1、测绘学概论读书笔记思考题答案第一章 总论1什么是测绘学？它是研究什么的？ 测绘学的概念是以地球为研究对象，对他进行测定和描绘的科学 测绘学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，编制全球或局部地区的各种比例尺的普通地图和专题地图，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务的科学与技术2测绘学包含几个子学科？每个子学科的基本概念是什么？ 大地测量学：研究地球表面及其外层空间点位的精密测定、地球的形状，大小和重力场，地球整体与局部运动，以及它们的变化的理论和技术的学科【几何法（三角测量-水平控制网；水准测
2、量-高程控制网）物理法（大地水准面差距、扁率等）】 摄影测量学：利用摄影或遥感的手段获取目标的影像数据，研究影像的成像规律，对所获取影像进行量测、处理、判读，从中提取几何的或物理的信息，并用图形、图像和数字形式表达测绘成果的学科【航空摄影、航空摄影测量（地形图）、地面摄影测量（近景摄影测量）】 地图制图学：研究地图制作的基本理论，地图设计、地图编制和制印的技术方法及其应用的学科【地图设计、地图投影、地图编制（制图资料的分析与处理、地图原图的编绘及图例、表示方法、色彩、图型和制印方案等编图过程的设计）、地图制印、地图应用】 工程测量学：研究在工程建设和自然资源开发各个阶段进行测量工作的理论和技术
3、的学科。是测绘学在国民经济、社会发展和国防建设中的直接应用，因此包括【规划设计阶段的测量、施工建设阶段的测量、运行管理阶段的测量 高精度工程测量（毫米级）】 海洋测绘学：研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制理论和方法的学科3测绘学中发展了哪些新技术？这些新技术对测绘学科发展有何影响？ 由于传统测绘学的相关理论与测量手段的相对落后，是的传统测绘学具有很多的局限性。随着空间技术、计算机技术和信息技术以及通信技术的发展及其在各行各业中的不断渗透和融合，测绘学这一古老的学科在这些新技术的支撑和推动下，出现了一“3s”技术为代表的现代测绘科学技术，从而使测绘学科从理论到手段发生了根本性的变化
4、。 卫星导航定位技术GNSS（global navigation satellite system）。目前世界上正在运行的有美国的GPS（Global positioning System）、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗，另外欧盟的伽利略Galileo正在研制中。 航天遥感技术RS（remote sensing） 数字地图制图技术DC（digital cartography） 地理信息系统技术GIS 3S集成技术integration of GPS、RS and GIS technology） 卫星重力探测技术SG（satellite gravimetry） 虚拟现实模型技术VRT（vi
5、rtual reality technology）现代测绘高新技术日新月异的迅猛发展，使得测绘学的理论基础、测绘工程技术体系、研究领域和科学目标等正在适应新形势的需要而发生深刻的变化。GPS等空间定位技术的引进，导致大地测量从分维式发展到整体式，从静态发展到动态，从描述地球的几何空间发展到描述地球的物理几何空间，从地表层测量发展到地球内部结构的反演，从局部参考坐标系中的地区性测量发展到统一地心坐标系中的全球性测量。摄影测量本身已完成了“模拟摄影测量”和“解析摄影侧”的发展历程，现正在进入数字摄影测量的阶段。由于现代航天技术和计算机技术的发展，当代卫星遥感技术可以提供比光学摄影所获得的黑白像片更
