的测定,因而促进了测绘学的发展。
地图制图是测量的必然结果,所以地图的演变及其制作方法的进步是测绘学发展的重要方面。
测绘学是一门技术性较强的学科,它的形成和发展在很大程度上依赖于测绘方法和仪器工具的创造和变革。
从原始的测绘技术,发展到近代的测绘学,其过程可由下列 3 个方面来说明。
5 人类对地球形状的认识过程 人类对地球形状的科学认识, 是从公元前 6 世纪古希腊的毕达哥拉斯最早提出地是球形的概念开始的。
两世纪后,亚里士多德Aristotle作了进一步论证,支持这一学说,称为地圆说。
又一世纪后,亚历山大的埃拉托斯特尼采用在两地观测日影的办法,首次推算出地球子午圈的周长,以此证实了地圆说。
这也是测量地球大小的“弧度测量”方法的初始形式。
世界上有记载的实测弧度测量,最早是中国唐代开元十二年724南宫说在张遂(一行)的指导下在今河南省境内进行的,根据测量结果推算出了纬度 1 度的子午弧长。
17 世纪末,英国牛顿和荷兰的惠更斯首次从力学的观点探讨地球形状,提出地球是两极略扁的椭球体,称为地扁说。
1735~1741 年间,法国科学院派遣测量队在南美洲的秘鲁和北欧的拉普兰进行弧度测量,证明牛顿等的地扁说是正确的。
1743 年法国 A.C.克莱洛证明了地球椭球的几何扁率同重力扁率之间存在着简单的关系。
这一发现,使人们对地球形状的认识又进了一步,从而为根据重力数据研究地球形状奠定了基础.19 世纪初,随着测量精度的提高,通过对各处弧度测量结果的研究,发现测量所依据的垂线方向同地球椭球面的法线方向之间的差异不能忽略。
因此法国的 P.S.拉普拉斯和德国的 C.F.高斯相继指出,地球形状不能用旋转椭球来代表。
1849 年 Sir G.G.斯托克斯提出利用地面重力观测资料确定地球形状的理论。
1873 年,利斯廷创用“大地水准面”一词,以该面代表地球形状。
自那时起,弧度测量的任务,不仅是确定地球椭球的大小,而且还包括求出各处垂线方向相对于地球椭球面法线的偏差,用以研究大地水准面的形状。
1945 年,苏联的 M.C.莫洛坚斯基创立了直接研究地球自然表面形状的理论,并提出“似大地水准面”的概念,从而回避了长期无法解决的重力归算问题。
人类对地球形状的认识和测定,经过了球—椭球—大地水准面 3 个阶段,花去了约二千五、六百年的时间,随着对地球形状和大小的认识和测定的愈益精确,测绘工作中精密计算地面点的平面坐标和高程逐步有了可靠的科学依据,同时也不断丰富了测绘学的理论。
6 地图制图的演变 地图的出现可追溯到上古时代,那时由于人类从事生产和军事等活动,就产生了对地图的需要。
考古工作者曾经控掘到公元前 25 世纪至前 3 世纪画在或刻在陶片、铜板或其他材料上的地图。
这些原始地图只是根据文字记述或见闻绘成的略图,不讲求比例尺和方位,可靠性很差。
据文字记载,中国春秋战国时期地图已用于地政、军事和墓葬等方面。
例如《管子地图篇》记述:“凡兵主者必先审知地图。
公元前 3 世纪,埃拉托斯特尼最先在地图上绘制经纬线。
1973 年,在中国湖南省长沙马王堆汉墓中发现的绘制在帛上的地图,是公元前 168 年之前制作的。
这些地图虽是根据已有资料和见闻绘制的,但它已注意到比例尺和方位, 讲求一定的精度。
公元 2 世纪,古希腊的 C.托勒密所著《地理学指南》一书,提出了地图投影问题。
100 多年后,中国西晋的裴秀总结出“制图六体”的制图原则,从此地图制图有了标准,提高了地图的可靠程度。
16世纪,地图制图进入了一个新的发展时期。
中国明代的罗洪先和德国的 G.墨卡托都以编制地图集的形式,分别总结了 16 世纪之前中国和西方在地图制图方面的成就。
