測量學(xué)

測量學(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，說明當(dāng)時(shí)已有放樣的工具和方法。
????? 我國二千多年前的夏商時(shí)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(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時(shí)，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。”所記錄的是當(dāng)時(shí)的工程勘測情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)時(shí)所用的測量工具，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(dǎo)，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(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰水利樞紐工程，曾用一個(gè)石頭人來標(biāo)定水位，當(dāng)水位超過石頭人的肩時(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)代水位測量的原理完全一樣。北宋時(shí)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(zhǔn)測量的結(jié)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(nèi)容相當(dāng)豐富，繪制技術(shù)也非常熟練，在顏色使用、符號設(shè)計(jì)、內(nèi)容分類和簡化等方面都達(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)測繪術(shù)的發(fā)達(dá)分不開。
公元前十四世紀(jì)，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域曾進(jìn)行過土地邊界的劃分測量。我國的地籍管理和土地測量最早出現(xiàn)在殷周時(shí)期，秦、漢過渡到私田制。隋唐實(shí)行均田制，建立戶籍冊。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，全國進(jìn)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。

軍事、交通運(yùn)輸?shù)男枰?---旅行、航海等

?工程測量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭的促進(jìn)。中國戰(zhàn)國時(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)用了測量工具進(jìn)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(qiáng)，……，先設(shè)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(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)的勘察測量和施工放樣工作。
?我國的采礦業(yè)是世界上發(fā)展最早的國家，在公元前二千多年的黃帝時(shí)代就已開始應(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，在周朝已建立了專門的采礦部門，開采時(shí)很重視礦體形狀，并使用礦產(chǎn)地質(zhì)圖來辨別礦產(chǎn)的分布。
我國四大發(fā)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(xiàn)。在國外，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·亞里山德里斯基對地下測量和定向進(jìn)行了敘述。德國在礦山測量方面有很大貢獻(xiàn)，1556年格·阿格里柯拉出版的《采礦與冶金》一書，專門論述了開采中用羅盤測量井下巷道的一些問題。

測量學(xué)（Surveying)的定義
定義:
??? 測量學(xué)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(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繪成圖；
? 三是將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測設(shè)至現(xiàn)場。

大地測量學(xué)(Geodesy )
?? 是研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運(yùn)動和地表面點(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)是建立國家大地控制網(wǎng)，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(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。按照測量手段的不同，大地測量學(xué)又分為常規(guī)大地測量學(xué)、衛(wèi)星大地測量學(xué)及物理大地測量學(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)是利用各種測量成果編制各類地圖，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)，從中提取語義和非語義信息，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)是通過對攝影像片或遙感圖像進(jìn)行處理、量測、解譯，以測定物體的形狀、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量學(xué)，航空攝影測量學(xué)和航天遙感測量等。

工程測量學(xué)(Engineering surveying)
?? 定義一：工程測量學(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)營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(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)營管理三個(gè)階段。工程測量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測量工作。
定義二：工程測量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開發(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)測分析和預(yù)報(bào)等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對測量和工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科，它是測繪學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。
定義三：工程測量學(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)體的測量描繪和抽象幾何實(shí)體的測設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(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)對象。

測量儀器學(xué)
???? 研究測量儀器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。
地形測量學(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圖可分為模擬化測圖和數(shù)字化測圖。

測量學(xué)的發(fā)展與作用
這 是人 類 長 期 探 索 的 問 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 。
又 一 世 紀(jì) 后 ， 埃 拉 托 斯 特 尼（Eratosthenes）? 用 在 南 北 兩 地 同 時(shí) 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 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 量 豎 桿? 影 子 的 長 度 。
?憑 影 長和 桿 高 就 可 以 求 得? 兩 個(gè)桿 子 與 陽 光 的 夾 角 φ1?? 和 φ2。
?設(shè) 在 同 一 時(shí) 刻 兩 地 的 陽 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稱軸的曲線。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伴有變形。變形有三類：角度變形，長度變形，面積變形
高斯投影是正形投影，無角度變形
例：所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交
中央經(jīng)線投影后長度不變
其它經(jīng)緯線投影后均變長，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)其長度變形越大
有長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，作為工程測量和地形測量的起始點(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（絕對高程、海拔）-----地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。
假定（相對）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。