测绘学概论教案.doc
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南阳师院课程(课时)教学计划
课程:
测绘学概论
教师:
王永丽
院(系):
环境科学与旅游学院
学年学期:
2015-2016学年第一学期
南阳师范学院课程教学安排
教材名称及使用版本
《测绘学概论》宁津生第二版
本课程教学计划课时数
64
本课程实际安排课时数
64
教学内容及课时分配情况
第一章绪论(4学时,讲授)
测绘学的概念、基本内容以及发展和展望;学科分类及其科学地位和作用
第二章大地测量学(8学时,讲授)
大地测量学的基本任务、作用与服务对象、现代发展和学科分类;
大地测量坐标系统和大地测量常数、坐标框架高程系统和深度基准,重力系统和重力测量框架;
实用大地测量学的任务与方法,国家平面控制网、高程控制网和重力控制网;椭球面大地测量学的基本任务,大地线极其解算,高斯克吕格投影与地形图分带;
物理大地测量学的任务和内容,地球重力场,重力测量技术;卫星大地测量学的内容、技术特点与作用,卫星激光测距技术,测高技术,甚长基线干涉测量技术
第三章摄影测量学(12学时,讲授)
摄影测量学的概念,分类及发展;摄影机的内外方位元素,共线方程及恢复外方位元素的方法;平面和立体摄影测量,空中三角测量与区域网平差,数字高程模型与等高线测绘;
摄影测量自动化发展与影像匹配原理,数字影像极其匹配原理,内定向与相对定向自动化,核线与核线影像,DEM的自动生成,数字纠正,三维景观影像图与数码城市;
数字摄影测量与计算机视觉,信息获取的种类与方法,数字摄影测量理论和实践的发展
第四章地图制图学(6学时,讲授)
地图的特征,内容和分类;地图投影、定向及比例尺,地图符号、色彩及注记;普通地图要素的表示,制图综合及其设计、编制过程和工艺流程;专题地图的分类、表示方法及其设计与编制;地图集的特点、分类及其设计与编制;
电子地图的特点,技术基础,种类及设计;地图、多媒体地学信息和三维仿真地图可视化,虚拟环境;
常规地图的应用,电子地图的应用;
数字地图制图技术的发展,地图学新理论的不断探索,自动地图制图综合的发展趋势,空间信息可视化的发展趋势;
第五章工程测量学(6学时,讲授)
工程测量学的含义和发展概况;规划设计阶段,施工建设阶段,运行管理阶段及典型的工程测量问题;工程测量仪器和方法;
控制网的坐标系、作用和分类、设计及数据处理;施工放样方法、曲线测设,三维工业测量,竣工测量;
变形监测的目的和
内容,变形监测的方案设计、数据整理及其资料整理和成果表达;
工程测量学的发展展望
第六章海洋测绘学(4学时,讲授)
海洋测绘的特点及高新技术的运用;海洋大地测量,海道测量,海洋重力测量,磁力测量,水文测量,海底地形测量,工程测量,海图学;
海洋卫星测高,控制测量,定位测量,水深测量及海图制图
备注
1、教材与参考书:
教 材:
《测绘学概论》,武汉大学出版社,宁津生,陈俊勇,李德仁,刘经南,张祖勋等,2004,10;
参考书:
无
2、作业和考核方式:
课程结束后,通过闭卷考试
3.其它注意事项:
部分课程如海洋测量及数字化地球等内容,可以安排学生以自学为主。
南阳师范学院课时教学计划
章节
第一章
课题
绪论
计划课时数
4
授课班级
15级测绘7班
教学目的
1. 了解测绘学的基本概念;
2. 掌握测绘学研究内容、学科分类;
3. 熟悉测绘学的现代概念和内涵。
教学重点
测绘学的基本体系和主要内容
教学难点
无
教学方法和手段
课堂讲解
备注
教学内容
批注
1.1测绘学的基本概念与研究内容
测绘学:
研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场,据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布,并结合某些社会信息和自然信息的地球分布,编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。
它是地球科学的一个分支学科。
研究内容:
1、研究建立测量基准、确定地面点位的技术与方法
在已知的地球的形状、大小及其重力场的基础上建立一个统一的地球坐标系统,用以表示地球表面及其外部空间任一点在这个坐标系中的准确的几何位置(BLH)。