6、加丰富的影像信息，因此在摄影测量中引进了卫星遥感技术，形成了航天测绘。摄影测量学中由于应用了遥感技术，并与计算机视觉等交叉融合，因此它已成为基于电子计算机的现代图像信息学科。随着数字地图制图和地图数据库技术的飞速发展，作为人们认知地理环境和利用地理条件的根据，地图制图学已进入数字制图和动态制图的阶段，并且成为地理信息系统的支撑技术。现代工程测量学也已经远离了单纯为工程建设服务的狭隘概念，正向着所谓“广义工程测量学”发展，内外业一体化、数据获取与处理自动化、测量工程控制和系统行为的智能化、测量成果和产品的数字化。海洋测量中，广泛应用先进的激光探测技术、空间定位与导航技术、计算机技术、网络技术、通
7、信技术、数据库管理技术以及图形图像处理技术使海洋测量的仪器和测绘方法自动化和信息化。测绘学科和测绘工作正在向着信息采集、数据处理和成果应用的数字化、网络化、实时化和可视化的方向发展，生产中体力劳动得到解放，生产力得到很大的提高。今天的光缆通信、卫星通信、数字化多媒体网络技术可使测绘产品从单一的纸质信息转变为磁盘和光盘等电子信息，测量产品的形式和服务社会的方式由于信息技术的支持发生了很大的变化，表现为正以高新技术为支撑和动力，测绘行业和地理信息产业成为新世纪的朝阳产业。它的服务范围和对象正在不断扩大，不再是原来单纯从控制到测图，为国家制作基本地形图，而是扩大到国民经济和国防建设中与地理空间数据有
8、关的各个领域。测绘学已经完成了由传统测绘向数字化测绘的过渡，现在正在向信息化测绘发展。从单一学科走向多学科的交叉，其应用已经扩展到与空间分布信息有关的众多领域，显示出现代测绘学正向着地球空间信息科学（geo-spatial information science）的跨越和融合。4测绘学在国民经济和社会发展中具有什么样的地位和作用？测绘学在国民经济建设中的作用是广泛的。在经济发展规划、土地资愿调查和利用、海洋开发、农林牧渔业的发展、生态环境保护以及各种工程、矿山和城市建设等各个方面都必须进行相应的测量工作，编制各种地图和建立相应的的地理信息系统，以供规划、设计、施工、管理和决策使用。为实现政府管
9、理和决策的科学化、民主化，要求提供广泛通用的地理空间信息平台，测绘数据是其基础。在此基础上，将大量经济和社会信息加载到这个平台上，形成符合真实世界的空间分布形式，建立空间决策系统，进行空间分析和管理决策，以及实施电子政务。在防灾减灾、资源开发和利用、生态建设与环境保护等影响社会可持续发展的种种因素方面，各种测绘和地理信息可用于规划、方案的制定，灾害、环境监测系统的建立，风险的分析，资源、环境调查与评估、可视化的显示以及决策指挥等。5何谓地球空间信息学？它与测绘学有何关系？第二章 大地测量学1大地测量学的基本任务是什么？（1） 建立和维护高精度全球和区域性大地测量系统与大地测量参考框架（2） 获
10、取空间点位置的静态和动态信息（3） 测定和研究地球形状大小、地球外部重力场及其随时间的变化（4） 测定和研究全球和区域性地球动力学现象，包括地球自转与极移、地球潮汐、板块运动与地壳形变以及其他全球变化（5） 研究地球表面观测量向椭球面和平面的投影变换及相关的大地测量计算问题（6） 研究新型的大地测量仪器和大地测量方法（7） 研究空间大地测量理论和方法（8） 研究月球或行星大地测量理论和方法2现代大地测量学有哪些主要特点和基本内容？20世纪70年代以后，空间技术、计算机技术和信息技术飞跃发展，为大地测量学注入了新的内容，形成了现在大地测量，它通常具有六个特点：（1） 长距离，大范围（2） 高精度
11、（3） 实时、快速（4） “时间维”（5） 地心（6） 学科的融合3大地测量坐标系统有哪几种？它们相应的主要几何特点是什么？【大地测量系统包括 坐标系统、高程系统/深度基准、重力系统】大地测量坐标系统规定了大地测量起算基准的定义及其相应的大地测量常熟。是一种固定在地球上，随地球一起转动的非惯性坐标系统。根据原点位置不同，分为地心坐标系统和参心坐标系统；根据表现形式，分为空间直角坐标系统、大地坐标系统和球坐标系统。（1） 地心坐标系统：原点位于地心质心（包括海洋和大气），尺度是国际统一规定的长度因子，z轴和x轴的定向由某一历元的EOP（earth orientation parameters）（
