淺談測繪技術(shù)

王曉蘭

（郴州市國土資源局北湖分局國土資源測繪隊，湖南 郴州 423000）

緒論

測繪學研究測定和推算地面點的幾何位置、地球形狀及地球重力場，據(jù)此測量地球表面自然形狀和人工設施的幾何分布，并結(jié)合某些社會信息和自然信息的地理分布，編制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地圖和專題地圖的理論和技術(shù)學科。又稱測量學。它包括測量和制圖兩項主要內(nèi)容，測繪學在經(jīng)濟建設和國防建設中有廣泛應用。在城鄉(xiāng)建設規(guī)劃、國土資源利用、環(huán)境保護等工作中，必須進行土地測量和測繪各種地圖，供規(guī)劃和管理使用。在地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)開發(fā)、水利、交通等建設中，必須進行控制測量、礦山測量、路線測量和繪制地形圖，供地質(zhì)普查和各種建筑物設計施工用。在軍事上需要軍用地圖，供行軍、作戰(zhàn)用，還要有精確的地心坐標和地球重力場數(shù)據(jù)，以確保遠程武器精確命中目標。

測繪學主要研究對象是地球及其表面形態(tài)。在發(fā)展過程中形成大地測量學、普通測量學、攝影測量學、工程測量學、海洋測繪和地圖制圖學等分支學科。

一、大地測量學

大地測量學，又稱為測地學。根據(jù)德國著名大地測量學家F.R.Helmert 的經(jīng)典定義，大地測量學是一門量測和描繪地球表面的科學。也就是研究和測定地球形狀、大小和地球重力場，以及測定地面點幾何位置的學科。它也包括確定地球重力場和海底地形，是測繪學的一個分支。英文解釋：A subdivision of geophysics which includes determination of the size and shape of the earth,the earth`s gravitational field,and the location of points fixed to the earth`s crust in an earthreferred coordinate system.(Source:MGH)

大地測量學從形成到現(xiàn)在已有300 多年的歷史，雖然在研究地球形狀、地球重力場和測定地面點幾何位置各方面都已取得了可觀的成就,但從整體來看,仍存在著若干不足之處，有待于今后繼續(xù)研究解決。

一是衛(wèi)星大地測量已經(jīng)全面地和均勻地求出了地球重力場（包括大地水準面）的總貌，但還不能求得其精細結(jié)構(gòu)。這是由于衛(wèi)星運行的軌道至少在地面上方200公里以上，對地球重力場效應的分辨能力也只能達到這一數(shù)量級。目前地面重力測量在全球的分布極不均勻，有待繼續(xù)擴展。在海洋上空利用衛(wèi)星雷達測高技術(shù)測定海洋大地水準面的起伏已取得了較好的結(jié)果。由天文大地測量求得的垂線偏差和由天文重力水準所得的大地水準面起伏，也都是地球重力場的信息。所以要研究地球重力場全面而精細的結(jié)構(gòu)，必須綜合利用衛(wèi)星、物理和幾何大地測量的各種信息，進行統(tǒng)一處理，有人稱之為整體大地測量。這是研究地球重力場的發(fā)展趨勢。

二是18 世紀以來進行的天文大地測量，各國大都采用不同的參考橢球，建立獨立的坐標系。20 世紀以來，通過聯(lián)測和改算，有些獨立坐標系連成一體，形成了西歐、北美、蘇聯(lián)和東歐、印度、中國、澳大利亞等若干個較大的坐標系。直到全球衛(wèi)星大地測量開展以后，特別是由于衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)的發(fā)展，才使建立全球統(tǒng)一的地心坐標系成為可能。許多國家都在原有的天文大地網(wǎng)內(nèi)加測衛(wèi)星多普勒定位點，把天文大地網(wǎng)和衛(wèi)星定位網(wǎng)結(jié)合起來。這已成為當前的趨勢。正在發(fā)展中的衛(wèi)星射電干涉測量技術(shù)，不但有可能加強天文大地網(wǎng)，甚至可能局部代替?zhèn)鹘y(tǒng)的天文大地網(wǎng)。可以預期，測定地面點幾何位置的大地網(wǎng)的布設和加密，將來必然向綜合利用各種技術(shù)的方向發(fā)展；而如何最有效、最經(jīng)濟地綜合利用各種技術(shù)，也必然是今后的研究課題。

三是海洋研究和海洋資源開發(fā)是當前受到重視的課題，但海洋大地測量目前尚處于初級發(fā)展階段。近年來聲吶技術(shù)發(fā)展很快，已成為在海水中進行測量的重要手段。如何利用這種技術(shù)進行海洋大地測量，也是今后的研究方向。

