測(cè)量學(xué)

測(cè)量學(xué)

測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生

生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等
?????? 公元前二十七世紀(jì)建設(shè)的埃及大金字塔，其形狀與方向都很準(zhǔn)確，說(shuō)明當(dāng)時(shí)已有放樣的工具和方法。
????? 我國(guó)二千多年前的夏商時(shí)代，為了治水開(kāi)始了水利工程測(cè)量工作。司馬遷在《史記》中對(duì)夏禹治水有這樣的描述：“陸行乘車(chē)，水行乘船，泥行乘撬，山行乘攆（jú），左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時(shí)，以開(kāi)九州，通九道，陂九澤，度九山?！彼涗浀氖钱?dāng)時(shí)的工程勘測(cè)情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)時(shí)所用的測(cè)量工具，準(zhǔn)是可揆（kiu）平的水準(zhǔn)器，繩是丈量距離的工具，規(guī)是畫(huà)圓的器具，矩則是一種可定平、測(cè)長(zhǎng)度、高度、深度和畫(huà)圓畫(huà)矩形的通用測(cè)量?jī)x器。早期的水利工程多為河道的疏導(dǎo)，以利防洪和灌溉，其主要的測(cè)量工作是確定水位和堤壩的高度。秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰水利樞紐工程，曾用一個(gè)石頭人來(lái)標(biāo)定水位，當(dāng)水位超過(guò)石頭人的肩時(shí)，下游將受到洪水的威脅；當(dāng)水位低于石頭人的腳背時(shí)，下游將出現(xiàn)干旱。這種標(biāo)定水位的辦法與現(xiàn)代水位測(cè)量的原理完全一樣。北宋時(shí)沈括為了治理汴渠，測(cè)得“京師之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”，是水準(zhǔn)測(cè)量的結(jié)果。1973年從長(zhǎng)沙馬王堆漢墓出土的地圖包括了地形圖、駐軍圖和城邑圖三種，不僅所表示的內(nèi)容相當(dāng)豐富，繪制技術(shù)也非常熟練，在顏色使用、符號(hào)設(shè)計(jì)、內(nèi)容分類(lèi)和簡(jiǎn)化等方面都達(dá)到了很高水平，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最早的地圖，這與當(dāng)時(shí)測(cè)繪術(shù)的發(fā)達(dá)分不開(kāi)。
公元前十四世紀(jì)，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域曾進(jìn)行過(guò)土地邊界的劃分測(cè)量。我國(guó)的地籍管理和土地測(cè)量最早出現(xiàn)在殷周時(shí)期，秦、漢過(guò)渡到私田制。隋唐實(shí)行均田制，建立戶籍冊(cè)。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。到了明朝洪武四年，全國(guó)進(jìn)行土地大清查和勘丈，編制的魚(yú)鱗圖冊(cè)，是世界最早的地籍圖冊(cè)。

軍事、交通運(yùn)輸?shù)男枰?---旅行、航海等

?工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭(zhēng)的促進(jìn)。中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期修筑的午道，公元前210年秦始皇修建的“塹山堙谷，千八百里”直道，古羅馬構(gòu)筑的兵道，以及公元前218年歐洲修建的通向意大利的“漢尼撥通道”等，都是著名的軍用道路。修建中應(yīng)用了測(cè)量工具進(jìn)行地形勘測(cè)、定線測(cè)量和隧道定向開(kāi)挖測(cè)量。
唐代李筌指出“以水佐攻者強(qiáng)，……，先設(shè)水平測(cè)其高下，可以漂城，灌軍，浸營(yíng)，敗將也”，說(shuō)明了測(cè)量地勢(shì)高低對(duì)軍事成敗的作用。中華民族偉大象征的萬(wàn)里長(zhǎng)城修建于秦漢時(shí)期，這一規(guī)模巨大的防御工程，從整體布局到修筑，都進(jìn)行了詳細(xì)的勘察測(cè)量和施工放樣工作。
?我國(guó)的采礦業(yè)是世界上發(fā)展最早的國(guó)家，在公元前二千多年的黃帝時(shí)代就已開(kāi)始應(yīng)用金屬如銅器、鐵器等，到了周代金屬工具已普遍應(yīng)用。據(jù)《周禮》記載，在周朝已建立了專(zhuān)門(mén)的采礦部門(mén)，開(kāi)采時(shí)很重視礦體形狀，并使用礦產(chǎn)地質(zhì)圖來(lái)辨別礦產(chǎn)的分布。
我國(guó)四大發(fā)明之一的指南針，從司南、指南魚(yú)算起，有二千多年的歷史，對(duì)礦山測(cè)量和其它工程勘測(cè)有很大的貢獻(xiàn)。在國(guó)外，意大利都靈保存有公元前十五世紀(jì)的金礦巷道圖。公元前十三世紀(jì)埃及也有按比例縮小的巷道圖。公元前一世紀(jì)，希臘學(xué)者格羅·亞里山德里斯基對(duì)地下測(cè)量和定向進(jìn)行了敘述。德國(guó)在礦山測(cè)量方面有很大貢獻(xiàn)，1556年格·阿格里柯拉出版的《采礦與冶金》一書(shū)，專(zhuān)門(mén)論述了開(kāi)采中用羅盤(pán)測(cè)量井下巷道的一些問(wèn)題。