从 16 世纪起,随着测量技术的发展,尤其是三角测量方法的创立,西方一些国家纷纷进行大地测量工作, 并根据实地测量结果绘制图家规模的地形图,这样测绘的地形图,不仅有准确的方位和比例尺,具有较高的精度,而且能在地图上描绘出地表形态的细节,还可按不同的用途,将实测地形图缩制编绘成各种比例尺的地图。
中国历史上首次使用这样的方法在广大国土上测绘的地形图,是清康熙四十七年至五十七年(1708~1718)完成的《皇舆全图》 。
现代地图制图的方法有了巨大的变革,地图制图的理论也不断得到丰富,特别是 20 世纪 60 年代以来,又朝着计算机辅助地图制图的方向发展,使成图的精度和速度都有很大的提高。
7 测绘技术和仪器工具的变革 17 世纪之前,人们使用简单的工具,例如中国的绳尺、步弓、矩尺和圭表等进行测量。
这些测量工具都是机械式的,而且以用于量测距离为主。
17世纪初发明了望远镜。
1617 年,荷兰的斯涅耳为了进行弧度测量而首创三角测量法,以代替在地面上直接测量弧长,从此测绘工作不仅量测距离,而且开始了角度测量。
约于 1640 年,英国的加斯科因在两片透镜之间设置十字丝,使望远镜能用于精确瞄准,用以改进测量仪器,这可算光学测绘仪器的开端。
约于 1730 年,英国的西森Sisson制成测角用的第一架经纬仪,大大促进了三角测量的发展,使它成为建立各种等级测量控制网的主要方法。
在这一段时期里,由于欧洲又陆续出现小平板仪、大平板仪以及水准仪,地形测量和以实测资料为基础的地图制图工作也相应得到了发展。
从 16 世纪中叶起,欧美二洲间的航海问题变得特别重要。
为了保证航行安全和可靠,许多国家相继研究在海上测定经纬度的方法,以定船舰位置。
经纬度的测定,尤其是经度测定方法,直到 18 世纪发明时钟之后才得到圆满解决。
从此开始了大地天文学的系统研究。
19 世纪初,随着测量方法和仪器的不断改进,测量数据的精度也不断提高,精确的测量计算就成为研究的中心问题。
此时数学的进展开始对测绘学产生重大影响。
1806 年和 1809 年法国的勒让德和德国的高斯分别发表了最小二乘准则,这为测量平差计算奠定了科学基础。
19 世纪 50 年代初,法国洛斯达首创摄影测量方法。
随后,相继出现立体坐标量测仪,地面立体测图仪等。
到20 世纪初,则形成比较完备的地面立体摄影测量法。
由于航空技术的发展,1915 年出现了自动连续航空摄影机,因而可以将航摄像片在立体测图仪器上加工成地形图。
从此,在地面立体摄影测量的基础上,发展了航空摄影测量方法。
在这一时期里,由于在 19 世纪末和 20 世纪 30 年代,先后出现了摆仪和重力仪,尤其是后者的出现,使重力测量工作既简便又省时, 不仅能在陆地上,而且也能在海洋上进行,这就为研究地球形状和地球重力场提供了大量实测重力数据。
可以说,从 17 世纪末到 20 世纪中叶,测绘仪器主要在光学领域内发展,测绘学的传统理论和方法也已发展成熟。
从 20 世纪 50 年代起,测绘技术又朝电子化和自动化方向发展。
首先是测距仪器的变革。
1948 年起陆续发展起来的各种电磁波测距仪,由于可用来直接精密测量远达几十公里的距离, 因而使得大地测量定位方法除了采用三角测量外,还可采用精密导线测量和三边测量。
大约与此同时,电子计算机出现了,并很快应用到测绘学中。
这不仅加快了测量计算的速度,而且还改变了测绘仪器和方法,使测绘工作更为简便和精确。
例如具有电子设备和用电子计算机控制的摄影测量仪器的出现,促进了解析测图技术的发展,继而在 60 年代,又出现了计算机控制的自动绘图机,可用以实现地图制图的自动化。
自从 1957年第一颗人造地球卫星发射成功后,测绘工作有了新的飞跃,在测绘学中开辟了卫星大地测量学这一新领域,就是观测人造地
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