1、北京建筑工程學(xué)院Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture測(cè)繪工程系Department of Surveying and Mapping Engineering,專業(yè)簡(jiǎn)介,測(cè)繪工程專業(yè)簡(jiǎn)介,Introduction of Surveying and Mapping Engineering 北京建筑工程學(xué)院測(cè)繪工程系 2001年,一、學(xué)科地位和研究應(yīng)用領(lǐng)域,1. 學(xué)科定義 測(cè)繪學(xué)科是研究地球空間(地面、地下、水下、空中)中具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論方法和技術(shù)的一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科。它主要以地形、地貌以及建筑

2、工程、機(jī)器和設(shè)備等為研究服務(wù)對(duì)象。,2. 學(xué)科地位 學(xué)科門(mén)類：工學(xué)（08） 一級(jí)學(xué)科：測(cè)繪類（0809） 二級(jí)學(xué)科：測(cè)繪工程（080901） 相近專業(yè)：地理信息系統(tǒng)、攝影測(cè)量與遙感 修業(yè)年限：四年 授予學(xué)位：工學(xué)學(xué)士,測(cè)繪學(xué)科的學(xué)科方向：,大地測(cè)量學(xué)(包括天文、幾何、物理、衛(wèi)星和海洋大地測(cè)量)； 工程測(cè)量學(xué)(含近景攝影測(cè)量和礦山測(cè)量)； 航空攝影測(cè)量與遙感學(xué)； 地圖制圖學(xué)； 不動(dòng)產(chǎn)地籍與土地整理。,3. 研究應(yīng)用領(lǐng)域,按工程建設(shè)三個(gè)階段劃分： 勘查設(shè)計(jì)測(cè)量、施工建設(shè)測(cè)量和竣工運(yùn)行測(cè)量； 按行業(yè)劃分： 線路(鐵路、公路等)工程測(cè)量、水利工程測(cè)量、橋隧工程測(cè)量、建筑工程測(cè)量、礦山測(cè)量、海洋工程測(cè)量

3、、軍事工程測(cè)量、3維工業(yè)測(cè)量等,二、測(cè)量?jī)x器,1、通用儀器 常規(guī)儀器：光學(xué)經(jīng)緯儀、光學(xué)水準(zhǔn)儀、電磁波測(cè)距儀、攝影測(cè)量?jī)x器 新型儀器：電子全站儀、電子水準(zhǔn)儀、激光儀器、GPS、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量?jī)x器 （電腦型全站儀配合豐富的軟件，向全能型和智能化方向發(fā)展。帶電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和程序控制的全站儀結(jié)合激光、通訊及CCD技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量的全自動(dòng)化，被稱作測(cè)量機(jī)器人。）,2、專用儀器：,機(jī)械式、光電式及光機(jī)電(子)結(jié)合式的儀器或測(cè)量系統(tǒng) 特點(diǎn)：高精度、自動(dòng)化、遙測(cè)和持續(xù)觀測(cè)。 基準(zhǔn)測(cè)量：正、倒錘與垂線觀測(cè)儀，金屬絲引張線，各種激光準(zhǔn)直儀、鉛直儀、自準(zhǔn)直儀，以及尼龍絲或金屬絲準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)等。,距離測(cè)量：包括中長(zhǎng)距離(

4、數(shù)十米至數(shù)公里)、短距離(數(shù)米至數(shù)十米)和微距離(毫米至數(shù)米)及其變化量的精密測(cè)量。 ME5000精密激光測(cè)距儀、TERRAMETER LDM2雙頻激光測(cè)距儀等，中長(zhǎng)距離測(cè)量精度可達(dá)亞毫米級(jí)； 銦瓦線尺測(cè)距儀DISTINVAR，應(yīng)變儀DISTERMETER ISETH等，短距離、微距離測(cè)量可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化； 石英伸縮儀，各種光學(xué)應(yīng)變計(jì)，位移與振動(dòng)激光快速遙測(cè)儀等。采用多譜勒效應(yīng)的雙頻激光干涉儀，能在數(shù)十米范圍內(nèi)達(dá)到0.01m的計(jì)量精度，成為重要的長(zhǎng)度檢校和精密測(cè)量設(shè)備； 采用CCD線列傳感器測(cè)量微距離可達(dá)到百分之幾微米的精度，它們使距離測(cè)量精度從毫米、微米級(jí)進(jìn)入到納米級(jí)世界。,高程測(cè)