12、地球定向参数，包括地球北极CTP（conventional terrestrial pole）和零子午线）确定，y与x、z构成空间右手直角坐标系。地心大地坐标系统的原点与总地球椭球中心重合，椭球旋转轴与CTP重合，起始大地子午面与零子午面重合（2） 参心坐标系统的原点位于参考椭球中心，z轴（椭球旋转轴）与地壳自转轴平行，x轴在参考椭球的赤道面并平行于天文起始子午面（3） 空间直角坐标系统（笛卡尔坐标系统）是由相互垂直的X轴、Y轴、Z轴三个坐标轴组成的，三轴的交点为原点（4） 大地坐标系统用来表述地球上点的位置的一种地区坐标系统。它采用一个十分近似于地球自然形状的参考椭球作为描述和推算地面点位置
13、和相互关系的基准面。一个大地坐标系统必须明确定义其三个坐标轴的方向和其中心的位置。通常人们用旋转椭球的短轴与某一规定的起始子午面分别平行干地球某时刻的平均自转轴和相应的真起始子午面来确定坐标轴的方向。若使参考椭球中心与地球平均质心重合，则定义和建立了地心大地坐标系。它是航天与远程武器和空间科学中各种定位测控测轨的依据。若椭球表面与一个或几个国家的局部大地水准面吻合最好，则建立了一个国家或区域的局部大地坐标系。大地坐标系中点的位置是以其大地坐标表示的，大地坐标均以椭球面的法线来定义。其中，过某点的椭球面法线与椭球赤道面的交角为大地纬度；包含该法线和大地子午面与起始大地子午面的二面角为该点的大地经
14、度；沿法线至椭球面的距离为该点的大地高。大地纬度、大地经度和大地高分别用大写英文字母B（Latitude？）、L（Longitude）、H（指空间点沿椭球面法线方向高出椭球面的距离）表示。（5） 球坐标系统在空间任取一点O作为极点,从O引两条互相垂直的射线OX和OZ作为极轴,再规定一个单位长度和射线OX绕OZ轴旋转所成角的正方向,这样就建立了一个球坐标系(或空间极坐标系)4简要地回顾一下我国近五十年来大地测量的进展（1） 20世纪50 70年代 1954北京坐标系统和我国天文大地网1954年，我国暂时采用了克拉索夫斯基椭球，并与前苏联1942年坐标系统进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系统，
15、称为1954北京坐标系统。我国的天文大地网于1951年开始布设，全部工作于1975年完成。从大地测量发展史来看，我国天文大地网规模之大、网形之佳和质量之优，在当时的世界大地测量中非常突出。 全国第一期水准网和1956黄海高程基准我国第一期水准网开始于1951年，到1976年基本完成。1957年，建成1956黄海高程基准。一期水准网的起算高程采用1956黄海高程基准 1957重力基本网1957年，在全国范围内建立了第一个国家重力控制网，它由21个基本点和82个一等点组成，称为1957重力基本网，属波茨坦重力系统 第一代全国似大地水准面20世纪50至70年代，采用天文重力水准和天文水准技术，建立了
16、我国1954北京坐标系统下的我国第一代似大地水准面CLQG60 珠穆朗玛峰海拔高程第一次精确测定（1975年5月27日）（2） 20世纪80年代 天文大地网平差与1980西安坐标系统 1985国家高程基准与国家第二期水准控制网 1985国家重力基本网（3） 20世纪90年代 国家GPS A级和B级网 国家第二期一等水准网的复测 我国地球重力场模型（4） 2000年以来 2000国家似大地水准面 2000国家重力基本网 2000国家GPS网 天文大地网和2000国家GPS网联合平差 2005年我国对珠峰高程进行了新的精确测定【实用大地测量学】基本任务：建立大地控制网，即以精确可靠的地面点坐标、高