四是全球只有為數(shù)很少的一些固定站在進行甚長基線干涉測量工作。為了更好地研究地殼構(gòu)造運動，還必須發(fā)展流動站，測量較短的基線。同時還要再利用固體潮觀測、衛(wèi)星激光測距和衛(wèi)星射電干涉測量等技術(shù)，綜合全部測量結(jié)果，將為探索地震預報提供寶貴的信息。

二、普通測量學

普通測量學研究的主要內(nèi)容，是局部區(qū)域內(nèi)的控制測量和地形圖的測繪。基本工作包括距離測量、角度測量、高程測量和測繪地形圖。

普通測量學控制測量是為測繪各種大比例尺地形圖建立一定精度的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。平面控制網(wǎng)可用三角測量、導線測量、三邊測量和邊角測量的方法來建立，或在現(xiàn)有網(wǎng)里用測角交會和測邊交會來加密控制點；高程控制網(wǎng)可用水準測量和三角高程測量的方法來建立。

普通測量學地形圖測繪是將地球表面的地物和地貌，按一定比例尺測繪成圖的工作。它是在控制測量的基礎(chǔ)上進行碎部測量，然后繪制成圖。這項工作一般在聚酯薄膜或白紙裱糊的圖板上進行。此外，應用普通測量學的方法、技術(shù)和儀器還可進行一般工程的施工放樣。

三、攝影測量學

攝影測量技術(shù)具有高質(zhì)量、高精度特點，憑借此優(yōu)勢能與計算機結(jié)合在一起，為測量工作提供完全、實時的三維空間信息。同時，攝影測量技術(shù)可以不與物體接觸，就能實現(xiàn)測量，在一定程度上能減少外業(yè)工作量，并獲得最佳測量效果。目前來看，攝影測量技術(shù)在大比例尺地形地籍測繪、公路和長距離通訊等工程測量中使用的比較廣泛，而隨著科學技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字攝影測量也逐漸在工程測量中應用，尤其是在城市勘察單位中的應用，為現(xiàn)代化攝影技術(shù)帶來了新技術(shù)和手段，這種全數(shù)字攝影測量不僅能為工程測量提供數(shù)字測量地圖，同時也能為工程測量提供畫線測量地圖，而在實際應用過程中，其是與高精度模擬測量和分析儀、坐標圖儀結(jié)合在一起并聯(lián)網(wǎng)使用的，結(jié)合后的攝影測量不僅能為工程測量提供更多圖形，也能為其提供更多的數(shù)據(jù)，以保證工程測量工作順利進行。攝影測量最新的應用是將地面影像和三維激光掃描技術(shù)結(jié)合，在三維點云的幫助下進行貼圖，能夠生成地面及地物的三維立體影像，在其上可以進行直接量測，形成地面和地物的1：1 的真實再現(xiàn)和數(shù)字保存，這可能將發(fā)展成未來測量的典型模式。

四、工程測量學

工程測量學是研究各種工程建設在勘測設計、施工建設和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。工程測量學是研究地球空間(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(xiàn)的理論方法和技術(shù)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。

工程測量學重新進行了定義，指出了該學科的地位和研究應用領(lǐng)域；闡述了工程測量學領(lǐng)域通用和專用儀器的發(fā)展；在理論方法發(fā)展方面，重點對平差理論、工程網(wǎng)優(yōu)化設計、變形觀測數(shù)據(jù)處理方法進行了歸納和總結(jié)。扼要地敘述了大型特種精密工程測量在國內(nèi)外的發(fā)展情況。結(jié)合科研和開發(fā)實踐，簡介了地面控制與施工測量工程內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)處理一體化自動化系統(tǒng)——科學系統(tǒng)。最后展望了21 世紀工程測量學若干發(fā)展方向。

五、海洋測繪學

以海洋水體和海底為對象所進行的測量和海圖編制工作統(tǒng)稱為海洋測繪。它既是測繪科學的一個重要分支，又是一門涉及許多相關(guān)科學的一門綜合性學科，是陸地測繪方法在海洋的應用與發(fā)展。

海洋測量方法主要包括海洋地震測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海底熱流測量、海洋電法測量和海洋放射性測量。因海洋水體存在，須用海洋調(diào)查船和專門的測量儀器進行快速的連續(xù)觀測，一船多用，綜合考察。基本測量方式包括：1.路線測量。即剖面測量。了解海區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地球物理場基本特征。2.面積測量。按任務定的成圖比例尺，布置一定距離的測線網(wǎng)。比例尺越大，測網(wǎng)密度愈密。在海洋調(diào)查中，廣泛采用無線電定位系統(tǒng)和衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

