测绘学的任务与作用

1．1．1　测绘学的基本概念

测绘学研究的对象是地球整体及其表面和外层空间的各种自然物体和人工物体的有关信息。它研究的内容是对这些与地理空间有关的信息进行采集、处理、管理、更新和利用。由此，测绘学可定义为：测绘学就是研究测定和推算地面及其外层空间点的几何位置，确定地球形状和地球重力场，获取地球表面自然形态和人工设施的几何分布以及与其属性有关的信息，并结合某些社会信息和自然信息，编制全球或局部地区各种比例尺的普通地图和专题地图的理论和技术的学科，是地球科学的重要组成部分。

1．1．2　测绘学的分支学科

测绘学按照研究范围、研究对象及采用技术手段的不同，可分为大地测量学、摄影测量学、地图制图学、工程测量学及海洋测绘学等学科。

1）大地测量学

大地测量学是研究和确定地球的形状、大小和地球重力场，测定地面点几何位置和地球整体与局部运动的理论和技术的学科。大地测量学由于将地球表面的一个大范围作为一个整体来研究，必须考虑地球曲率的影响。大地测量学的基本任务是在全国范围内布设大地控制网和重力网，精密测定一系列点的空间位置和重力，为地球科学、空间科学、地形图测绘及工程施工提供控制依据，为研究地球的形状、大小、重力场及其变化，地壳形变及地震预报提供信息。由于人造地球卫星的发射及遥感技术的发展，大地测量学的研究对象已从地球延伸到宇宙空间，可将其进一步分成几何大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学。几何大地测量是通过几何观测量（距离、角度、方向、高差）来精密测定地面点的平面位置和高程；物理大地测量是用地球的重力等物理观测量通过地球重力场的理论和方法来推求大地水准面相对于地球椭球的距离、地球的扁率（地球的形状）等；卫星大地测量是通过人造地球卫星观测方法和运动规律来解决大地测量问题的现代大地测量。

2）摄影测量学

摄影测量学是以获取地表摄影像片和辐射能的各种图像记录为手段，经过图像的处理、量测、判释和研究，以测得物体的形状、大小和位置，并判断其属性的一门学科。按获取像片的方法不同，分为地面摄影测量学、航空摄影测量学及航天摄影测量学，其主要任务是测绘地形图。但随着科学技术特别是遥感技术的发展，摄影方式和研究对象日趋多样化。摄影测量还可用于矿产资源勘察、地球板块运动研究、大型工程建筑物及环境污染的监测、农业估产和农林业灾害预防等。因此，摄影测量与遥感已成为非常活跃和富有生命力的一个独立学科。

3）地图学

地图学是研究模拟和数字地图的基础理论、地图设计、地图编制与复制的技术方法及其应用的学科。地图是经济建设、国防建设及相关科学研究工作中一种重要的基础图件，也是测绘工作的重要产品形式。地图学由地图的基础理论、制图的方法与技术和地图应用三部分组成。

4）工程测量学

工程测量学是研究各种工程建设和资源开发在规划、设计、施工和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。其主要内容包括工程控制网的建立、地形测绘、施工放样、设备安装测量、竣工测量、变形观测和维修养护测量的理论、技术和方法。

工程测量学是一门应用学科，按其研究对象可分为：建筑工程测量、矿山测量、水利工程测量、公路工程测量、铁路工程测量、桥梁工程测量、隧道工程测量、输电线与输油管道测量、三维工业测量等；按各工程要求的测量精度不同，有精密工程测量、特种精密工程测量之分。

5）海洋测绘学

海洋测绘学是以海洋水体和海底为研究对象所进行的测量和海图编制理论、技术与方法的学科。其主要内容包括海洋大地测量、海洋工程测量、海道测量、海底地形测量和海图编制等。

测量学是各门测绘学科的公共基础。主要研究地球表面局部区域测绘工作的基本理论、技术、方法及应用。测量学是以地球表面小区域为研究对象，因地球曲率半径很大（平均半径为6 371 km），可视小区域的球面为平面而不必顾及地球曲率的影响，其结果使测量的理论和方法都得到简化。

