数字地形测量学
Digital Topography
第一章 绪 论
1.1 测量学发展历史 1.2 测量学定义及研究内容 1.3 测绘学的应用范围及实例 1.4 教学目的和要求
1.1 测量学发展历史
1.1 测量学发展历史
测量学的产生
生产、生活的需要以及建筑、农田、水利建设等 公元前二十七世纪 埃及大金字塔 二千多年前 夏商时代 夏禹治水 秦代 李冰父子 都江堰水利枢纽工程
现代的测量学作为一门能采集和表示各种地物和地貌的形状 、大小、位置等几何信息，以及能把设计的建筑物、设备等 按设计的形状、大小和位置准确地在实地标定出来的技术， 在各种工程建设中的应用愈来愈广泛。
测量学还服务于国家领土的管理。
1.3 测绘学的应用范围及实例
测绘科学的应用范围
测量学在工程建设中的作用 勘测设计阶段：为选线测制带状地形图。 施工阶段：把线路和各种建筑物正确地测设到地面上。 竣工测量：对建筑物进行竣工测量。 运营阶段：为改建、扩大建而进行的各种测量。 变形观测：为安全运营，防止灾害进行变形测量。
3、摄影测量学(Photogrammetry)
摄影测量学是研究摄影影像与被摄物体之间的内在几
何和物理关系，进行分析、处理和解译，以确定被摄物体
的形状、大小和空间位置，并判定其性质的一门学科。
利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置。
可分为航空摄影测量学、地面摄影测量学、水下摄影测量
学、航天摄影测量学等分支学科。
德国数学家高斯在1794年提出最小二乘法理论，奠定测 量平差的基础。高斯又于1816～1820年推导了横圆柱正形投 影的计算公式，克吕格在1912年加以研究改进，用于测量实 际。
1.1 测量学发展历史
在我国清代初期开展了全国性测图工作，1708～1718年完成了《皇舆全 图》。法国在1730～1780年进行全国性地形测量。俄国在1745年绘成了欧洲 部分地图13幅和亚洲部分地图6幅。
非洲尼罗河每年泛滥会把土地的界线冲刷掉，为了每年恢复土地的界线很早就采用了 测量技术。
地籍测量。用以测定地块的边界和坐落，求算地块的面积，在农业为主的社会里 ，国家为了征税而开展地籍测量，同时记录业主姓名和土地用途等。
在我国,地籍测量是国家管理土地的基础地籍测量的成果不仅用于征税，还用于管 理土地的权属以保障用地的秩序，为了提高土地利用的效益、合理和节约利用十分珍 贵和有限的土地。
为满足工程建设的需要，结合各种工程建设的特点而进行 测量工作。
1.2 测量学定义及研究内容
6、工程测量学
工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源 开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工 放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技 术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学 科，它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。
基本任务是利用各种测量成果编制各类地图， 其内容一般包括地图投影、地图编制、地图整饰和 地图制印等分支。
1.2 测量学定义及研究内容
8 测量仪器学
研究测量仪器的制造、改进和创新的学科。
1.3 测绘学的应用范围及实例
1.3 测绘学的应用范围及实例
测绘科学的应用范围
1、在国民经济建设和社会发展规划中，测绘信息是最重要的基础信息之一； 测量学的起源和土地界线的划定紧密联系着。
测设（放样）——把图上设计好的建筑物和构筑物的 位置标定到实地上去。
1.2 测量学定义及研究内容
随着国民经济的发展和科学技术的进步，测量学在生产中的作用越 来越大，所涉及的内容也越来越丰富，并派生出许多分支学科：
1、大地测量学(Geodesy )
研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们 的变化的理论和技术的学科。
俄国时代的《甘石星表》、东汉张衡研制的天球仪与 侯风地动仪、魏晋时期刘徽的《海岛算经》、西晋裴秀的 《制图六体》、唐李吉甫的《元和群县图志》等等一系列 成就都在我国测绘史上增添了光辉的篇章。
1.1 测量学发展历史
唐代增一行（张遂）主持了大规模的天文测量，其中包 括公元724年进行的从河南滑县到上蔡长达300km的子午线弧 长测量，并用日圭测定纬度，这是世界上最早的子午线弧长 测量。
其基本任务是建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和重力场，为地形测图和各 种工程测量提供基础起算数据；为空间科学、军事科学及研究地壳变形、地震预报等提供重 要资料。按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地测量学、卫星大地测量学及物理 大地测量学等。
研究地球表面上较大区域、甚至地球的形状、大小以及大范围控制测量问题。必须考虑 地球曲率的影响。
1.2 测量学定义及研究内容
2、地形测量学