2、测绘地形原图并建立各种地理信息系统。
有了大量的地面点的坐标和高程,就可进行地表形态的(自然形态:
水系、地貌、土壤和植被;人工形态:
居民地、道路、管线等)位置的测绘工作。
3、研究地图制作的理论、技艺和方法
4、研究海洋环境下的测绘方法
5、在各个领域的的应用研究
6、研究观测数据处理和平差问题
1、测绘学有悠久的历史
测绘起源于社会的生产需求随着社会的进步而发展
2、测绘学的研究对象是地球。
它随着人类对地球形状认识的深化和测定的精确度提高而向前发展
天圆地方说:
人类初期对地球的认识
地圆说:
公元6世纪
地扁说:
公元十七世纪牛顿提出
非椭球性(梨形)认识:
公元十九世纪
真实地球:
1849年-1945年
1.2测绘学的历史发展
测绘学的研究结果是地图。
地图的演变及其制作方法的进步是测绘学发展的重要标志.测绘学获取观测成果的工具是测量仪器,它的形成和发展依赖于测绘方法和仪器的创造和变革
Ø古老的测量方法:
皮尺、指南针等
Ø光学仪器的测量:
经纬仪,水准仪等
Ø电子仪器及其它测量方法:
电子经纬仪、全站仪、自动绘图仪、GPS、遥感图片等
1.3测绘学的学科分类
大地测量学
几何大地测量学
物理大地测量学
空间大地测量学
大地测量方法
几何法
物理法
卫星法
几何法:
所谓几何法是用几何观测量(距离、角度、方向、高差)来建立水平控制网或高程控制网,提供地面点的水平位置或高程。
如图所示为三角测量作业。
物理法 :
物理法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推求大地水准面相对于地球椭球的距离(称为大地水准面差距)、地球椭球的扁率(地球形状)等。
如图为重力测量作业。
卫星法:
卫星法是利用人造地球卫星观测量进行空间定位,提供地面点在地心坐标系中的三维坐标。
如图为卫星定位作业。
摄影测量与遥感
它是研究利用摄影或遥感的手段获取目标物的影像数据,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。
主要研究内容:
获取目标物的影像,对影像进行处理,将所测得的成果用图形、图像或数字表示。
由于现代航天技术和电子计算机技术的发展,当代遥感技术可以提供比光学摄影所获得的黑白像片更为丰富的影像信息,因此在摄影测量学中引进厂遥感技术,促进了航天测绘的发展。
地图制图学与地理信息工程
是利用测量所得的成果资料,研究如何投影编绘和制印各种地图的工作,属于制图学的范畴。
传统的地图投影内容:
地图投影;地图编制;地图设计;地图制印
地图应用
主要内容:
空间信息的采集,图形、图像处理功能的开发,组件式GIS技术,资源信息系统的标准化,空间数据库信息,信息系统模型的研究,GIS软件的研究。
此时地图是以数字形式存储在计算机中,称之为数字地图。
工程测量学
定义一:
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。
定义二:
工程测量学是研究各项基建工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。
定义三:
工程测量学是研究地球空间(包括地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。
总的来说工程测量学包括两大部分:
以工程建筑为对象的工程测量
以机器和设备为对象的工业测量
总的来说工程测量学包括两大部分:
1.以工程建筑为对象的工程测量
一.提供地物、地貌资料
二.建筑物的施工放样
三.各类工程建设物形变、山体地质灾害监测、机理解释和预报
四.与研究对象有关的信息系统的建立和应用等
2.以机器和设备为对象的工业测量
一.大型精密设备的安装和调试测量
二.工业生产过程的质量检测和控制
三.工程测量专用仪器的研制与应用
海洋测绘学
研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量及海图编制理论和方法技术的学科。
研究内容:
海洋大地测量控制网
海洋测量的基准研究
海洋定位系统
卫星定位
声学定位
水深测量技术
海底地形及数字化技术
海洋地球物理测量等
主要是测量内容综合性强,需多种仪器配合施测,同时完成多种观测项目;
