測繪學

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測繪學研究測定和推算地面幾何位置、地球形狀及地球重力場,據此測量地球表面自然物體和人工設施的幾何分佈,編制各種比例尺地圖的理論和技術的學科。測繪學的研究對象是地球的形態、位置、重力分佈等地理空間信息,因而測繪學可認為是地球科學的一個分支學科。近年來,測繪學的研究對象還從地球表面擴大到了地外空間及地球內部構造等領域。

測繪學的發展[編輯]

測繪學的進步倚賴人類對地球形狀認識的深化、地圖製圖技術的提高和測繪儀器的創新及變革。

在世界上古史時代,就有利用測繪學治理尼羅河泛濫後農田邊界的說法。公元前7世紀,管仲在其所著《管子》一書中已收集了早期的地圖27幅。公元前5世紀至3世紀,中國已有利用磁石製成最早的指南工具「司南」的記載。公元前2世紀,在《史記·夏本紀》中就記載有大禹治水時「左準繩,右規矩」,說明當時已經有簡單的測繪活動。

地球形狀的認知[編輯]

測繪學研究的是地球,而人類對地球形狀的認識也出於不斷的變化中。最初人們認為地球乃「天圓地方」,直到公元前6世紀畢達哥拉斯和公元前4世紀亞里士多德提出了「地圓說」。公元前3世紀,埃拉托斯特尼亞歷山大進行觀測日影,推算出了子午圈的長度以及地球的半徑,證實了地圓說,而該種方法則是「弧度測量」的初始形式。17世紀末,牛頓惠更斯力學原理出發,認為地球是兩極稍扁的橢球形,稱「地扁說」。18世紀中期法國科學院在南美洲歐洲進行的弧度測量證實了「地扁說」。19世紀,隨着測量得來的數據,拉普拉斯高斯相繼指出,地球並非為完美的橢球。1873年,利斯汀提出了大地水準面的概念,以與包圍地球的靜止海面重合的一個重力等位面表示地球的形狀。1945年,莫洛堅斯基利用地球重力測量數據,才確定了地球的真實形狀。

製圖技術的發展[編輯]

地理大發現時期繪製的地圖

測繪學的成果之一是地圖,因此測繪學發展的重要標誌便是地圖製圖技術的提高。最早的地圖刻畫在陶片、銅板上,可靠性不高。公元前3世紀,埃拉托斯特尼首先將經緯線運用於地圖上。公元前130年,西漢初期便有了《地形圖》和《駐軍圖》,為目前所發現中國最早的地圖。公元2世紀,托勒密在《地理學指南》中便闡述了編制地圖的方法,並提出了地圖投影問題。其後,西晉裴秀創立了「製圖六體」,使地圖的可靠性得到了提升。第二次世界大戰以後,計算機製圖技術迅速發展,並由計算機輔助製圖發展為多位一體的地理信息系統

測繪儀器的變革[編輯]

測繪學所依仗的工具是測繪儀器,因此測繪學的發展離不開測繪工具的革新。早期的測繪使用的是簡單的繩尺、矩尺等,17世紀望遠鏡發明,測繪工具開始變革。1617年,威理博·斯涅爾發明了「三角測量法」,開創了角度測量。1730年,西森研製出測角用經緯儀地理大發現開始後,許多國家研究出了海上測定經緯度的儀器以定位船隻。19世紀50年代,洛斯達首創攝影測量法。20世紀以後,隨着飛機的發明,出現了航空攝影測繪地圖的方法。人造衛星升空後,衛星定位技術(GPS)和遙感技術(RS)得以廣泛應用,這與地理信息系統技術(GIS)合稱「3S技術」。

學科分支[編輯]

  • 大地測量學是一門量測和描繪地球表面的學科,也包括確定地球重力場和海底地形。
  • 攝影測量學是研究利用被攝物體影像來重建物體空間位置和三維形狀技術的學科。
  • 地圖(製圖)學是研究地圖的理論、編制技術與應用方法的科學。
  • 工程測量學是研究工程建設和自然資源開發中進行測量工作的理論。
  • 海洋測繪學是以海洋和海底為對象進行測量和編制海圖的理論。
  • 測量數據處理是研究如何消除各種誤差並判定精度,如何處理分析各種形式的測量數據進行合理預報等的數學手段。

參考資料[編輯]

  • 寧津生 陳俊勇 李德仁 劉經南 張祖勛等. 測繪學概論(第二版). 武漢: 武漢大學出版社. 2008. ISBN 978-7-307-06139-2.