測繪學(xué)定義:研究測定和推算地面及其外層空間點(diǎn)的幾何位置,確定地球形狀和地球重力場(chǎng),獲取地球表面自然形態(tài)和人工設施的幾何分布以及與其屬性有關(guān)的信息,編制全球或局部地區的各種比例尺的普通地圖和專(zhuān)題地圖,為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設以及地學(xué)研究服務(wù)。 -- 《測繪學(xué)概論(第二版)》,寧津生、陳俊永、李德仁、等,武漢大學(xué)出版社,2008?
研究對象:地球;研究成果:地圖;工具:測繪儀器;方法:測繪技術(shù)。
研究的具體內容:地球形狀(如大地水準面、地球三極)和重力場(chǎng)(如地球重力場(chǎng)模型)、地形圖(如全球測圖項目)和工程建設項目(如施工放樣與現狀測繪)、海洋(如海地地形測繪)、地圖制作以及各種測繪技術(shù)。根據研究?jì)热莸牟煌,測繪學(xué)主要分為大地測量學(xué)、攝影測量與遙感學(xué)、工程測量學(xué)、海洋測繪學(xué)和地圖制圖學(xué)等分支學(xué)科。
測繪學(xué)科的發(fā)展。從研究成果(地圖)、工具(測繪儀器)和方法(測繪技術(shù))三條線(xiàn)索看測繪學(xué)科的變遷。
地圖
a. 現存最早的地圖:巴比倫陶片地圖(約公元前4千年),出土于美索不達米亞(今伊拉克境內),刻劃的是巴比倫附近的一個(gè)城市,上面刻畫(huà)著(zhù)山脈、河谷、及聚落。
巴比倫陶片地圖
b. 我國出土的最早的規劃設計圖:兆域圖(約公元前3百年),是春秋戰國時(shí)期中山國國王厝[cuò]的陵墓設計平面圖,圖中有線(xiàn)條、文字注解、數字注記,圖形比例尺接近1:500。
兆域圖
c. 我國第一次測繪的全國地圖:皇輿全覽圖(清康熙五十六年,即公元1717年),同一尺度,采用三角測量、梯形投影法等等,這些都是首次運用,很有創(chuàng )見(jiàn),不僅奠定了中國地理學(xué)、測繪學(xué)的基礎,對世界地理學(xué)也是一大貢獻。
皇輿全覽圖
d. 現代紙質(zhì)地圖
e. 電子地圖
恩施市電子地圖(局部)
2. 測繪工具
a. 人腳。古時(shí)候人們喜歡用腳步丈量距離,如:“忽逢桃花林,夾岸數百步,中無(wú)雜樹(shù),芳草鮮美,落英繽紛!薄俺鯓O狹,才通人。復行數十步,豁然開(kāi)朗!薄諟Y明《桃花源記》;“五步一樓,十步一閣;廊腰縵回,檐牙高啄!薄拍痢栋⒎繉m賦》;“十步之內,必有芳草!薄端鍟(shū)·煬帝紀上》。
b. 尺。為制作《皇輿全覽圖》,康熙選派官員和精通天文算法的專(zhuān)家梅瑴成、明安圖及皇子們,并聘用外國傳教士白晉、費隱等技術(shù)專(zhuān)家,分期分批前往全國各地進(jìn)行測繪,同時(shí)規定使用固定統一的尺度,以工部營(yíng)造尺(1尺= 0.317米)為標準尺和計算單位。以營(yíng)造尺18丈為1繩,10繩為1里,天上1度即地下200里,也就是200里合地球經(jīng)線(xiàn)1度,用繩量地法測量各地的距離里數。
c. 光學(xué)機械設備:人眼能看清才能讀數。如光學(xué)經(jīng)緯儀、光學(xué)水準儀等。
光學(xué)經(jīng)緯儀
d. 光電設備:機器讀數、電子顯示。如全站儀、GPS測量?jì)x等。
徠卡測量機器人徠卡RTC360三維激光掃描儀
3. 測繪技術(shù)
a. 原始階段:丈量法。 “ 左準繩, 右規矩, 載四時(shí), 以開(kāi)九州、 通九道、 陂 (bēi) 九澤 、 度九山 ! ——司馬遷《史記 · 夏本紀》,描述大禹受命治理洪水時(shí)用簡(jiǎn)單測量工具進(jìn)行測繪的情況。明萬(wàn)歷年間,首輔張居正選派官吏和技術(shù)人員用繩量地法統計全國耕地總面積。清康熙年間專(zhuān)家和技術(shù)人員用繩量地法測量距離,最終繪制《皇輿全覽圖》。