测区条件比较复杂,海面受潮汐、气象等影响起伏不定;大多为动态作业,测者不能用肉眼通视水域底部,精确测量难度较大。
一般均采用无线电导航系统、电磁波测距仪器、水声定位系统、卫星组合导航系统、惯性导航组合系统,以及天文方法等进行控制点的测定和测点的定位;采用水声仪器、激光仪器,以及水下摄影测量方法等进行水深测量和海底地形测量;采用卫星技术、航空测量以及海洋重力测量和磁力测量等进行海洋地球物理测量。
四、测绘学的现代发展
1、3S技术
遥感(RemoteSensing─RS)
不接触物体本身,用传感器收集目标物的电磁波信息,经处理、分析后,识别目标物,揭示其几何、物理特性和相互联系及其变化规律的科学技术。
地理信息系统(GeographicInformationSystem─GIS)
在计算机软件和硬件支持下,把各种地理信息按照空间分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统。
全球定位系统(GlobalPositioningSystem─GPS)
美国发展的新一代卫星导航和定位的军事系统。
GPS是美国军方在1973年开始发展的新一代卫星导航和定位军事系统,由分布在6个轨道上的24个卫星组成。
大约在1983年开始用于解决大地测量问题。
它的基本定位原理是依据用户和4颗卫星之间的伪距测量,根据卫星在适当参考框架中的已知坐标确定用户接收机天线的坐标。
信号由卫星发出,基本观测值是由卫星天线到接收机天线信号的传播时间间隔,然后用信号传播速度将信号传播时间换算成距离1.4测绘学的现代发展
遥感(RS)是不接触物体本身,用传感器采集目标物的电磁波信息,经处理、分析后,识别目标物,揭示其几何、物理性质和相互联系及其变化规律的现代科学技术。
物体的种类及所处环境不同,具有反射或辐射不同波长的电磁波的特性。
遥感技术就是利用物体的这种电磁波特性,通过测量电磁波,从而判读和分析地表的目标及现象,达到识别物体及物体所在的环境条件的技术。
GIS是在计算机软件和硬件支持下,把各种地理信息按照空间分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图和综合分析应用的技术系统。
是将计算机技术与空间地理分布数据相结合,通过系列空间操作和分析方法,为地球科学、环境科学和工程设计、政府行政职能和企业经营提供规划、管理和决策有用的信息,并回答用户提出的有关问题。
1.5测绘学的科学地位和作用
在科学研究中的作用;国民经济建设中的作用;
在国防建设中的作用;在社会发展中的作用
章节
第二章
课题
大地测量学
计划课时数
2
授课班级
15级测绘7班
教学目的
1. 熟悉大地测量学的概念、基本任务和作用;
2. 熟悉大地测量学的分支学科及它们的任务和方法。
教学重点
大地测量学的基本任务、作用与服务对象、现代发展和学科分类;
大地测量坐标系统和大地测量常数、坐标框架高程系统和深度基准,重力系统和重力测量框架
教学难点
平面控制网,高程控制网,大地线极其解算,高斯克吕格投影与地形图分带
教学方法和手段
课堂讲解
备注
教学内容
批注
2.1概述
2.1.1大地测量学的基本任务
大地测量学是一门古老而又年轻的科学,是地球科学的一个分支。
其基本目标是测定和研究地球空间点的位置、重力及其随时间变化的信息,为国民经济建设和社会发展、国家安全、以及地球科学和空间科学研究等提供大地测量基础设施、信息和技术支持。
现代大地测量学与地球科学和空间科学的多个分支相互交叉,已成为推动地球科学、空间科学和军事科学发展的前沿科学之一,其范围也已从测量地球发展到测量整个地球外空间。
v大地测量学的基本任务是:
(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)研究月球和行星大地测量理论和方法,研究月球或行星探测器定位、定轨和导航技术,构建月球或行星坐标参考系统和框架,探测月球和行星重力场。
v20世纪70年代以前的大地测量通常称为传统大地测量。
70年代以后,形成了现代大地测量,它通常具有六个特点。
1.长距离、大范围2.高精度3.实时、快速4.“时间维”
5.地心6.学科的融合
教学内容
批注
2.1.2大地测量学的作用与服务对象