5、量：,精密水準(zhǔn)儀、電子水準(zhǔn)儀 液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)。 通過(guò)各種類型的傳感器測(cè)量容器的液面高度，可同時(shí)獲取數(shù)十乃至數(shù)百個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，具有高精度、遙測(cè)、自動(dòng)化、可移動(dòng)和持續(xù)測(cè)量等特點(diǎn)。兩容器間的距離可達(dá)數(shù)十公里，如用于跨河與跨海峽的水準(zhǔn)測(cè)量；通過(guò)一種壓力傳感器，允許兩容器之間的高差從過(guò)去的數(shù)厘米達(dá)到數(shù)米。,三、測(cè)量理論方法的發(fā)展,1. 測(cè)量平差理論 最小二乘法：最小二乘配置包括了平差、濾波和推估。附有限制條件的條件平差模型是各種經(jīng)典的和現(xiàn)代平差模型的統(tǒng)一模型。 測(cè)量誤差理論主要表現(xiàn)在對(duì)模型誤差的研究上，主要包括：平差中函數(shù)模型誤差、隨機(jī)模型誤差的鑒別或診斷；模型誤差對(duì)參數(shù)估計(jì)的影響，對(duì)參數(shù)和殘差

6、統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的影響；病態(tài)方程與控制網(wǎng)及其觀測(cè)方案設(shè)計(jì)的關(guān)系。,自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差： 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)參考點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)的需要 控制網(wǎng)可靠性理論： 觀測(cè)值粗差的研究，以及變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)變形和觀測(cè)值粗差的可區(qū)分性理論的研究和發(fā)展 非最小二乘估計(jì)： 穩(wěn)健估計(jì)：解決觀測(cè)值存在粗差的問(wèn)題； 有偏估計(jì)：解決法方程系數(shù)陣存在病態(tài)的可能。,2. 工程控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法,網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有解析法和模擬法兩種。 解析法：基于優(yōu)化設(shè)計(jì)理論構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)和約束條件，解求目標(biāo)函數(shù)的極大值或極小值。網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)又分為零類、一類、二類和三類優(yōu)化設(shè)計(jì)。 模擬法：根據(jù)設(shè)計(jì)資料和地圖資料，經(jīng)數(shù)字化掃描后在微機(jī)上進(jìn)行。在圖上選點(diǎn)布網(wǎng)，獲取網(wǎng)

7、點(diǎn)近似坐標(biāo)。模擬觀測(cè)方案，根據(jù)儀器確定觀測(cè)值精度，可進(jìn)一步模擬觀測(cè)值。,質(zhì)量指標(biāo)：精度、可靠性、靈敏度 精度：點(diǎn)位精度、相鄰點(diǎn)位精度、任意兩點(diǎn)間的相對(duì)精度、最弱點(diǎn)和最弱邊精度、邊長(zhǎng)和方位角精度。 進(jìn)一步可計(jì)算坐標(biāo)未知數(shù)的協(xié)方差陣或部分點(diǎn)坐標(biāo)的協(xié)方差陣，協(xié)方差陣的主成份計(jì)算，特征值計(jì)算，點(diǎn)位誤差橢圓、置信橢圓的計(jì)算等。,可靠性：觀測(cè)值的多余觀測(cè)分量(內(nèi)部可靠性)和某一觀測(cè)值的粗差界限值對(duì)平差坐標(biāo)的影響(外部可靠性)。 靈敏度：靈敏度橢圓、在給定變形向量下的靈敏度指標(biāo)以及觀測(cè)值的靈敏度影響系數(shù)。,四、大型特種精密工程測(cè)量,1、國(guó)內(nèi)工程： 三峽工程變形監(jiān)測(cè)和庫(kù)區(qū)地殼形變、滑坡、巖崩以及水庫(kù)誘發(fā)地震監(jiān)