17、程和重力值来实现大地测量系统。地面大地控制网大体分为 平面控制网、高程控制网和重力控制网。（各自的定义）平面控制测量是主要目的是完成点位（坐标）的传递和控制。技术：水平角、距离、三角高程、卫星定位测量国家高程控制网（国家水准网）目的和任务：在全国范围内建立统一的高程控制网，为地形测图和工程建设提供必要的高程控制；为地壳垂直运动、海面地形及其变化和大地水准面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。水准网分为一二三四等级【椭球面大地测量学】法截线大地线高斯克吕格投影（我国大于或等于1:50万的地形图）横轴、椭圆柱面、等角投影变形特点：1、椭球面上的角度投影到平面上后角度不变；中央子午线的投影是一条直
18、线，并且是投影点的对称轴；中央子午线投影后没有长度变形。分带：我国小于1:1万采用6带，大于等于1:1万采用3带6分带法：从格林威治零度经线起，每6分为一个投影带，全球共分为60个投影带，东半球从东经06为第一带，中央经线为3，依此类推，投影带号为130。其投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为：L0=(6n3)；西半球投影带从180回算到0，编号为3160，投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为L0=360(6n3)。3分带法：从东经130起，每3为一带，将全球划分为120个投影带，东经130430，.17830西经17830，.130东经130。东半球有60个投影带，编号160，各带中
19、央经线计算公式：L0=3n，中央经线为3、6.180。西半球有60个投影带，编号160，各带中央经线计算公式：L0=3603n，中央经线为西经177、.3、0。我国规定将各带纵坐标轴西移500公里，即将所有y值加上500公里，坐标值前再加各带带号，以18带为例，原坐标值为y=243353.5m，西移后为y=743353.5，加带号通用坐标为y=18743353.5。可知中国领土南北跨越纬度近50度，南北距离约为5500公里，东西跨经度有60多度，东西距离约5200公里。6带：13233带：2545可知在中华人民共和国陆地范围内，坐标（Y坐标，8位数，前两位是带号）带号小于等于23的肯定是6带，
20、大于等于25的肯定是3带。【物理大地测量学】重力与重力位 g = F + P大地水准面：地球外部重力等位面俗称水平面，但它并非是几何曲面，而是一个近似椭球面的复杂曲面。其中，与平均海水面最为接近的那个重力等位面称为大地水准面。是海拔高程的起算面，即地面一点到大地水准面的垂直距离就是该点的高程。与地球椭球面之间的垂直距离称为大地水准面的高。【卫星大地测量学】 5试对世界时、原子时和协调时的定义作一概括世界时（Universal Time，UT）是英国格林尼治从午夜起算的平太阳时，以地球自转周期为基准（太阳连续两次经过某条子午线的平均时间间隔）。原子时（Atomic Time，AT）是由原子钟导出
21、的时间，以位于海平面的铯原子内部两个超精细结构能级跃迁辐射的电磁波周期为基准协调时（Universal Time Coordinated，UTC）是把原子时的秒长和世界时的时刻结合起来的一种时间。它的定义是它的秒长严格地等于原子时秒长，采用整数调秒的方法使协调时与世界时之差保持在0.9s之内第三章 摄影测量学1什么是摄影测量？为什么摄影测量能够测绘地形图？摄影测量是一门通过摄影，对所获得的影像进行量测，从而获取空间物体的几何信息的学科。它的基本原理来自测量的交会方法2为什么必须要有“从不同地方摄取的两张”影像，我们才能看到“立体”？对“两个不同的地方”有没有要求？自然界中，当用两眼同时观察空间
