测绘课程
测绘是古老而现代的，绘画现在正在发展成为一门新兴的学科——地理空间科学。测绘是一门历史悠久的古老学科。测绘的发展在世界古代，有一个传说是尼罗河泛滥后，测绘对农田边界进行了重组。公元前7世纪，管仲在《管子》一书中已经收集了27幅早期地图。从公元前5世纪到公元前3世纪，中国有记载的最早的用磁铁制成的导游工具“新浪”。公元前130年，西汉初期出现了地形图和驻军图，这是我国发现的最早的地图。随着人类社会的进步和科学技术的不断发展，测绘的理论、技术、方法和学科内涵都发生了巨大的变化。特别是在当代，由于空间技术、计算机技术、通信技术和地理信息技术的发展，测绘的理论基础、工程技术体系、研究领域和科学目标都与传统测绘有很大不同。测绘正日益成为国内外新兴的一门学科——地理空间信息科学(简称Geomatics)。
测绘的主要研究对象是地球(当然以后会发展到外太空，研究其他星球)。人类对地球形状认识的逐步加深，要求精确确定地球的形状和大小，从而推动了测绘的发展。因此，测绘可以说是地球科学的一个分支。测绘研究成果是以地图为代表的信息产品，地图及其生产过程和方法的演变是测绘进步的一大标志。测量仪器是测量获取观测数据的工具，测量的发展很大程度上取决于测量方法和测量仪器的创造和改革。测绘仪器的发展经历了早期的游标经纬仪到小平板、大平板、水准仪、航空相机、钟摆、重力仪、全站仪、测量机器人、数字绘图仪。成果也从手绘地图变成了数字地图，从原来的二维地图变成了现在的三维地图和四维地图。武汉大学测绘遥感与信息工程国家重点实验室最近研制的“天空地图”这一重大成果就是一个很好的代表。
测绘的科学地位和作用意义重大。在科研中的作用:测量在探索地球的奥秘和规律，深入了解和研究地球的各种问题中具有重要作用。目前的测量技术可以提供几乎任意的时域分辨率序列，可以探测地壳运动、重力场的时空变化、潮汐和地球自转等瞬时地理事件。这些观测结果可用于研究地球中的物质，特别是解决地球物理问题。测绘在国民经济中起着广泛的作用。丰富的地理信息是国民经济和社会信息化的重要基础，为建设“数字城市”和“数字中国”提供了重要资源。在当今现代战争中，测绘在武器的定位、发射和精确制导中发挥着不可替代的作用。此外，测绘在防灾减灾中发挥了不可磨灭的作用。2008年汶川地震，测站地图在救灾中发挥了指导作用，减少了灾害造成的重大损失。在未来的发展中，测绘仍然会在防灾减灾中发挥作用，民政局非常重视测绘的作用。
测绘分类。随着测绘技术的发展和时间的推移，在发展过程中形成了大地测量学、普通测量学、摄影测量学、工程测量学、海洋测绘等分支学科。大地测量学是研究和确定地球的形状、大小和重力场，以及地面点的几何位置的理论和方法。普通测量学研究地球表面局部区域的控制测量和地形测绘的理论和方法。局部区域是指在该区域进行测绘时，在不影响测绘精度的情况下，可以忽略地球的曲率，将其作为平面对待。摄影测量研究的是利用相机或其他传感器采集被测物体的影像信息，然后对其进行处理和分析，以确定被测物体的形状、大小和位置，并判断其性质的理论和方法。测绘大面积的地表形态，主要靠航空摄影。工程测量学研究工程建设中设计、施工和管理各个阶段的测量理论、技术和方法。为工程建设提供准确的测量数据和大比例尺地图，确保合理选址、按设计施工和有效管理。海洋测绘研究测绘海洋水体和海底的理论和技术。为船舶航行安全和海洋工程建设提供保障。地图学研究地图及其编制的理论和方法。我根据我的理解简单描述一下这些分支。
测地学
大地测量学是测绘学的一个分支。研究和确定地球的形状、大小和重力场，以及确定地面点的几何位置。大地测量中确定地球的大小是指确定地球椭球的大小；研究地球的形状就是研究大地水准面的形状；确定地面点的几何位置是指参照地球椭球体确定地面点的位置。地面点沿法线方向投影到地球椭球面上，该点的水平位置用椭球面上投影点的大地经纬度表示，该点的大地高程用地面点到投影点的法线距离表示。这个点的几何位置也可以用以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。大地测量为大比例尺地形测绘提供地面的水平位置控制网和高程控制网，为地下矿藏重力勘探提供重力控制点，还为发射人造地球卫星、导弹和各种航天器提供地面站的精确坐标和地球重力场数据。
