儀器專業生產數字投影儀,二次元,三次元)是在測量投影儀的基礎上進行的一次質的飛躍,它將工業計量方式從傳統的光學投影對位提升到了依託於數位影像時代而產生的計算機屏幕測量。值得一提的是,市面上有一種既帶數顯屏又接計算機的過渡性產品。從嚴格意義來説,這種僅把電腦用作瞄準工具的設備不是影像測量儀,只能叫做“影像式測量投影儀”或“影像對位式投影儀”。換句話説:影像測量儀是依託於計算機屏幕測量技術和強大的空間幾何運算軟件而存在的。影像測量儀又分數字化影像測量儀(又名CNC影像儀)與手搖式影像測量儀兩種。 [2] 

測繪學發展現狀

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測繪學的不同學科都在飛速發展:儀器製造業,已生產出了GPS接收機、各種測程的電磁波測距儀、全站儀、超站儀(測量機器人)等;作業對象,已從常規的地表(地球自然表面、地下一定深度範圍),發展到的多方面,例如:地下礦產資源的衞星遙感測量;其它星體的觀測;微粒子的質量、運行軌跡、速度等物理量的測量;偵察學中應用的犯罪痕跡測量(以攝影測量為主)等;作業方法,已從手工作業,發展到今天的行、測、記、算、繪自動化或者半自動化,大大地降低了勞動強度,加快了作業速度,減少了某些中間作業環節,提高了成果質量;理論研究方面,也日趨完善。 [3] 

測繪學未來展望

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儀器製造業,將趨於重量輕、體積小、功能多、自動化程度高、易於安置和攜帶、能夠全天候作業、耗能低。作業對象,作業方法,作業速度,作業質量,都會隨着理論研究的進步快速更新或提高。測繪技術人員,將具有正規的作業方法,熟練的操作技術,解決工程建設和資源開發中出現的一般問題的能力。未來大地點的平面位置確定方法,將由衞星定位(或者説GPS定位)所取代,地圖編繪、地形圖測繪將由數字化測圖所取代,遙感(RS)技術將得到越來越廣泛的應用,地理信息系統(GIS)將成為未來人文、地理信息管理的主流。 [3] 
參考資料
  • 1.    姚煥炯. 測繪學的現代發展[J]. 科技創新導報,2008,(03):225. [2017-10-01]. DOI:10.16660/j.cnki.1674-098x.2008.03.006
  • 2.    龔文才,王豔華. 淺談對測繪學及現代測繪技術發展的認識[J]. 黑龍江科技信息,2009,(36):17. [2017-10-01].
  • 3.    趙晉帥. 淺析測繪學的研究現狀及與發展趨勢[J]. 門窗,2013,(01):319-320. [2017-10-01].