8、測(cè)，其規(guī)模之大，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之多，都堪稱世界之最。 如對(duì)滑坡體變形與失穩(wěn)研究的計(jì)算機(jī)智能仿真系統(tǒng)；三峽庫(kù)區(qū)滑坡泥石流預(yù)報(bào)的3S工程；隔河巖大壩外部變形觀測(cè)的GPS實(shí)時(shí)持續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；,北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的精密控制網(wǎng)，精度達(dá)0.3 mm。設(shè)備定位精度優(yōu)于0.2 mm，200 m直線段漂移管直線精度達(dá)0.1 mm。 大亞灣核電站控制網(wǎng)精度達(dá)2 mm； 秦山核電站的環(huán)型安裝測(cè)量控制網(wǎng)精度達(dá)0.1 mm。,上海楊浦大橋控制網(wǎng)的最弱點(diǎn)精度達(dá)0.2 mm，橋墩點(diǎn)位標(biāo)定精度達(dá)0.1 mm； 武漢長(zhǎng)江二橋全橋的貫通精度(跨距和墩中心偏差)達(dá)毫米級(jí)。 高454 m的東方明珠電視塔對(duì)于長(zhǎng)114 m、重300 t的鋼

9、桅桿天線，安裝的垂準(zhǔn)誤差僅9 mm。,長(zhǎng)18.4 km的秦嶺隧道，洞外GPS網(wǎng)的平均點(diǎn)位精度優(yōu)于3 mm，一等精密水準(zhǔn)線路長(zhǎng)120多公里。橫向貫通誤差為12 mm，高程方向的貫通誤差只有3 mm。,2、國(guó)外工程,德國(guó)漢堡粒子加速器研究中心 直線加速器長(zhǎng)達(dá)30 km，100300 m的磁件相鄰精度要求優(yōu)于0.1 mm,磁件的精密定位精度僅幾個(gè)微米，并能以納米級(jí)的精度確定直線度。,露天煤礦的大型挖煤機(jī)開(kāi)挖量的動(dòng)態(tài)測(cè)量計(jì)算系統(tǒng)(德國(guó)) 大型挖煤機(jī)長(zhǎng)140 m，高65 m,自重8 000 t，其挖斗輪的直徑17.8 m，每天挖煤量可達(dá)10多萬(wàn)噸。在其上安置了3臺(tái)GPS接收機(jī)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和差分動(dòng)態(tài)定位

10、，挖煤機(jī)上兩點(diǎn)間距離的精度可達(dá)1.5 cm。根據(jù)3臺(tái)接收機(jī)的坐標(biāo)，可計(jì)算出挖煤機(jī)挖斗輪的位置及采煤層截曲面，可計(jì)算出采煤量，其精度達(dá)7%4%。這是GPS，GIS技術(shù)相結(jié)合在大型特種工程中應(yīng)用的一個(gè)典型例子。,瑞士阿爾卑斯山的特長(zhǎng)雙線鐵路隧道哥特哈德 長(zhǎng)達(dá)57 km，采用GPS技術(shù)施測(cè)的控制網(wǎng)，平面精度達(dá)7 mm，高程精度約2 cm。以厘米級(jí)的精度確定出了整個(gè)地區(qū)的大地水準(zhǔn)面。為加快進(jìn)度和避開(kāi)不良地質(zhì)段，中間設(shè)了3個(gè)豎井，共4個(gè)貫通面，橫向貫通誤差允許值為6992 mm(較只設(shè)一個(gè)貫通面可縮短工期11年)。整個(gè)隧道的工程投資預(yù)計(jì)約15億瑞士法朗，計(jì)劃于2004年全線貫通。,五、測(cè)繪學(xué)科的發(fā)展展望

11、,“3S”高新技術(shù)與現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)緊密結(jié)合 測(cè)繪成果從傳統(tǒng)模擬的紙質(zhì)地圖產(chǎn)品轉(zhuǎn)向數(shù)字化測(cè)繪生產(chǎn)體系 “4D”產(chǎn)品：數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字線劃圖（DLG）和數(shù)字柵格影像圖（DRG）,測(cè)繪生產(chǎn)自動(dòng)化 測(cè)量機(jī)器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進(jìn)一步發(fā)展，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進(jìn)一步增強(qiáng)； 多傳感器的混合測(cè)量系統(tǒng)將得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如GPS接收機(jī)與電子全站儀或測(cè)量機(jī)器人集成，可在大區(qū)域乃至國(guó)家范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)控制網(wǎng)的各種測(cè)量工作。,基于知識(shí)的地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，進(jìn)一步與大地測(cè)量、地球物理、工程與水文地質(zhì)以及土木建筑等學(xué)科相結(jié)合，解決工程建設(shè)中以

