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測繪知識學習之測量學

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測量學是研究地球的形狀和大小以及確定地面(包括空中、地下和海底)點位的科學,是研究對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的信息進行采集處理、管理、更新和利用的科學和技術。就是確定空間點的位置及其屬性關系。
定義編輯
測量學是研究對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的信息進行采集處理、管理、更新和利用的科學和技術。
它的主要任務有三個方面:
一是研究確定地球的形狀和大小,為地球科學提供必要的數據和資料
二是將地球表面的地物地貌測繪成圖
三是將圖紙上的設計成果測設至現場。
分類編輯
測量學是研究如何測定地面點的平面位置和高程,將地球表面上的地形及其他信息測繪成圖,以及確定地球的形狀和大小等的科學。內容包括:普通測量學、大地測量學、大地天文學、重力測量學、地形測量學、攝影測量學、工程測量學和海洋測量等學科。 [1] 
普通測量學
普通測量學是研究地球表面小范圍測繪的基本理論、技術和方法,不顧及地球曲率的影響,把地球局部表面當做平面看待,是測量學的基礎。
大地測量學
是研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運動和地表面點的幾何位置以及它們的變化的理論和技術的學科。其基本任務是建立國家大地控制網,測定地球的形狀、大小和重力場,為地形測圖和各種工程測量提供基礎起算數據;為空間科學、軍事科學及研究地殼變形、地震預報等提供重要資料。按照測量手段的不同,大地測量學又分為常規大地測量學、衛星大地測量學及物理大地測量學等。
海洋測繪學
海洋測繪學是以海洋和陸地水域為對象所進行的測量和海圖編繪工作,屬于海洋測繪學的范疇。
地圖制圖學
是研究模擬和數字地圖的基礎理論、設計、編繪、復制的技術、方法以及應用的學科。它的基本任務是利用各種測量成果編制各類地圖,其內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。
攝影測量
(Photogrammetry and remote sensing)
是研究利用電磁波傳感器獲取目標物的影像數據,從中提取語義和非語義信息,并用圖形、圖像和數字形式表達的學科。其基本任務是通過對攝影像片或遙感圖像進行處理、量測、解譯,以測定物體的形狀、大小和位置進而制作成圖。根據獲得影像的方式及遙感距離的不同,本學科又分為地面攝影測量學,航空攝影測量學和航天遙感測量等。
工程測量學
定義一:工程測量學是研究各項工程在規劃設計、施工建設和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。
各項工程包括:工業建設、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、礦山和城市建設等。一般的工程建設分為規劃設計、施工建設和運營管理三個階段。工程測量學是研究這三階段所進行的各種測量工作。
定義二:工程測量學主要研究在工程、工業和城市建設以及資源開發各個階段所進行的地形和有關信息的采集和處理,施工放樣、設備安裝、變形監測分析和預報等的理論、方法和技術,以及研究對測量和工程有關的信息進行管理和使用的學科,它是測繪學在國民經濟和國防建設中的直接應用。
定義三:工程測量學是研究地球空間(包括地面、地下、水下、空中)中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現的理論、方法和技術的一門應用性學科。它主要以建筑工程、機器和設備為研究服務對象。
測量儀器學
研究測量儀器的制造、改進和創新的學科。
地形測量學
是研究如何將地球表面局部區域內的地物、地貌及其它有關信息測繪成地形圖的理論、方法和技術的學科。按成圖方式的不同地形測圖可分為模擬化測圖和數字化測圖。
產生編輯
生產生活
生產、生活的需要以及建筑、農田、水利建設等。
公元前二十七世紀建設的埃及大金字塔,其形狀與方向都很準確,說明當時已有放樣的工具和方法。
中國二千多年前的夏商時代,為了治水開始了水利工程測量工作。司馬遷在《史記》中對夏禹治水有這樣的描述:“陸行乘車,水行乘船,泥行乘撬,山行乘攆(jú),左準繩,右規矩、載四時,以開九州,通九道,陂九澤,度九山。”所記錄的是當時的工程勘測情景,準繩和規矩就是當時所用的測量工具,準是可揆(kiu)平的水準器,繩是丈量距離的工具,規是畫圓的器具,矩則是一種可定平、測長度、高度、深度和畫圓畫矩形的通用測量儀器。早期的水利工程多為河道的疏導,以利防洪和灌溉,其主要的測量工作是確定水位和堤壩的高度。秦代李冰父子領導修建的都江堰水利樞紐工程,曾用一個石頭人來標定水位,當水位超過石頭人的肩時,下游將受到洪水的威脅;當水位低于石頭人的腳背時,下游將出現干旱。這種標定水位的辦法與現代水位測量的原理完全一樣。北宋時沈括為了治理汴渠,測得“京師之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”,是水準測量的結果。1973年從長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,不僅所表示的內容相當豐富,繪制技術也非常熟練,在顏色使用、符號設計、內容分類和簡化等方面都達到了很高水平,是目前世界上發現的最早的地圖,這與當時測繪術的發達分不開。
