測繪學(xué)概論簡述

1、測繪學(xué)概論課程摘要測繪學(xué)是一門古老的學(xué)科，有著悠久的歷史。隨著人類社會的進(jìn)步、 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，測繪學(xué)科的理論、技術(shù)、方法及其學(xué)科 內(nèi)涵也隨之不斷地發(fā)生變化。尤其是在當(dāng)代，由于空間技術(shù)、計算機(jī)技 術(shù)、通信技術(shù)和地理信息技術(shù)的發(fā)展，致使測繪學(xué)的理論基礎(chǔ)、工程技 術(shù)體系、研究領(lǐng)域和科學(xué)目標(biāo)正在適應(yīng)新形勢的需要而發(fā)生深刻的變 化。其中，大地測量學(xué)也有了新的變化與發(fā)展。關(guān)鍵詞是什么、基本任務(wù)、特點、作用與服務(wù)對象、現(xiàn)代發(fā)展正文什么是大地測量學(xué) ?大地測量學(xué)是在一定的時間 - 空間參考系統(tǒng)中，測量和描繪地球及 其他行星體的一門學(xué)科。大地測量學(xué)是地球科學(xué)的一個分支，是一門古老而年輕的科學(xué)。其

2、基本目標(biāo)是測定和研究地球空間點的位置、重力機(jī)器隨時間變化的信 息，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展、國家安全及地球科學(xué)和空間科學(xué)研究 等提供大地測量基礎(chǔ)設(shè)施、信息和技術(shù)支持。現(xiàn)代打的測量學(xué)與地球科 學(xué)和空間科學(xué)的多個分支相互交叉，已成為推動地球科學(xué)、空間科學(xué)和 軍事科學(xué)發(fā)展的前沿科學(xué)之一，其范圍也已從測量地球發(fā)展到測量整個 地球外空間。大地測量學(xué)的基本任務(wù)大地測量學(xué)的基本任務(wù)是測量和描繪地球并監(jiān)測其變化，為人類活 動提供關(guān)于地球等行星體的空間信息，可分為以下八個方面：(1) 建立和維護(hù)高精度全球和區(qū)域性大地測量系統(tǒng)與大地測量參考框 架。(2) 獲取空間點位置的靜態(tài)和動態(tài)信息。(3) 測定和研究地球形狀

3、大小、地球外部重力場及其隨時間的變化。(4) 測定和研究全球和區(qū)域性地球動力學(xué)現(xiàn)象，包括地球自轉(zhuǎn)與極移、 地球潮汐、板塊運動與地殼形變以及其他全球變化。(5) 研究地球表面觀測量向橢球面和平面的投影變換及相關(guān)的大地測量 計算問題。(6) 研究新型的大地測量儀器和大地測量方法。(7) 研究空間大地測量理論和方法。(8) 研究月球和行星大地測量理論和方法。可見大地測量學(xué)用途廣泛，功能強大。現(xiàn)代大地測量學(xué)的特點20世紀(jì) 70年代以前的大地測量通常稱為傳統(tǒng)大地測量。 70年代以 后，空間技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)飛躍發(fā)展，為大地測量學(xué)注入了 新的內(nèi)容，形成了新的現(xiàn)代大地測量，它通常具有六個特點。(1)

4、 長距離，大范圍現(xiàn)代大地測量學(xué)所測的范圍和間距，已從原來傳統(tǒng)大地測量的幾十 千米擴(kuò)展到幾千千米，不再受“視線”長度的制約，能提供協(xié)調(diào)一致的 全球性大地測量數(shù)據(jù)，例如測定全球的板塊運動，冰原和冰川的流動， 洋流和海平面的變化等，因此過去總在局部地域只能夠進(jìn)行的傳統(tǒng)大地 測量現(xiàn)在已擴(kuò)展為洲際的、全球的、星際的大地測量。(2) 高精度現(xiàn)代大地測量的量測精度相對于傳統(tǒng)大地測量而言，已提高了 23 個數(shù)量級。例如我國天文大地網(wǎng)是中國 20世紀(jì) 60 年代完成的，達(dá)到了 當(dāng)時傳統(tǒng)大地測量的最高精度 , 其相對精度約為 3ppm, 而目前衛(wèi)星定 位的相對精度一般情況下都可以做到 0.1 ppm。(3) 實時