本教材属于工程测量学的范畴，将测量学的基本理论与技术应用于园林工程测量及一般工程测量。其主要讲述测量的基本知识、测量工作的基本技术、测量误差及数据处理的基本知识、大比例尺地形图测绘、地形图的识读与应用、园林规划设计测量及园林工程施工测量的基本原理与方法等内容。

1．1．3　测绘学的发展状况

1）测绘学的发展简史

科学技术是生产力。现代科学技术是人类世世代代同自然界斗争的结晶。测绘科学也不例外，早在远古时代就有夏禹治水时使用的“准、绳、规、矩”4种测量工具和埃及尼罗河泛滥后农田边界整理工作中所产生的原始测量技术。

在天文测量方面，远在颛顼高阳氏时就开始观测日、月、五星来定一年的长短。战国时编制了四分历，一年为365．25日，与罗马人采用的儒略历相同，但比其早四五百年。南北朝时祖冲之所测的塑望月为29．530 588日，与现代值相比仅差0．3 s。宋代《信天历》，一年为365．242 5日，与现今采用的值也只差26 s。可见，天文测量在古代已有很大的发展。汉代张衡改进的浑天仪和他提出的“浑天说”更是加快了天文测量仪器和技术前进的步伐。

在研究地球形状和大小方面，在公元前已有人提出丈量子午线上的弧长，以推算地球的形状和大小。其中最著名的是在公元720年前后，由唐代僧一行主持的用弧度测量的方法丈量了自滑县经浚仪、扶沟到上蔡，直接丈量了长达300 km的子午线弧长，以此推算出子午线1°所对的弧长为132．31 km，并用日圭测太阳的阴影来定纬度，为人类认识地球作出了贡献。17世纪末，牛顿和惠更斯从力学的观点提出了地球是两极略扁的地扁说，从此与地圆说展开了一场大讨论，直至1739年经过弧长测量才证实了地扁说的正确性，为正确认识地球奠定了理论基础。1743年，法国克莱洛论证了地球几何扁率与重力扁率之间的关系，为物理大地测量打下了基础。1849年，斯托克斯提出利用重力观测资料确定地球形状的理论，他后来提出了用大地水准面来表示地球的形状，从而使人们对地球的形状才有了真正的认识。

17世纪，荷兰人汉斯发明了望远镜，斯纳尔创造了三角测量的方法。之后，法国人将望远镜装置在全圆分度器上用于角度测量，创造了世界上最早的经纬仪，为大地测量创造了条件。18世纪中叶，出现了水准测量，法国地理学家毕阿土在总结前人成果的基础上，提出了用等高线表示地形起伏的高低，绘制地形图。19世纪，德国人高斯提出了最小二乘法原理和横圆柱正形投影。1859年，法国人洛斯达开创摄影测量，并制成了第一台地形摄影仪，用于地面摄影成图。1899年摄影测量的理论研究取得进展，并在1903年飞机发明后开创了航空摄影测量的先河。

地形图是测绘工作的重要成果，是生产和军事活动的重要工具。在公元前20世纪之前，就有人用陶片作为载体，用柳条做模型制作地图，说明地图早已被人们所重视。我国最早的记载是夏禹将地图铸于九鼎上，这已是地图的雏形。公元前7世纪，春秋时期管仲著的《管子》一书中已论述地图，平山县发掘出土的春秋战国时期的“兆域图”，已经表示了比例和符号的概念；在长沙马王堆发现公元前168年的长沙国地图和驻军图，地物、军事要素都进行了表示。公元224—271年，我国西晋的裴秀总结了前人的经验，拟定了《制图六体》，成为世界上最早的小比例地图制图规范之一。此后，历代都编制过多种地图，使地图制图技术有了较大的发展。