測(cè)量學(xué)（Surveying)的定義
定義:
??? 測(cè)量學(xué)是研究對(duì)地球整體及其表面和外層空間中的各種自然和人造物體上與地理空間分布有關(guān)的信息進(jìn)行采集處理、管理、更新和利用的科學(xué)和技術(shù)。
它的主要任務(wù)有三個(gè)方面：
? 一是研究確定地球的形狀和大小，為地球科學(xué)提供必要的數(shù)據(jù)和資料；
? 二是將地球表面的地物地貌測(cè)繪成圖；
? 三是將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測(cè)設(shè)至現(xiàn)場(chǎng)。

大地測(cè)量學(xué)(Geodesy )
?? 是研究和確定地球形狀、大小、重力場(chǎng)、整體與局部運(yùn)動(dòng)和地表面點(diǎn)的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。其基本任務(wù)是建立國(guó)家大地控制網(wǎng)，測(cè)定地球的形狀、大小和重力場(chǎng)，為地形測(cè)圖和各種工程測(cè)量提供基礎(chǔ)起算數(shù)據(jù)；為空間科學(xué)、軍事科學(xué)及研究地殼變形、地震預(yù)報(bào)等提供重要資料。按照測(cè)量手段的不同，大地測(cè)量學(xué)又分為常規(guī)大地測(cè)量學(xué)、衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)及物理大地測(cè)量學(xué)等。

地圖制圖學(xué)(Cartography)
??? 是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的技術(shù)、方法以及應(yīng)用的學(xué)科。它的基本任務(wù)是利用各種測(cè)量成果編制各類(lèi)地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。
攝影測(cè)量與遙感
(Photogrammetry and remote sensing)
是研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語(yǔ)義和非語(yǔ)義信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)的學(xué)科。其基本任務(wù)是通過(guò)對(duì)攝影像片或遙感圖像進(jìn)行處理、量測(cè)、解譯，以測(cè)定物體的形狀、大小和位置進(jìn)而制作成圖。根據(jù)獲得影像的方式及遙感距離的不同，本學(xué)科又分為地面攝影測(cè)量學(xué)，航空攝影測(cè)量學(xué)和航天遙感測(cè)量等。

工程測(cè)量學(xué)(Engineering surveying)
?? 定義一：工程測(cè)量學(xué)是研究各項(xiàng)工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作的學(xué)科。
各項(xiàng)工程包括：工業(yè)建設(shè)、鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線（輸電線、輸油管）工程、礦山和城市建設(shè)等。一般的工程建設(shè)分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理三個(gè)階段。工程測(cè)量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作。
定義二：工程測(cè)量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開(kāi)發(fā)各個(gè)階段所進(jìn)行的地形和有關(guān)信息的采集和處理，施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測(cè)分析和預(yù)報(bào)等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對(duì)測(cè)量和工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科，它是測(cè)繪學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的直接應(yīng)用。
定義三：工程測(cè)量學(xué)是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科。它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服務(wù)對(duì)象。