5、、快速傳統(tǒng)大地測量的外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理是在相當(dāng)時間間隔內(nèi)完成 的兩個不同的工序。 而現(xiàn)代大地測量的這兩個工序幾乎可以在同一時間段內(nèi)完成，并且有許 多大地測量工作還可以是即實時或準(zhǔn)實時地完成。例如靜態(tài)或動態(tài)目標(biāo) 的實時定位(導(dǎo)航)，對形變的實時監(jiān)測，地球自轉(zhuǎn)變化的實時測定、地 球大氣質(zhì)量的在分布和地面雪、冰、地下水的變化檢測，等等。(4) “時間維”現(xiàn)代大地測量的第四維是時間或歷元。它能提供在合理復(fù)測周期內(nèi) 有時間序列的、高10八-7相對精度的大地測量數(shù)據(jù)。這些測量成果，必 須以“時間”作為大地測量學(xué)數(shù)據(jù)中的第四個坐標(biāo) (第四維)，否則高精 度和實時測定在不斷運動的物質(zhì)世界中就沒有意義。也就

6、是說，大地測量學(xué)原來的靜態(tài)內(nèi)容，在當(dāng)前實時和高精度測量的條件下，必須與它們 所對應(yīng)的時間(歷元)相聯(lián)系。這是現(xiàn)代大地測量學(xué)的一個重要特點。(5) 地心傳統(tǒng)大地測量要以較高精度測定目標(biāo)的地心三維坐標(biāo)是很困難的 ; 而現(xiàn)代大地測量的主體，即衛(wèi)星大地測量所測得的位置、高程、影像等 成果，是以維系衛(wèi)星運動的地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點的三維測量數(shù)據(jù)。 因此， 現(xiàn)代大地測量以地心坐標(biāo)系為主的這一特點，是衛(wèi)星大地測量自身的物 理特性所決定的。(6) 學(xué)科的融合由于現(xiàn)代大地測量學(xué)具備以上特點，因此它的學(xué)術(shù)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大， 并與其他學(xué)科相互融合。有一個比較典型的例子。過去傳統(tǒng)的看法是， 大氣折射對所有大地測量中的電磁波測

7、量都是一種誤差源，是一種自然 的制約因素，而現(xiàn)代大地測量卻要利用衛(wèi)星和地面站之間，或衛(wèi)星和衛(wèi) 星之間的電磁波定位測量技術(shù)，對大氣中的電離層和對流層進(jìn)行連續(xù) 的、密集的測量，采用求逆技術(shù)，實時提供大氣最主要物理性質(zhì)的三維 綜合影像，這對天氣預(yù)報和電離層預(yù)報及其研究都有一定作用?，F(xiàn)代大 地測量學(xué)除了對大氣科學(xué)的貢獻(xiàn)外，由于它能獲得精確的、大量的、在 空間和時間方面有很高分辨率的對地觀測數(shù)據(jù)，因此對地球動力學(xué)、海 洋學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地震學(xué)等地球科學(xué)的作用也越來越大。它與地球科學(xué)多 個分支相互交叉，已成為推動地球科學(xué)發(fā)展的前沿科學(xué)之一。大地測量學(xué)的作用與服務(wù)對象大地測量學(xué)是測繪科學(xué)與技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，是

8、地理信息系統(tǒng)、 數(shù)字地球、數(shù)字中國和數(shù)字區(qū)域的幾何和物理的基礎(chǔ)平臺，它通過將各 種空間信息源統(tǒng)一起來，重構(gòu)這些信息源之間的幾何和物理的拓?fù)潢P(guān) 聯(lián)。因此，大地測量是組織、管理、融合和分析地球海量時空信息的一 個數(shù)理基礎(chǔ)，也是描述、構(gòu)建和認(rèn)知地球，進(jìn)而解決地球科學(xué)問題的一 個時空平臺。任何與地理位置有關(guān)的測繪都必須以法定的或協(xié)議的大地測量基準(zhǔn) 為基礎(chǔ)。各種測繪只有在大地測量基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，才能獲得統(tǒng)一的、協(xié) 調(diào)的、法定的坐標(biāo)和高程系統(tǒng)，才能獲得正確的點位和海拔高以及點之 間的空間關(guān)系和尺度。1. 經(jīng)濟(jì)建設(shè) 大地測量廣泛應(yīng)用于大范圍、跨地區(qū)工程的精密測量控制，是確保 工程規(guī)劃放樣到實地， 確保按設(shè)計圖