12、及運(yùn)行期間的安全監(jiān)測(cè)、災(zāi)害防治和環(huán)境保護(hù)的各種問(wèn)題。,綜上所述，測(cè)繪學(xué)科的發(fā)展，主要表現(xiàn)在從1維、2維到3維、4維，從點(diǎn)信息到面信息獲取，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從后處理到實(shí)時(shí)處理，從人眼觀測(cè)操作到機(jī)器人自動(dòng)尋標(biāo)觀測(cè)，從大型特種工程到人體測(cè)量工程，從高空到地面、地下以及水下，從人工量測(cè)到無(wú)接觸遙測(cè)，從周期觀測(cè)到持續(xù)測(cè)量。測(cè)量精度從毫米級(jí)到微米乃至納米級(jí)。,地理信息系統(tǒng)專業(yè)簡(jiǎn)介,Introduction of Geographic Information System 北京建筑工程學(xué)院測(cè)繪工程系 2001年,一、學(xué)科地位和研究應(yīng)用領(lǐng)域,1. 學(xué)科定義 地理信息系統(tǒng)是一門(mén)介于信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、現(xiàn)代地理學(xué)

13、、測(cè)繪遙感學(xué)、空間科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和管理科學(xué)之間的新興邊緣學(xué)科，研究有關(guān)地學(xué)信息以及其它與之有關(guān)各類信息的采集獲取、管理和分析的理論方法和技術(shù)。,2. 學(xué)科地位 學(xué)科門(mén)類：理學(xué)（07） 一級(jí)學(xué)科：地理科學(xué)類（0707） 二級(jí)學(xué)科：地理信息系統(tǒng)（070703） 相近專業(yè)：資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理、測(cè)繪工程、地理科學(xué) 修業(yè)年限：四年 授予學(xué)位：理學(xué)或工學(xué)學(xué)士,地理信息系統(tǒng)學(xué)科的研究方向：,專題信息系統(tǒng)（GIS技術(shù)的應(yīng)用和系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)）； 區(qū)域信息系統(tǒng)（以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務(wù)為目標(biāo)，可以有不同的規(guī)模）； 地理信息系統(tǒng)工具(GIS-TOOL，研制通用軟件系統(tǒng)), 地 理 學(xué) 制 圖 學(xué) GIS

14、測(cè)量與遙感 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 軟 數(shù) 計(jì) 圖 CAD 專 件 據(jù) 算 形 家 工 庫(kù) 機(jī) 學(xué) CAM 系 程 技 統(tǒng) 術(shù) GIS的相關(guān)學(xué)科,3. 研究應(yīng)用領(lǐng)域,（1）資源管理(Resource Management) 例如應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，解決農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域各種資源(如土地、森林、草場(chǎng))分布、分級(jí)、統(tǒng)計(jì)、制圖等問(wèn)題。主要回答“定位”和“模式”兩類問(wèn)題。,（2）資源配置(Resource Configuration),在城市中各種公用設(shè)施、救災(zāi)減災(zāi)中物資的分配、全國(guó)范圍內(nèi)能源保障、糧食供應(yīng)等問(wèn)題，在各地的配置等都是資源配置問(wèn)題。GIS在這類應(yīng)用中的目標(biāo)是保證資源的最合理配置和發(fā)揮最大效益。

15、,（3）城市規(guī)劃和管理(Urban Planning and Management),空間規(guī)劃是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內(nèi)容。例如，在大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學(xué)校、公共設(shè)施、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、服務(wù)設(shè)施等能夠有最大的服務(wù)面(城市資源配置問(wèn)題)等。,（4）土地信息系統(tǒng)和地籍管理(Land Information System and Cadastral Applicaiton),土地和地籍管理涉及土地使用性質(zhì)變化、地塊輪廓變化、地籍權(quán)屬關(guān)系變化等許多內(nèi)容，借助GIS技術(shù)可以高效、高質(zhì)量地完成這些工作。,（5）生態(tài)、環(huán)境管理與模擬(Envir