大地测量学的基本任务是1，研究整个世界，建立时变地球参考框架，研究地球形状及其外部重力场的理论和方法，研究描述极移固体潮和地壳运动等地球动力学问题，研究高精度定位的理论和方法。2.确定地球及其外部重力场的形状及其随时间的变化，建立统一的大地坐标系，研究地壳形变(包括地壳垂直起伏和水平位移)，确定极移、海洋表面地形及其变化。研究月球和太阳系行星的形状和重力场。3.建立和维护具有高技术水平的国家和全球天文水准网、精密水准网和海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要。4.研究获得高精度测量结果的仪器和方法。5.研究地球表面投影到椭球面或平面的数学变换及相关的大地测量计算。6.研究大范围、高精度、多类别地面网、空间网及其组合网的理论和方法，以及测量数据库的建立和应用。
几何大地测量学。自19世纪以来，许多国家开展了国家天文大地测量，其目的不仅是确定地球椭球体的大小，而且是为测绘国家地形图的工作提供大量地面点的精确几何位置。为了实现这一目标，需要解决一系列理论和技术问题，从而推动了几何大地测量学的发展。首先，为了核对大量的天文大地测量观测数据，消除其中的矛盾，从而得到最可靠的结果，评价观测精度，法国的A.M.Legendre于1806年首次发表了最小二乘理论。事实上，德国数学家和大地测量学家C·F·高斯早在1794年就已经应用这一理论计算小行星的轨道。之后，他用最小二乘法处理天文大地测量结果，发展到相当完善的程度，产生了测量平差法，至今仍广泛应用于大地测量。其次，三角形的解算和大地坐标的计算都要在椭球面上进行。1828年，高斯在《曲面通论》一书中提出了椭球三角形的解法。许多学者提出了许多大地坐标的计算公式。1822年，高斯还发表了将椭球体投影到平面上的保角投影法，这是将大地坐标转换为平面坐标的最佳方法，至今仍被广泛使用。此外，为了利用天文大地测量的结果计算地球椭球的长半轴和扁率，德国的赫尔默特提出了一种方法，在天文大地测量网中所有天文点的垂直偏差平方和最小的条件下，计算最适合测区大地水准面及其在地球上位置的椭球参数。这种方法以后称为面积法。
物理大地测量学。法国的A.M.Legendre在1806年首次发表了最小二乘理论。事实上，德国数学家和大地测量学家C·F·高斯早在1794年就已经应用这一理论计算小行星的轨道。之后，他用最小二乘法处理天文大地测量结果，发展到相当完善的程度，产生了测量平差法，至今仍广泛应用于大地测量。其次，三角形的解算和大地坐标的计算都要在椭球面上进行。许多学者提出了许多大地坐标的计算公式。1822年，高斯还发表了将椭球体投影到平面上的保角投影法，这是将大地坐标转换为平面坐标的最佳方法，至今仍被广泛使用。此外，为了利用天文大地测量的结果计算地球椭球的长半轴和扁率，德国的赫尔默特提出了一种方法，在天文大地测量网中所有天文点的垂直偏差平方和最小的条件下，计算最适合测区大地水准面及其在地球上位置的椭球参数。这种方法以后称为面积法。
卫星大地测量学。到20世纪中叶，几何大地测量和物理大地测量都已发展到相当完善的水平。但由于天文大地测量只能在陆地上进行，不能跨越海洋；重力测量在海洋、山地和沙漠地区只有少量的数据，因此对地球形状和重力场的确定一直没有得到满意的结果。直到1957年第一颗人造地球卫星发射成功，卫星大地测量学才产生，使大地测量学发展到一个全新的阶段。
照相测量法
摄影测量研究的是利用相机或其他传感器采集被测物体的影像信息，然后对其进行处理和分析，以确定被测物体的形状、大小和位置，并判断其性质的理论和方法。测绘大面积的地表形态，主要采用航空摄影测量。根据获取地面影像时相机所处位置的不同，摄影测量可分为航空摄影测量、空间摄影测量和地面摄影测量。航空摄影测量:将相机放置在平面上对地面进行摄影，是最常用的摄影方法。航空摄影测量使用一种特殊的大幅面相机，也称为航空相机。航天摄影测量:随着航天、卫星、遥感技术的发展而发展起来的摄影测量技术，在卫星上安装相机。近年来，高分辨率卫星摄影的成功应用已成为国家基础测绘、城市和国土规划的重要资源。近地摄影测量是一种在地面安装相机的摄影测量。