9、紙實施的一種重要技術(shù)手段。因此，大地測量在國家基礎(chǔ) 設(shè)施建設(shè)、水利水電工程建設(shè)、能源樞紐工程建設(shè)、交通網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)、 國家工程規(guī)劃和區(qū)域工程規(guī)劃等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)諸多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要 作用。大地測量通過實現(xiàn)區(qū)域或全球一致的大地測量基準(zhǔn)，促進(jìn)國家宏觀 經(jīng)濟(jì)規(guī)劃建設(shè)、陸海連接工程建設(shè)、部門或地方政府建設(shè)工程的協(xié)調(diào)發(fā) 展，以及大規(guī)模、大范圍的地球空間信息的規(guī)劃、探測、海量信息融合 與信息服務(wù)，為標(biāo)定國界和領(lǐng)海線、維護(hù)國家主權(quán)提供一致的信息和技 術(shù)支持，促進(jìn)跨地區(qū)、跨國工程建設(shè)的發(fā)展。2. 資源與環(huán)境發(fā)展 測定全球和局域重力場及其時變是大地測量的一個重要內(nèi)容，是勘 探地下資源的重要手段，對礦藏和地下水資源

10、的調(diào)查具有重要意義。大地測量形變監(jiān)測是地殼運動監(jiān)測不可缺少的技術(shù)手段，綜合地殼 形變和重力場測定的成果是地震、地質(zhì)等災(zāi)害監(jiān)測、分析和預(yù)報的一種 基本技術(shù)手段。以空間大地測量技術(shù)為基礎(chǔ)，可以實時地?zé)o地域制約地提供大氣的 電離層總電子濃度、對流層可降水分和海平面變化的數(shù)據(jù)，這些信息對 無線通信、氣象、汛情、全球變化的預(yù)報預(yù)測都有重要作用。3. 空間技術(shù)與航天工程 空間技術(shù)與航天工程是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)與國家安全利益的一項 高新技術(shù)。天基（星基） 、地基一體化航天平臺是衛(wèi)星計劃、航天工程、 新軍事體系以及其他空間技術(shù)賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。大地測量基準(zhǔn)、各種導(dǎo) 航定位衛(wèi)星星座、恒星星座以及基于這些基礎(chǔ)設(shè)施的

11、信息和技術(shù)體系 （包括低空或星載定軌定姿和定位導(dǎo)航技術(shù)、星地或星間測控系統(tǒng)、地 球重力場探測等 ）是天地一體化航天平臺的基礎(chǔ)，是各種飛行器的跟蹤 定軌、導(dǎo)航定位、姿態(tài)測量、對接、編隊飛行、遙控、返回以及國防信 息化平臺等共用的基礎(chǔ)設(shè)施。4. 地球自轉(zhuǎn)與地球動力學(xué) 大地測量是地球自轉(zhuǎn)和極移的定量及其時變測定的主要手段。這些 觀測數(shù)據(jù)對研究全球性地球動力學(xué)問題具有重要作用。5. 國防安全與軍事信息化信息化、多兵種與多種武器協(xié)作是現(xiàn)代化軍事技術(shù)的發(fā)展方向。大 地測量基準(zhǔn)是現(xiàn)代信作戰(zhàn)平臺和國家偵察防衛(wèi)體系構(gòu)建的基本條件，是實現(xiàn)國家軍事體系從機(jī)械化向信息化轉(zhuǎn)變的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)代軍事高技 術(shù)，都需要統(tǒng)一的大

12、地測量基準(zhǔn)及其信息和技術(shù)支持。大地測量學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展20世紀(jì) 80 年代以來，由于空間技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛躍 發(fā)展，以電磁波測距、衛(wèi)星測量、甚長基線干涉測量等為代表的新的大 地測量技術(shù)出現(xiàn)，給傳統(tǒng)大地測量帶來了革命性的變革，形成了現(xiàn)代大 地測量學(xué)。傳統(tǒng)大地測量學(xué)主要研究地球的幾何形狀、 定向及其重力場， 并關(guān)注在地球上點的定位、重力值?，F(xiàn)代大地測量則已超過原來傳統(tǒng)的 研究內(nèi)容，將原來所考慮的靜態(tài)內(nèi)容，在長距離、大范圍、實時和高精 度測量的條件下，和時間（ 歷元）這一因素聯(lián)系起來。此外，現(xiàn)代大地測 量學(xué)提供和處理了地球動力學(xué)、行星學(xué)、大氣學(xué)、海洋學(xué)、板塊運動學(xué) 和冰川學(xué)等學(xué)科所需的信息?，F(xiàn)代大地測量學(xué)可以并已經(jīng)涉及多種學(xué)科 領(lǐng)域，并提供多種學(xué)科領(lǐng)域長期以來很難獲得的數(shù)據(jù)和有可能解決它們 相應(yīng)的困惑。事實證明，現(xiàn)代大地測量學(xué)業(yè)已形成了學(xué)科交叉意義上的 一門科學(xué)，它將更大地影響和促進(jìn)地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和行星科學(xué)的發(fā) 展。結(jié)語測繪學(xué)包括大地測量學(xué)的發(fā)展與變化，充分反映出學(xué)科的交叉和滲透。因此測繪工程專