2）测绘科学发展现状

20世纪中叶，由于电子学、信息学、计算机科学和空间科学的迅猛发展，微电子技术、激光技术、遥感技术的应用，极大地推动着测绘科学的变革和进步。测绘科学的发展很大部分是从测绘仪器开始的，20世纪40年代光电测距仪的问世，使长期以来艰苦的手工测距工作发生了根本性的变化，高精度高效率的光电测距改变了控制网传统布网方法，三角网已被三边网、边角网、测距导线网所代替；电磁波测距三角高程测量能代替三、四等水准测量。数字化测角仪器———电子经纬仪的出现，逐步将传统的光学经纬仪测角改变为数字化电子测角；光电测距仪与电子经纬仪集成为一体的全站仪，具有自动测角、测距、记录、计算的功能，将传统的点位平面位置与高程位置分离测量转变为融为一体的三维坐标测量，电动全站仪的研制，实现了地面测量技术向数字化和智能化方向发展。激光水准仪、全自动数字水准仪的应用，也实现了几何水准测量的数字化和自动化。

20世纪80年代，全球定位系统（GPS）问世，采用卫星直接进行空间点的三维定位，引起测绘工作的重大变革，由于卫星定位具有全球、全天候、快速、高精度和无需相邻控制点通视的优点，在大地测量、工程测量、地形测量及军事的导航定位中有着广泛的应用。世界上许多国家为了使用全球定位技术，迅速进行了GPS信号接收仪器的研制。从20世纪70年代以来，各国仪器厂家已生产出多种不同精度、不同型号的GPS信号接收机。到目前，已生产出第五代具有体积更小、质量更轻、功能更全的GPS定位仪器乃至现今推出的GPS连续运行参考站系统（简称CORS）技术及多个单基站通过组网而成的网络CORS技术，标志着测绘定位技术迈进了高科技时代。

数字化测绘技术在测量中有着广泛的应用，常规的大比例尺地形图测绘通常采用的是野外手工图解测图法，具有野外工作量大、测绘产品单一、产品更新难度大的缺点。由于全站仪数字化测量技术及高效率的GPS定位技术的广泛应用和数字化测图软件研制的日益成熟，通过借助计算机、数控绘图仪等辅助设备，将形成一个从野外或室内数据采集、数据处理和绘图的数字化自动测图系统，测绘行业已全面进入了信息化时代。

随着测绘科学理论的发展与技术的进步，特别是“5S”技术即GIS，GPS，RS，DPS（数字摄影测量技术）和ES（专家系统）的迅猛发展，为测绘科学带来了一场深刻的变革，它将在国民经济建设各领域中发挥更大作用。

1．1．4　测绘科学的作用

1）测绘科学在国民经济建设中的作用

测绘科学应用范围广泛，在国民经济和社会发展规划中，测绘信息是最重要的基础信息之一。各种工程建设的规划和土地资源管理需要测绘地形图和地籍图，工程建设的施工、竣工阶段及国防建设都需要进行大量的测绘工作。因此测绘工作者常被人们称为各项工程建设的尖兵。测绘工作在国民经济建设中起着十分重要的作用，其主要体现为以下几点：

①为科学研究、地形图测绘和工程施工提供所需点的大地坐标、高程和重力值。

②提供多种比例尺地形图和地图，作为规划、工程设计、施工和编制各种专用图的基础。

③在工程竣工、大型设备安装和工程运营中提供定位依据，确保工程质量和工程建筑物的安全运营。

④在国防建设方面，测绘科学为军事提供地形信息及攻击目标的定位和远程导弹、空间武器的发射提供测绘保障。

⑤为诸如人造卫星发射、宇宙航行等空间技术提供定位基础。

⑥为信息高速公路、空间信息基础设施与数字地球提供基础地理信息。

2）测绘科学在相关专业知识结构中的作用

测绘科学在资源与环境、城乡规划、土地资源管理、林学、水土保持、水利工程、建筑工程、园林工程等专业领域中有广泛的应用，并且与各专业结合得越来越紧密。这些专业对测绘知识的需求体现在以下几个方面：

①利用测绘获得的地形图进行各种工程的规划与设计。

②借助于相关测绘技术进行各种资源的调查与专题地图的绘制。

③将规划设计图纸通过测量的手段标定到实地。

④利用测量手段标定取样点的位置、监控工程施工质量等。

⑤绘制工程竣工平面图或更新施工区域地形图等。

⑥为各种信息系统提供基础地理信息。