測量學

測量學的產生

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。
????? 我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。我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。

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。
?我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。
我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。

測量學（Surveying)的定義
定義:
??? 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。

大地測量學(Geodesy )
?? 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。

地圖制圖學(Cartography)
??? 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。
攝影測量與遙感
(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(Engineering surveying)
?? 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。

測量學的發展與作用
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 地的球 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 可 等 于 ?????? 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

中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線
其它經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：所有經緯線投影后仍保持兩兩相互正交
中央經線投影后長度不變
其它經緯線投影后均變長，離中央經線越遠其長度變形越大
有長度變形也就有面積變形
高斯平面直角坐標系 高斯坐標系的作用
使較復雜的橢球面上的計算變為比較簡單的平面上的計算
便于地圖按經緯線分幅。如將圖廓點（其地理坐標為經緯度）按其相應的高斯坐標展繪在圖紙上，就可得地圖的分幅線。
將大地控制點按其高斯坐標展在平面上，作為工程測量和地形測量的起始點
（二）地平坐標系
地平坐標系是平面直角坐標系
地平坐標系以當地的水平面為主要面(不需要投影)
通常以當地的北方向為坐標軸的正方向
地平坐標系只用于小的局部地區
三、空間三維坐標系 （一）、地心坐標系
地心平坐標系是以地球質心為坐標原點，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）、參心坐標系
參心平坐標系是以參考橢球體的中心為坐標原點，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、地面點的高程(Elevation)
高程（絕對高程、海拔）-----地面點到大地水準面的鉛垂距離。
假定（相對）高程-----地面點到假定水準面的鉛垂距離。
高差-----兩點間的各處之差。