b. 發(fā)展階段:光學(xué)儀器人工判讀法。17世紀初發(fā)明的望遠鏡一定程度上提升了測繪工作的效率。在望遠鏡的鏡筒里面,工作人員可以照準觀(guān)測目標并讀取標高或角度數值。
c. 現代階段:光電非接觸獲取法。
3S技術(shù):全球導航系統GPS、遙感技術(shù)RS、地理信息系統GIS。
GPS:以人造地球衛星為基礎的高精度無(wú)線(xiàn)電導航的定位系統,它在全球任何地方以及近地空間都能夠提供準確的地理位置、車(chē)行速度及精確的時(shí)間信息。廣泛應用于工程測量(施工放樣)、交通運輸(飛機導航)、軍事作戰(洲際導彈)、航空航天(探月衛星)、地學(xué)研究(板塊運動(dòng))等領(lǐng)域。
RS:不接觸物體本身,用傳感器接收目標物的電磁波信息,經(jīng)處理、分析后,識別目標物,揭示其幾何、物理性質(zhì)和相互聯(lián)系及變化規律的現代科學(xué)技術(shù)。
新疆特克斯縣八卦城遙感影像
GIS:在計算機軟件和硬件支持下, 把各種地理信息按照空間分布及屬性以一定的格 式輸入、存 儲、檢索、 更新、顯示 、制圖和綜 合分析應用 的技術(shù)系統。
3S 技術(shù)集成,是 GPS 、 RS 、 GIS 技術(shù)的發(fā)展并走向集成,是當前國內外的發(fā)展趨勢。在 3S 技術(shù)的集成中, GPS 主要用于實(shí) 時(shí)、快速地提供目標的空間位置; RS 用于實(shí)時(shí)、快速地提供大面積地表物體及具環(huán)境的幾何與物理信息,以及它們的 各種變化; GIS 則是對多種來(lái)源時(shí)空數據的綜合處理分析和應用的平臺。
新疆GPS
2019年10月1日在國慶閱兵中亮相的軍用移動(dòng)測量系統,能快速采集高精度、三維地理信息,并能與無(wú)人機、有人機和遙感衛星采集的數據進(jìn)行融合使用,形成“天空地”一體化的地理空間信息。4D產(chǎn)品:數字正射影像DOM、數字高程模型DEM、數字柵格地圖DRG和數字線(xiàn)劃圖DLG。
DOM:利用航空相片、遙感影像,經(jīng)象元糾正,按圖幅范圍裁切生成的影像數據。 它的信息豐富直觀(guān),具有良好的可判讀性和可量測性,從中可直接提取自然地理和社會(huì )經(jīng)濟信息。
DEM:以高程表達地面起伏形態(tài)的數字。(土方量計算,地表面積計算等。)
數字高程模型
DRG :紙制地形圖的柵格形式的數字化產(chǎn)品。 可作為背景與其他空間信息相關(guān),用于數據采集、評價(jià)與更新,與DOM、DEM集成派生出新的可視信息。
DLG:現有地形圖上基礎地理要素分層存儲的矢量數據集。既包括空間信息也包括屬性信息,可用于建設規劃、資源管理、投資環(huán)境分析等各個(gè)方面以及作為人口、資源、環(huán)境、交通、治安等各專(zhuān)業(yè)信息系統的空間定位基礎。
數字線(xiàn)劃圖
三維激光掃描技術(shù):測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統的單點(diǎn)測量方法,具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢。三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數據,因此可以用于獲取高精度高分辨率的數字地形模型。
巴黎圣母院三維激光掃描圖
AR實(shí)景技術(shù):是一種將虛擬內容和真實(shí)存在的內容進(jìn)行實(shí)時(shí)融合,形成虛擬、現實(shí)之間互動(dòng)的技術(shù)。
AR實(shí)景用于交互式展現建設項目竣工現狀
現代測繪的實(shí)際應用:為經(jīng)濟發(fā)展、國防建設、學(xué)科研究等提供技術(shù)支持和數據支撐。
?新疆GPS