摄影测量的一些基本原理包括像与物的基本关系，像与图的关系，相机的内方位元素和外方位元素，* * *线方程，立体观测方法等等。图像的测量和判读主要在室内进行，不接触物体本身，因此很少受到气候、地理等条件的限制；拍摄的图像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富，形象直观，人们从中可以获得所研究物体的大量几何和物理信息；它可以拍摄动态物体的瞬时图像，完成常规方法难以实现的测量工作；适用于大比例尺地形测绘，测绘速度快，效率高；产品形式多样，可生产纸质地形图、数字线划图、数字高程模型、数字正射影像图等。
摄影测量的研究方向。1.数字摄影测量:以航空影像和卫星米级高分辨率影像为基础，拓展计算机立体相关的理论和算法，发展立体几何模型确定和精化的新方法，研究困难地区数字立体成图的新技术；研究了近景(地面)摄影测量中数码相机的快速标定新算法，数字影像的精确匹配，以及工业生产过程自动监控和土木工程建筑物(如桥梁、隧道)变形监测中的问题。2.遥感技术与应用:基于多光谱、多分辨率、多时相卫星影像的研究地表变化和地质调查的遥感新方法；研究探测地球资源(如土地利用)变化的有效方法，发展半自动或全自动遥感监测手段；开发实用的遥感系统，监测城市环境污染和自然灾害(如洪水和森林、农作物病虫害)等等。基于合成孔径雷达图像，开展三维地表重建、大范围精密地表形变探测(包括滑坡、城市沉降和地壳形变)和干涉雷达(InSAR)气象变化监测等技术研究。3.3S技术与应用研究车载CCD序列影像成图的方法和算法，为线性工程勘测调查提供快速有效的地面遥感测量手段；本文研究了包括遥感(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)在内的3S技术集成的模式和方法，探索了一种全新的西部铁路公路建设勘测设计方法。
制图学
地图制图学是一门研究地图及其编制和应用的学科。它以地图图形研究自然和人类社会中各种现象的空间分布、相互关系和动态变化，具有地域学科和技术学科的双重性，又称地图学。
地图学理论与技术。地图编制研究的是制作地图的理论和技术。主要包括:制图数据的选择、分析与评价，制图区域的地理研究，地图范围与比例尺的确定，地图投影的选择与计算，地图内容各种要素的表示，地图综合的原理与实现方法，地图制作的技术与程序，地图编辑大纲的起草。地图装饰研究地图的表现形式。包括地图符号和色彩设计、地貌的三维表示、已出版原始地图的绘制和地图集装帧设计。地图印刷研究地图复制的理论和技术。包括地图复制、临摹、绘画、制版、打样、印刷、装订等技术。此外，地图应用已成为地图学的一个组成部分。主要研究地图分析、地图评价、地图阅读、地图测量和地图制作。
地图学的发展趋势随着现代科学技术的发展，地图学进入了一个新的发展阶段。其主要特点和趋势是:①地图学作为一门区域性学科，其研究重点从普通地图学转向专题地图学，并向综合地图学、实用地图学和系统地图学发展。地图学作为一门技术学科，正朝着计算机辅助制图的方向发展，有可能逐步取代延续了几千年的手工制图方法。③随着地图学与其他学科的相互渗透，出现了一些新概念和新理论。如地图信息论、地图传输论，侧重于地图图形空间信息的显示、传输、转换、存储、加工和利用；研究了通过地图图形建模建立地图数学模型和数字模型的地图模式理论；地图感知理论是研究用户感知地图图形和颜色的过程和效果；研究和建立地图语言的地图符号学，等等。
工程测量
工程测量是研究工程建设和自然资源开发各阶段的控制、地形测绘、施工放样和变形监测的理论和技术的学科。测绘科学与技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。无论学科如何发展，服务领域如何拓宽，与其他学科的交叉增加或加强，学科如何整合和细分，学科名称如何改变，学科的性质和特点都不会改变。