研究地球表面上较小区域的地表形态。是研究将地球表面的起伏状态和其它信 息测绘成图的理论、技术和方法的学科。 研究测绘小范围地形图，把地球表面看作平面而不考虑地球曲率影响。 研究内容：图根控制网的建立和地形图的测绘 表示形式：数字、文字、图
1.2 测量学定义及研究内容
2011年5月23日 国家测绘地理信息局
1.1 测量学发展历史
1、传统测绘方法（钢卷尺） 2、光学测绘方法（经纬仪） 3、光、电测绘方法（全站仪） 4、光、机、电测绘方法（测量机器人） 5、光、机、电、传感器（三维激光扫描仪）
1.1 测量学发展历史
TPS
GPS
航空相机 CYRAX
水准仪
DISTO
宋代沈括在他的著名著作《梦溪笔谈》中提出了磁偏 角现象，这比哥伦布的发现要早400年。
1.1 测量学发展历史
世界测绘科学的发展与成熟始于17世纪。1617年开始应 用三角测量；1668年出现了放大倍数为40倍的望远镜，并普 遍应用于各种测量仪器上。
法国人皮卡尔等从1669年起进行子午线弧长测量，直到 1792～1798年米申和德伦贝尔进行了历史性的工作，把通过 巴黎的子午圈的长度的四千万分之一作为lm。
1.1 测量学发展历史
1957年第一颗人造地球卫星上天，1966年开始进行人 卫大地测量，能以可全天候观测，速度快，精度高，对洲 际之间、岛屿和岛屿之间及岛屿和大陆之间的联测能既快 速又正确。
20世纪70年代，通过人造卫星拍摄地球的照片，使航 天技术有了广泛发展和应用。
20世纪80年代开始发射的全球定位系统卫星，在90年 代全部完成发射任务。
1.2 测量学定义及研究内容
6、工程测量学
工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和运 营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。
各项工程包括：工业建设、铁路、公路、桥梁、隧道、水 利工程、地下工程、管线（输电线、输油管）工程、矿山和 城市建设等。一般的工程建设分为规划设计、施工建设和运 营管理三个阶段。工程测量学是研究这三阶段所进行的各种 测量工作。
利用安装在航摄飞机 上的航摄仪从空 中一定角度对地 面进行摄影
1.2 测量学定义及研究内容
4、海洋测绘学 海洋测绘学是以海洋水体和海底为对象, 研究海洋定位、测定海洋大地水准
面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力、海洋磁力、海洋环境等自然和社会 信息的地理分布，及编制各种海图的理论和技术的学科。 以海洋和陆地水域为 对象进行的测量工作。 海洋测绘包括海洋测量、各种海图的编绘及海洋信息的综合管理和利用。 海洋测量包括：海洋大地测量 、水深测量、海洋定位、海底地形地貌测量、 海 洋工程测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋水文测量 海图绘制包括：各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版； 海洋信息管理包括：海洋地理信息的管理、分析、处理、应用以至数字海洋。
1.1 测量学发展历史
20世纪40年代自动安平水准仪的问世，标志着水准 测量自动化的开端。1990年已研制出数字水准仪，可以 作到读数记录全自动化。1968年生产了电子经纬仪，它 采用光栅、光学编码来代替刻度分划线，以电信号方式 获得测量数据，并可自动记录在存贮载体上。
陀螺经纬仪与激光经纬仪亦已应用于工程测量的定 向工作。
1.1 测量学发展历史
数字化自动成图系统，其中包括航测数字化成图与全站 仪数字化成图，它与传统的方法相比，具有成图周期短、劳 动强度小、图纸精度高等等无可比拟的优点；
“3s”技术的崛起，其中包括地理信息系统、全球定位系 统和遥感，使测绘科学走向更高层次的电子化与自动化；
我国测绘事业自1949年新中国成立后进入了迅速发展的时 期。1956年建立了国家测绘总局，建立了全国统一的坐标系 统和高程系统，建立了全国范围的大地控制网，测绘了全国 基本图和大量不同比例尺地形图。
测量学的主要内容包括测定 和测设两部分。

测定(测绘)——从地
球上获取数据，并进行处理，
表示成图表，测定是指用测
量仪器和工具，通过测量和
计算，得到一系列测量数据， 供经济建设、
规划设计、科学研究和国防 建设使用。
1.2 测量学定义及研究内容
1.2 测量学定义及研究内容
20世纪50年代前后开始，不少新的科学技术迅速发展。如电子学、信息 论、相干光理论、电子计算机、空间科学技术等，它们又推动了测绘科学的 发展。
1947年研究利用光波进行测距，到60年代中利用氦氖激光器作为光源的电 磁波测距仪就问世了，这是量距工作的一大变革。
在80年代电磁波测距仪在白天或黑夜的最大测程就能达到60公里，而且精度 可达±（5mm+1ppm）。短测程的测距仪，测程为 1～2km，误差仅及厘 米。
军事、交通运输的需要 万里长城 指南针 ……
1.1 测量学发展历史
测量学是一门很古老的科学，至少有四千多年的历史。 古埃及的尼罗河泛滥后，消灭了土地界限，洪水过后 需要重新划定地界，这样就需要测量学与几何学的理论与 技能。
古代的一些重要水利工程和市政建设，都离不开测量 科学，例如公元前六世纪的尼罗河——红海运河、底格里 斯河与幼发拉底河之间的霍巴运河、伊拉克巴比他的“空 中花园”等。