大地测量学是测绘科学与技术的重要理论基础,是地理信息系统、数字地球、数字中国和数字区域的几何和物理的基础平台,它通过将各种空间信息源统一起来,重构这些信息源之间的几何和物理的拓扑关联。
因此,大地测量是组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的一个数理基础,也是描述、构建和认知地球,进而解决地球科学问题的一个时空平台。
任何与地理位置有关的测绘都必须以法定的或协议的大地测量基准为基础。
各种测绘只有在大地测量基准的基础上,才能获得统一的、协调的、法定的坐标和高程系统,才能获得正确的点位和海拔高以及点之间的空间关系和尺度。
v1.经济建设
大地测量广泛应用于大范围、跨地区工程的精密测量控制,是确保工程规划放样到实地,确保按设计图纸实施的一种重要技术手段。
v2.资源与环境发展
测定全球和局域重力场及其时变勘探地下资源
大地测量形变监测地震、地质等灾害监测、分析和预报
空间大地测量技术无线通信、气象、汛情、全球变化的预报预测
v3.空间技术与航天工程
v4.地球自转与地球动力学
5.国防安全与军事信息化
2.1.3大地测量学的现代发展
20世纪80年代以来,由于空间技术、计算机技术和信息技术的飞跃发展,以电磁波测距、卫星测量、甚长基线干涉测量等为代表的新的大地测量技术出现,给传统大地测量带来了革命性的变革,形成了现代大地测量学。
现代大地测量则已超过原来传统的研究内容,将原来所考虑的静态内容,在长距离、大范围、实时和高精度测量的条件下,和时间(历元)这一因素联系起来。
现代大地测量学业已形成了学科交叉意义上的一门科学,它将更大地影响和促进地球科学、环境科学和行星科学的发展。
教学内容
批注
2.1.4大地测量学的学科分类
大地测量学的学科有着多种分类方法,而且相互交叉。
本书按照所研究的内容将现代大地测量学分为四类:
实用大地测量学、椭球面大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学。
海洋大地测量学、动力大地测量学以及月球和行星大地测量学主要是利用上述四个方面内容中的有关理论和方法形成的。
2.2大地测量系统与参考框架
大地测量系统是总体概念,大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。
Ø大地测量系统包括:
坐标系统、高程系统/深度基准和重力参考系统。
Ø与大地测量系统相对应,大地测量参考框架有:
坐标(参考)框架、高程(参考)框架和重力测量(参考)框架三种。
2.2.1大地测量坐标系统和大地测量常数
Ø根据其原点位置不同,分为地心坐标系统和参心坐标系统。
Ø从表现形式上分,大地测量坐标系统又分为
空间直角坐标系统、大地坐标系统和球坐标系统三种形式。
Ø空间直角坐标一般用(x,y,z)表示;大地坐标用(经度λ,纬度φ,大地高H)表示,其中大地高H是指空间点沿椭球面法线方向高出椭球面的距离。
1.地心坐标系统
地心坐标系统应满足以下四个条件:
(1)原点位于整个地球(包括海洋和大气)的质心;
(2)尺度是广义相对论意义下某一局部地球框架内的尺度;
(3)定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线,
称为地球定向参数EOP;
(4)定向随时间的演变满足地壳无整体运动的约束条件。
教学内容
批注
2.参心坐标系统
参心坐标系统的原点位于参考椭球中心,z轴(椭球旋转轴)与地球自转轴平行,x轴在参考椭球的赤道面并平行于天文起始子午面。
新中国成立初期,由于缺乏天文大地网观测资料,我国暂时采用了克拉索夫斯基参考椭球,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,称为北京1954(大地)坐标系统。
20世纪80年代,采用IUGG75椭球为参考椭球,经过大规模的天文大地网计算,建立了比较完善的我国独立的参心坐标系统,称为西安1980坐标系统。
西安1980坐标系统克服了北京1954坐标系统对我国大地测量计算的某些不利影响。
3.大地测量常数
大地测量常数是指与地球一起旋转且和地球表面最佳吻合的旋转椭球(即地球椭球)几何和物理参数。
它分为基本常数和导出常数。
基本常数惟一定义了大地测量系统。
导出常数由基本常数导出,便于大地测量应用。