工程测量的理论平差理论。最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括调整、滤波和估计。带约束条件的条件平差模型称为广义平差模型，是各种经典和现代平差模型的统一模型。测量误差的理论主要表现在模型误差的研究上，主要包括:平差中函数模型误差和随机模型误差的识别或诊断；模型误差对参数估计的影响以及参数和残差的统计性质；病态方程与控制网设计及其观测方案的关系。由于需要检查变形监测网基准点的稳定性，出现并发展了自由网平差和似稳平差。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论和变形监测网变形与观测值粗差判别理论的研究和发展。鉴于观测值存在粗差的客观事实，出现了稳健估计(或抗差估计)；针对法方程系数矩阵病态的可能性，提出了一种有偏估计。与最小二乘估计不同，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。
海洋大地测量和制图
海洋测绘是对海洋水体和海底的测绘。主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量和海洋专题调查，以及海图、海底地形图、各种海洋专题图和海洋图集的编制。
海洋测绘的基本理论和方法。调查方法主要有海洋地震调查、海洋重力调查、海洋磁力调查、海底热流调查、海洋电法调查和海洋放射性调查。由于海洋水体的存在，需要使用海洋调查船和专用测量仪器进行快速连续观测，一船多用，综合调查。基本测量方法包括:①路线测量。也就是侧写。了解该海域地质构造和地球物理场的基本特征。②面积测量。根据任务设定的成图比例尺，布设一定距离的测量网。规模越大，网络密度越密。无线电定位系统和卫星导航定位系统在海洋调查中得到广泛应用。与陆地调查相比，海洋调查的基础理论、技术方法和测量仪器设备有许多自身的特点。主要原因是测量内容全面，需要多种仪器配合测量，同时完成多种观测项目；测区条件复杂，受潮汐和气象影响，海面起伏不定。大部分是动态作业，测量人员肉眼看不到水域底部，很难精确测量。一般采用无线电导航系统、电磁波测距仪、水声定位系统、卫星组合导航系统、惯性导航组合系统和天文方法来确定控制点和定位测点。采用水声仪器、激光仪器和水下摄影测量方法测量水深和海底地形；海洋地球物理调查采用卫星技术、航空测量、海洋重力测量和磁力测量。
现代测绘新技术
随着电子信息技术、通信技术和网络技术的快速发展，测绘也面临着机遇和挑战。测量理论、方法和仪器的改进促进了测绘的发展。如今，测绘不仅大大提高了测量精度，缩短了测量时间，降低了劳动强度，也让测绘工作者不再是人们眼中的“农民工”。这些新技术包括:1，卫星导航定位技术。以美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗和正在建设的欧盟伽利略为代表的定位系统，给测绘带来了极大的便利，提高了精度。2.遥感(Remote Sensing)是一门现代科学技术，在不接触物体本身的情况下，用传感器采集目标的电磁波信息，经过处理分析后识别目标。我们武汉大学的遥感很强，亚洲第一。3.数字地图绘制技术。4.GIS(地理信息系统)GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，以计算机软硬件为支撑，运用系统工程和信息科学的理论，对具有空间内涵的地理数据进行科学管理和综合分析，从而提供管理和决策所需信息的技术系统。简单来说，地理信息系统是对地理空间数据进行综合处理和分析的技术系统。5、3S集成技术。即GPS、GIS、RS技术的融合是当前国内外的发展趋势。在3S技术集成中，GPS主要用于实时、快速地提供物体的空间位置。RS用于实时、快速地提供地表物质及其环境的大尺度几何和物理信息，以及它们的各种变化；GIS是综合处理、分析和应用多种来源的时空数据的平台。6.虚拟现实建模技术，是一种由计算机组成的高级人机交流系统。
测绘博大精深，我们对它的认识还很肤浅，但我相信，在今后的学习中，我们会对它有更深刻的认识，在不久的将来，我们会投身于测绘事业和祖国的建设，成为21世纪的合格测绘工作者和祖国建设的接班人！