22、远近不同的A与B两个物点时，由于远近不同而形成的交会角的差异，便在人的两眼中产生了生理视差，得到一个立体视觉，能分辨出物体的远近。根据这一立体视觉原理，我们只要在一基线的两端用摄影机获取同一地物的一个像对，观察中就能重现物体的空间景观，测绘物体的三维坐标。利用两张具有重叠度的影像，获得立体视觉有一定的条件：（1）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对；（2）分像，即左眼只能看到左影像，右眼只能看到右影像，而不能同时看到；（3）左右影像必须平行眼睛基线，即不能上下岔开，按摄影测量的术语：影像的上下岔开称为上下视差；（4）像片间的距离应与双眼的交会角相适应；（5）两像片的比例尺相近，
23、差别小于15%。3什么是摄影测量的方位元素？如何获得？影像的方位元素分为两部分，即摄影机内部的方位元素与摄影的外部的方位元素。内方为元素：是描绘摄影中心与相片之间相关位置的参数，包括3个参数：摄影中心S到相片的焦距F及像主点O在框标坐标系中的坐标。可以通过摄影机检校获得。外方位元素：在恢复了内方为元素的基础上，确定相片或摄影光束摄影瞬间在地面空间坐标系中的参数，称为外方位元素。它分为摄影机的“位置”与“姿态”两部分：摄影时摄影机在物方空间坐标系中的位置XS、YS、ZS，摄影机的姿态角、。确定单张影像的外方位元素可以通过空间后方交会，确定两张影像的外方位元素可以通过相对定向与立体模型的绝密定向，
24、以及区域网平差、GPS空中三角测量、POS系统在摄影过程中直接获取4为什么计算机能够代替人眼在不同的影像上确定“同名点”？5什么是“虚拟现实”？为什么摄影测量技术能够用于“虚拟现实”技术虚拟现实是通过头盔式的三维立体显示器、数据手套、三维鼠标、数据衣、立体声耳机等，使人完全沉浸在计算机生成创造的一种特殊三维图形环境中，并且可以操作控制三维图形环境，实现特殊的目的。多感知性、沉浸感、交互性、自主感是虚拟现实技术的四个重要特征。6数字航空摄影测量的成图过程航空摄影测量是将摄影机安装在飞机上。对地面摄影，这是摄影测量最常用的方法。摄影时，飞机沿着预先设定的航线进行摄影，相邻影像之间必须保持一定的重叠
25、度-称为航向重叠，一般应大于60%，完成一条航线的测摄后，飞机进入另一条航线进行摄影，相邻航线间重叠度称为旁向重叠，一般应大于20%第四章 地图制图学1地图有哪些特性？这些特性是如何形成的？地图以特有的数学基础、地图语言和抽象概括法则表现地球或其他星球自然表面的时空现象，反应人类的政治、经济、文化和历史等人文现象的状态、联系和发展变化。（1） 可量测性由于地图采用了地图投影、地图比例尺和地图定向等特殊数学法则，人们可以在地图上精确量测点的坐标、线的长度和方位、区域的面积、物体的体积和地面坡度等。（2） 直观性地图符号系统统称为地图语言，它是表达地理事物的工具。地图语言由符号、色彩和注记构成，它
26、能准确地表达地理事物的位置、范围、数量和质量特征、空间分布规律以及它们之间的相互联系和动态变化。利用地图可以直观、准确地获得地理空间信息。（3） 一览性地图是缩小了的地面表象，它不可能表达出地面上所有的地理事物，需要通过取舍和概括的方法只表示出重要的物体，舍去次要的物体，这就是地图制图综合。地图制图综合能使地面上任意大小的区域缩小制图，正确表达出读者需要的内容，使读图者能一览无遗。2地图编制内容有哪些？（1） 数学要素包括地图的坐标网、控制点、比例尺和定向等内容（2） 地理要素根据地理现象的性质，大致可以区分为自然要素、社会经济要素和环境要素等（3） 辅助要素指为阅读和使用地图者提供的具有一定