海洋測量的對象是海洋，而海洋與陸地的最大差別是海底以上覆蓋著一層動蕩不定的、深淺不同的、所含各類生物和無機物質(zhì)有很大區(qū)別的水體。

由于這一水體的存在，使海洋測量在內(nèi)容、儀器、方法上有如下明顯不同于陸地測量的特點：由于這一水體，使目前海洋測量只能在海面航行或在海空飛行中進行工作，而難以在水下活動。因而在海洋水域沒有居民地，也沒有固定的道路網(wǎng)，除淺海區(qū)外，也沒有植被。因此海洋測量的內(nèi)容主要是探測海底地貌和礁石、沉船等地物，而沒有陸地那樣的水系、居民地、道路網(wǎng)、植被等要素，而且海底地貌也比陸地地貌要簡單得多，地貌單元巨大，很少有人類活動的痕跡。但這并不是說海洋測量比陸地測量要簡單得多，相反，海洋測量在許多方面比陸地測量要困難。

首先，水體具有吸收光線和在不同界面上產(chǎn)生光線折射及反射等效應，在陸地測量中常用的光學儀器，在海洋測量中使用很困難，航空攝影測量、衛(wèi)星遙感測量只局限在海水透明度很好的淺海域。海洋測深主要使用聲學儀器。但是超聲波在海水中的傳播速度隨海水的物理性質(zhì)，如海水鹽度和溫度等的變化而不同，這就增加了海洋測深的困難。其次，由于水體的阻隔，肉眼難以通視海底，加上傳統(tǒng)的回聲測深只能沿測線測深，測線間則是測量的空白區(qū)，海底地形的詳測需要進行加密，或采用全覆蓋的多波束測深系統(tǒng)，這就會大量地增加測量時間和經(jīng)費。再次，由于海水是動蕩不定的，這為提高海洋測量的精確性造成極大的困難。最后，目前海洋測量的載體主要是船舶，而船舶的續(xù)航力很有限，出測又受到天氣和海況的限制，全球海域又如此廣大，因此詳測全球海域需要漫長的時日。

六、地圖制圖學

地圖制圖學是研究地圖及其編制和應用的一門學科。它研究用地圖圖形反映自然界和人類社會各種現(xiàn)象的空間分布，相互聯(lián)系及其動態(tài)變化，具有區(qū)域性學科和技術(shù)性學科的兩重性。亦稱地圖學。

地圖編制研究制作地圖的理論和技術(shù)。主要包括：制圖資料的選擇、分析和評價,制圖區(qū)域的地理研究,圖幅范圍和比例尺的確定，地圖投影的選擇和計算，地圖內(nèi)容各要素的表示法，地圖制圖綜合的原則和實施方法，制作地圖的工藝和程序，以及擬定地圖編輯大綱等。

地圖整飾研究地圖的表現(xiàn)形式。包括地圖符號和色彩設計、地貌立體表示、出版原圖繪制以及地圖集裝幀設計等。

地圖制印研究地圖復制的理論和技術(shù)。包括地圖復照、翻版、分涂、制版、打樣、印刷、裝幀等工藝技術(shù)。

此外，地圖應用也已成為地圖制圖學的一個組成部分。它主要研究地圖分析、地圖評價、地圖閱讀、地圖量算和圖上作業(yè)等。

結(jié)語

隨著科學技術(shù)進步和經(jīng)濟社會發(fā)展，地理信息國際標準越來越重要，已成為國際貿(mào)易規(guī)則的重要組成部分、國際貿(mào)易仲裁的重要依據(jù)、國際貿(mào)易的必要條件和國際市場培育發(fā)展的制約因素。沒有標準就沒有產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，就沒有技術(shù)大進步，就沒有科技產(chǎn)品的社會化應用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國測繪地理信息在技術(shù)、成果和應用方面表現(xiàn)出色，為我們在國際地理信息標準化上做出更大貢獻奠定了基礎(chǔ)。我們要緊緊圍繞國際需求，通過地理信息標準化，把地理信息技術(shù)和產(chǎn)品推向國際。

當前，我國地理信息標準化工作面臨良好機遇，國家高度重視標準化工作，與聯(lián)合國開展合作也為標準化工作提供了很好的平臺，國家對公益性科研專項的重視也將使地理信息標準化工作受益。我們正處于一個技術(shù)大變革的時代，新技術(shù)層出不窮，有些技術(shù)領(lǐng)域還沒有國際標準。我們要抓住機遇，組織國內(nèi)國際的力量，努力在這些新領(lǐng)域取得新突破，促進我國地理信息標準化建設，提升我國在國際地理信息標準化工作中的地位和作用。

把地理信息標準制定、宣傳、貫徹、監(jiān)督工作提高到一個新水平，以標準引領(lǐng)全行業(yè)發(fā)展，使我國測繪地理信息通過標準走向世界。