16、onmental Management and Modeling),區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、污染物削減分配的決策支持、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)保設(shè)施的管理、環(huán)境規(guī)劃等。,（6）應(yīng)急響應(yīng)(Emergency Response),解決在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭(zhēng)、核事故等重大自然或人為災(zāi)害時(shí)，如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應(yīng)的運(yùn)輸和保障設(shè)施的問(wèn)題。,（7）地學(xué)研究與應(yīng)用(Application in GeoScience),地形分析、流域分析、土地利用研究、經(jīng)濟(jì)地理研究、空間決策支持、空間統(tǒng)計(jì)分析、制圖等都可以借助地理信息系統(tǒng)工具完成。,（8）商業(yè)與市場(chǎng)(Business a

17、nd Marketing),商業(yè)設(shè)施的建立充分考慮其市場(chǎng)潛力。例如大型商場(chǎng)的建立如果不考慮其他商場(chǎng)的分布、待建區(qū)周圍居民區(qū)的分布和人數(shù)，建成之后就可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期的市場(chǎng)和服務(wù)面。有時(shí)甚至商場(chǎng)銷售的品種和市場(chǎng)定位都必須與待建區(qū)的人口結(jié)構(gòu)(年齡構(gòu)成、性別構(gòu)成、文化水平)、消費(fèi)水平等結(jié)合起來(lái)考慮。地理信息系統(tǒng)的空間分析和數(shù)據(jù)庫(kù)功能可以解決這些問(wèn)題。 房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)和銷售過(guò)程中也可以利用GIS功能進(jìn)行決策和分析。,（9）基礎(chǔ)設(shè)施管理(Facilities Management),城市的地上地下基礎(chǔ)設(shè)施(電信、自來(lái)水、道路交通、天然氣管線、排污設(shè)施、電力設(shè)施等)廣泛分布于城市的各個(gè)角落、且這些設(shè)施明顯具有地

18、理參照特征。它們的管理、統(tǒng)計(jì)、匯總都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。,（10）選址分析(Site Selecting Analysis),根據(jù)區(qū)域地理環(huán)境的特點(diǎn)，綜合考慮資源配置、市場(chǎng)潛力、交通條件、地形特征、環(huán)境影響等因素，在區(qū)域范圍內(nèi)選擇最佳位置，是GIS的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了GIS的空間分析功能。,（11）網(wǎng)絡(luò)分析(Network System Analysis),建立交通網(wǎng)絡(luò)、地下管線網(wǎng)絡(luò)等的計(jì)算機(jī)模型，研究交通流量、進(jìn)行交通規(guī)則、處理地下管線突發(fā)事件(爆管、斷路)等應(yīng)急處理。 警務(wù)和醫(yī)療救護(hù)的路徑優(yōu)選、車輛導(dǎo)航等也是GIS網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用的實(shí)例。,（12）可視化應(yīng)用

19、(Visualization Application),以數(shù)字地形模型為基礎(chǔ)，建立城市、區(qū)域、或大型建筑工程、著名風(fēng)景名勝區(qū)的三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)多角度瀏覽，可廣泛應(yīng)用于宣傳、城市和區(qū)域規(guī)劃、大型工程管理和仿真、旅游等領(lǐng)域。,（13）分布式地理信息應(yīng)用(Distributed Geographic Information Application),隨著網(wǎng)絡(luò)和Internet技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)行于Intranet或Internet環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用類型，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)地理信息的分布式存儲(chǔ)和信息共享，以及遠(yuǎn)程空間導(dǎo)航等。,二、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境,1、硬件環(huán)境： GIS硬件：計(jì)算機(jī)主機(jī)外圍設(shè)備 計(jì)算機(jī)主機(jī)： 處理速度、字長(zhǎng)、內(nèi)存 數(shù)據(jù)存貯設(shè)備：硬盤(pán)、軟盤(pán)、光盤(pán)、磁帶 數(shù)據(jù)輸入設(shè)備：鍵盤(pán)、數(shù)字化儀、掃描儀、數(shù)據(jù)電纜 數(shù)據(jù)輸出設(shè)備：硬拷貝、軟