27、参考意义的说明性内容或工具性内容，主要包括图名、图号、接图表、图廓、分度带、图例、坡度尺、附图、资料及成图说明等【地图的分类】1、 按内容分类 （普通地图-相对平衡的详细程度、专题地图-突出某一种或几种）2、 按比例尺分类：1:10万大比例尺、1：100万中比例尺1:10万、小比例尺1：100万3、 按制图区域分类（自然区划、政治行政区划）4、 按使用方式（桌面、挂图、随身）【地图的数学基础】1、地图投影：将地球椭球面上的点投影到平面上的方法，按照一定的数学法则建立地面点的地理坐标和地图上相对应的平面直角坐标的函数关系。是地图的数学基础。2、地图投影变形：形状和大小；实质上是长度变形和方向变形
28、引起的。3、地图投影分类：按性质分为等角、等面积和任意投影；按构成方法分为几何投影（平面、圆锥表面、圆柱表面等，从而构成方位投影、圆锥投影和圆柱投影，根据位置关系不同分为正轴、斜轴、横轴）和非几何投影（伪方位投影、伪圆锥投影、伪圆柱投影和多圆锥投影）。4、双标准纬线正等角割圆锥投影：我国1:100万地形图采用。假设圆锥轴与地球椭球体旋转轴重合，圆锥面与地球椭球相割，将经纬网投影与圆锥面上展开而成。相割的两条纬线称为标准纬线。纬度4一幅，共有15个投影带，每幅经差6。【地图定向】1、 地形图定向：在大于1:10万的图上需要 三北方向（真北又叫子午北-过地面任意一点，指向北极的方向，对一幅地图，通
29、常把图幅的中央经线方向叫做真北、坐标北纵坐标值递增的方向、磁北-实地上磁北针所知方向，与真北不一致）。其他比例尺都是以磁北定向，特殊情况下可用斜方位定向。2、 地图比例尺：数字式、文字式、图解式。比例尺 = l / L【地图语言】地图符号：点、线、面、体积（六个变量：形状、尺寸、色彩、方向、亮度、密度）地图色彩：地图注记：名称、说明、数字、图外注记等（字体、字号、字色、字隔、字位、字向、字顺）。【普通地图编制】海洋要素、陆地水系、地貌（等高线：首曲线、计曲线、间曲线、助曲线）、居民地、交通网、境界、土质植被【普通地图的制图综合】地图只能以概括、抽象的形式反映出制图对象带有规律性的类型特征，而将
30、那些次要、非本质的物体舍弃的过程。方法：1、选取（从主要到次要，从高等到低等，从大到小，从整体到局部；一般采用资格法和定额法）和概括（删除、夸大、合并；选取指标模型，结构选取模型，图形化简模型）【地图编制过程】设计阶段 制作阶段（数据输入 数据处理 数据输出）【专题地图编制】分类：自然地图、社会经济地图、环境地图、其他表示方法：定点符号法、线状符号法、质底法、等值线法、定位图表法、范围法、点数法、分区统计图表法、分级统计图法、运动线法设计内容：确定地图的图幅大小、投影、比例尺等；资料收集、分析、整理；表示方法的选择、图面配置设计、地图符号和颜色的设计；设计书的编写。【卫星影像地图编制】卫星数据
31、的几何纠正（6-10个控制点）；像元亮度值的重采样；影像镶嵌；彩色合成；多种信息复合；地理要素矢量数据的建立；产品输出。【地图集的编制】3电子地图有哪些特点？有哪些技术基础？特点：（1）动态性（2）交互性（3）无极缩放（4）无缝拼接（5）多尺度显示（6）多维化表示（7）超媒体集成（8）共享性（9）空间分析功能技术基础：（1）多维信息可视化技术（2）导航电子地图技术（3）多媒体电子地图技术（4）嵌入式电子地图技术（5）网络电子地图技术4空间信息可视化有哪些形式？（1） 地图可视化地图有纸质地图、电子地图等形式，其中电子地图是空间数据最主要的一种可视化形式（2） 多媒体地学信息可视化多媒体地学信息是使用文本、表格、声音、图像、图形、动画、视频等各种形式逻辑地联结并集成为一个整体概念，综合、形象地表达空间信息。多媒体形式能够真实地表示空间信息某些特定方面，是表示空间信息的重要形式（3） 三维仿真地图三维仿真地图是基于三维仿真和计算机三维真实图形技术而产生的三维地图。三维仿真地图是表示地质体、矿山、海洋、大气等地学真三维数据场的重要手段（4） 虚拟环境虚拟环境是利用虚拟现实技术在空间数据库支持下构建