測(cè)量?jī)x器學(xué)
???? 研究測(cè)量?jī)x器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。
地形測(cè)量學(xué)
是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測(cè)繪成地形圖的理論、方法和技術(shù)的學(xué)科。按成圖方式的不同地形測(cè)圖可分為模擬化測(cè)圖和數(shù)字化測(cè)圖。

測(cè)量學(xué)的發(fā)展與作用
這 是人 類(lèi) 長(zhǎng) 期 探 索 的 問(wèn) 題 。? 早 在 公 元 前 6 世 紀(jì)?? 古 希 臘 的 畢 達(dá) 哥 拉 斯（Pythagoras） 就 提 出 了 地的球 形 狀的 概 念 。
?
兩 世 紀(jì) 后 ， 亞 里 士 多 德（Aristotle） 作 了 進(jìn) 一 步 論 證 ， 支 持 這 一 學(xué) 說(shuō) 。
又 一 世 紀(jì) 后 ， 埃 拉 托 斯 特 尼（Eratosthenes）? 用 在 南 北 兩 地 同 時(shí) 觀 測(cè) 日 影 的 辦 法 首 次 推 算 出 地 球 子 午 圈 的 周 長(zhǎng)? 。
?
其 想 法 很 簡(jiǎn) 單 ， 先 測(cè) 量地面上一段( 子? 午 線) 的 弧 長(zhǎng) l，
?再 測(cè) 量 該 弧 長(zhǎng)所 對(duì) 的 中 心 角 θ 。
?則 地 球 的 半 徑R 就 可求 得 ：
????????????? R=l/θ 地 球 子 午 線 的 周 長(zhǎng) 可 等 于 ?????? L=2πR 這 里 關(guān) 鍵 在 于 如 何 求 θ 。

為? 此 要 同 時(shí) 在 南 北 兩 點(diǎn)? 測(cè) 量 豎 桿? 影 子 的 長(zhǎng) 度 。
?憑 影 長(zhǎng)和 桿 高 就 可 以 求 得? 兩 個(gè)桿 子 與 陽(yáng) 光 的 夾 角 φ1?? 和 φ2。
?設(shè) 在 同 一 時(shí) 刻 兩 地 的 陽(yáng) 光 相 互 平 行 則???????? θ=? φ2? - φ1

中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線
其它經(jīng)線投影成為凹向中央子午線，且以中央子午線為對(duì)稱(chēng)軸的曲線。全部經(jīng)線的投影收斂于兩極
把曲面上的圖形投影到平面上必然會(huì)伴有變形。變形有三類(lèi)：角度變形，長(zhǎng)度變形，面積變形
高斯投影是正形投影，無(wú)角度變形
例：所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交
中央經(jīng)線投影后長(zhǎng)度不變
其它經(jīng)緯線投影后均變長(zhǎng)，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)其長(zhǎng)度變形越大
有長(zhǎng)度變形也就有面積變形
高斯平面直角坐標(biāo)系 高斯坐標(biāo)系的作用
使較復(fù)雜的橢球面上的計(jì)算變?yōu)楸容^簡(jiǎn)單的平面上的計(jì)算
便于地圖按經(jīng)緯線分幅。如將圖廓點(diǎn)（其地理坐標(biāo)為經(jīng)緯度）按其相應(yīng)的高斯坐標(biāo)展繪在圖紙上，就可得地圖的分幅線。
將大地控制點(diǎn)按其高斯坐標(biāo)展在平面上，作為工程測(cè)量和地形測(cè)量的起始點(diǎn)
（二）地平坐標(biāo)系
地平坐標(biāo)系是平面直角坐標(biāo)系
地平坐標(biāo)系以當(dāng)?shù)氐乃矫鏋橹饕?不需要投影)
通常以當(dāng)?shù)氐谋狈较驗(yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向
地平坐標(biāo)系只用于小的局部地區(qū)
三、空間三維坐標(biāo)系 （一）、地心坐標(biāo)系
地心平坐標(biāo)系是以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以地軸為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面 。
（二）、參心坐標(biāo)系
參心平坐標(biāo)系是以參考橢球體的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以橢球修整軸（短軸）為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面 。
四、地面點(diǎn)的高程(Elevation)
高程（絕對(duì)高程、海拔）-----地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。
假定（相對(duì)）高程-----地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。
高差-----兩點(diǎn)間的各處之差。