大地测量常数按属性分为几何常数和物理常数。
我国西安1980坐标系统采用IUGG75的大地测量常数。
目前,正被广泛使用的常数是GRS80定义的。
2.2.2大地测量坐标框架
1.参心坐标框架
传统的大地测量坐标框架是由天文大地网实现和维持的,一般定义在参心坐标系统中,是一种区域性、二维、静态的地球坐标框架。
20世纪,世界上绝大部分国家或地区都采用天文大地网来实现和维持各自的参心坐标框架。
2.地心坐标框架
国际地面参考框架(ITRF)是国际地面参考系统(ITRS)的具体实现。
它以甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星激光测距(SLR)、激光测月(LLR)、GPS和
卫星多普勒定轨定位(DORIS)等空间大地测量技术构成全球观测网点,经数据处理,
得到ITRF点(地面观测站)的站坐标和速度场等。
教学内容
批注
2.2.3高程系统和高程框架
1.高程基准
高程基准定义了陆地上高程测量的起算点。
区域性高程基准可以用验潮站的长期平均海面来确定,通常定义该平均海面的高程为零。
在地面预先设置好一固定点(组),利用精密水准测量联测固定点与该平均海面的高差,从而确定固定点(组)的海拔高程。
这个固定点就称为水准原点,其高程就是区域性水准测量的起算高程。
2.高程系统
我国的高程系统采用正常高系统。
正常高的起算面是似大地水准面(似大地水准面可由物理大地测量方法确定)。
由地面点沿垂线向下至似大地水准面之间的距离,就是该点的正常高,即该点的高程。
3.高程框架
高程框架是高程系统的实现。
我国水准高程框架由全国高精度水准控制网实现,以黄海高程基准为起算基准,以正常高系统为水准高差传递方式。
水准高程框架分为四个等级,分别称为国家一、二、三、四等水准控制网。
框架点的正常高采用逐级控制,其现势性通过一等水准控制网的定期全线复测和二等水准控制网部分复测来维护。
2.2.4深度基准
1.深度基准概念
深度是指在海洋(主要指沿岸海域)水深测量所获得的水深值,是从测量时的海面(即瞬时海面)起算的。
由于受潮汐、海浪和海流等的影响,瞬时海面的位置会随时间发生变化,因此,同一测深点在不同时间测得的瞬时深度值是不一样的。
为此,必须规定一个固定的水面作为深度的参考面,把不同时间测得的深度都化算到这一参考水面上去。
这一参考水面即称为深度基准面。
教学内容
批注
2.2.5重力系统和重力测量框架
重力是重力加速度的简称。
重力测量就是测定空间一点的重力加速度。
重力基准就是标定一个国家或地区的(绝对)重力值的标准。
Ø在20世纪50~70年代,我国采用波茨坦重力基准,而我国重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。
Ø20世纪80年代,我国重力基准用经过国际比对的高精度相对重力仪自行测定,而重力参考系统则采用IUGG75椭球常数及其相应的正常重力场。
Ø20世纪初,我国用国际重力局标定的高精度绝对重力仪和相对重力仪测定我国新的重力基准。
Ø目前的重力系统采用GRS80椭球常数及其相应的正常重力场。
2.3实用大地测量学
2.3.1实用大地测量学的任务与方法
u实用大地测量学的基本任务是建立地面大地控制网,即以精确可靠的地面点坐标、高程和重力值来实现大地测量系统。
u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三类。
u地面大地控制网的布设一般遵循“从大到小、逐级控制”的原则,从高级控制网通过几个等级逐步过渡到实际业务工作,包括测制地图所需的低级控制网,其精度逐级降低,边长逐级缩短。
u国家大地控制网是主控制网,是国家所有地理坐标、高程、重力值的基础,其精度和可靠性应足以保证国家各类工程和各种测绘的需要。
(应覆盖全国国土并有必要的密度、应定期进行复测。
)
2.3.2国家平面控制网
1.平面控制测量目的
进行平面控制测量的主要目的是完成点位(坐标)的传递和控制。
2.平面控制测量的技术
3.大地天文测量
4.国家平面控制网的布网方案
教学内容
批注
2.3.3国家高程控制
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- 测绘学 概论 教案