公元前十四世紀,在幼發拉底河與尼羅河流域曾進行過土地邊界的劃分測量。中國的地籍管理和土地測量最早出現在殷周時期,秦、漢過渡到私田制。隋唐實行均田制,建立戶籍冊。宋朝按鄉登記和清丈土地,出現地塊圖。到了明朝洪武四年,全國進行土地大清查和勘丈,編制的魚鱗圖冊,是世界最早的地籍圖冊。
交通運輸
軍事、交通運輸的需要----旅行、航海等
工程測量學的發展也受到了戰爭的促進。中國戰國時期修筑的午道,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。修建中應用了測量工具進行地形勘測、定線測量和隧道定向開挖測量。
唐代李筌指出“以水佐攻者強,……,先設水平測其高下,可以漂城,灌軍,浸營,敗將也”,說明了測量地勢高低對軍事成敗的作用。中華民族偉大象征的萬里長城修建于秦漢時期,這一規模巨大的防御工程,從整體布局到修筑,都進行了詳細的勘察測量和施工放樣工作。
中國的采礦業是世界上發展最早的國家,在公元前二千多年的黃帝時代就已開始應用金屬如銅器、鐵器等,到了周代金屬工具已普遍應用。據《周禮》記載,在周朝已建立了專門的采礦部門,開采時很重視礦體形狀,并使用礦產地質圖來辨別礦產的分布。
中國四大發明之一的指南針,從司南、指南魚算起,有二千多年的歷史,對礦山測量和其它工程勘測有很大的貢獻。在國外,意大利都靈保存有公元前十五世紀的金礦巷道圖。公元前十三世紀埃及也有按比例縮小的巷道圖。公元前一世紀,希臘學者格羅·亞里山德里斯基對地下測量和定向進行了敘述。德國在礦山測量方面有很大貢獻,1556年格·阿格里柯拉出版的《采礦與冶金》一書,專門論述了開采中用羅盤測量井下巷道的一些問題。
發展作用編輯
這是人類長期探索的問題。早在公元前6世紀古希臘的畢達哥拉斯(Pythagoras)就提出了地球的形狀的概念。
兩世紀后,亞里士多德(Aristotle)作了進一步論證,支持這一學說。
又一世紀后,埃拉托斯特尼(Eratosthenes)用在南北兩地同時觀測日影的辦法首次推算出地球子午圈的周長。其想法很簡單,先測量地面上一段( 子午線) 的弧長l,再測量該弧長所對的中心角θ。則地球的半徑R 就可求得:R=l/θ ;地球子午線的周長L=2πR ,這里關鍵在于如何求θ。為此要同時在南北兩點測量豎桿影子的長度。憑影長和桿高就可以求得兩個桿子與陽光的夾角φ1和φ2。設在同一時刻兩地的陽光相互平行,則 θ= φ2 - φ1。
在人類認識地測球形狀和大小的過程中,測量學獲得了飛速的發展。
例如:三角測量和天文測量的理論和技術、高精度經緯儀制作的技術、距離丈量的技術及有關理論、測量數據處理的理論以及誤差理論等。
在測量學發展的過程中很多數學家、物理學家作出了巨大的貢獻,如托勒密、墨卡托等。
軍事
“天時,地利,人和”是打勝仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。
地圖上詳細表示著山脈、河流、道路、居民點等地形和地物,具有確定位置、辨識方向的作用。
地圖一直在軍事活動中起著重要的作用,這對于行軍、布防以及了解敵情等軍事活動都是十分重要的。因此,早就成為軍事上不可缺少的工具,獲得廣泛的應用。
人造衛星定位技術早期用于軍事部門,后逐步解密才在測繪及其它眾多部門中獲得應用、海洋測量技術首先是由航海的需要而產生,但其高速發展的動力主要來自軍事部門的需要……等等。至今軍事測繪部門仍在測繪領域科技前沿對重大課題進行探索和研究
傳統上各國測繪部門隸屬于軍事部門。至今相當多國家的測繪部門仍然隸屬于軍事部門。隨著測繪技術在各方面的應用愈來愈廣泛,測繪科技國際間的交流日益頻繁,不少國家終于建立了民用的測繪機構
其他作用
測量學的起源和土地界線的劃定緊密聯系著。非洲尼羅河每年泛濫會把土地的界線沖刷掉,為了每年恢復土地的界線很早就采用了測量技術
早期亦稱“土地測量”、“土地清丈”等。用以測定地塊的邊界和坐落,求算地塊的面積,在農業為主的社會里,國家為了征稅而開展地籍測量,同時記錄業主姓名和土地用途等。
在中國,地籍測量是國家管理土地的基礎。地籍測量的成果不僅用于征稅,還用于管理土地的權屬以保障用地的秩序,為了提高土地利用的效益、合理和節約利用十分珍貴和有限的土地。
測量學還服務于國家領土的管理。《戰國策·燕策》中關于荊軻刺秦王,“圖窮而匕首見”的記述,表明在戰國時期地圖在政治上象征著國家的領土和主權。當代,在一些國家間的領土爭執中,也常以對方出版的地圖上對國境線的表示作為有利于己方的證據或者用測量技術為手段標定國界
工程建設中的作用
現代的測量學作為一門能采集和表示各種地物和地貌的形狀、大小、位置等幾何信息,以及能把設計的建筑物、設備等按設計的形狀、大小和位置準確地在實地標定出來的技術,在各種工程建設中的應用愈來愈廣泛。
例如,粒子加速器的磁塊必須以0.1mm的精度安放在設計的位置上。某些飛行器的助飛軌道要求其準直度的偏差小于長度的10-6。建筑物建成后(甚至在施工期間)會因地基承載力弱或因自重和外力的作用而產生變形。如大壩可能位移、高層建筑物可能傾斜等。
為了保障建筑物的安全運行,往往需要測量工作者以技術上可行的最高精度監測建筑物的變形量和變形速度的發展情況。有時還要求在一段時間內進行連續監測,為此要使用自動化的監測和記錄的儀器。
認識地球是人類探索的目標之一,也是測量學 的任務之一。
絕大多數測量工作是在地球上進行,或作為參考系。
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