第一章 测绘科学与技术概论
1,GIS与主要学科的关系
GIS的定义：在计算机软硬件的支持下，对地表空间
数据进行采集、存储、管理、分析、显示、输出的
技术系统。
GIS主要与数学、计算机科学、测绘学、地学有密切
关系。
GIS
计算机科学 地学, 测绘学
数学
数学为 GIS提供最基本的理论源泉。
测绘学主要为 GIS采集数据和制作地图。
地学则为 GIS提供地理模型和空间分析。
计算机科学则为 GIS提供强有力的技术支持，
计算机学科理论与技术上的每一次革新和突
破都深深影响着 GIS的发展。
2、测绘科学与技术
?测绘的主要任务,测绘，顾名思义就 是 测和
绘。测包括测量地球形状、地表形态和地物
的空间位置及其相对关系等。绘则是将 依据
一定的数学法则将 所测内容绘制成图。
测绘学的学科分类,
一、测量学 二、大地测量学
三、工程测量学 四、测量误差理论
五、地图制图学 六、卫星测量学
七、摄影测量学
一、测量学
它不是一个独立的学科，而是测绘类各专业的公
共基础课，主要研究测量基本原理、大比例尺
地形图测绘理论、方法和工程测量的基本方法。
它主要研究以地球平面小区域为研究对象，因
地球曲率半径很大（平均为 6371km),可视小区域
球面为平面而不顾及地球的曲率，这样以来，
使理论和方法都得到了简化。
二、大地测量学
它以地球表面大区域为研究对象，这时必须考虑
地球的曲率，因而在理论和方法上严密复杂。
大地测量学研究地球的形状、大小及地球重力
场的理论和测定方法，主要任务是在全国范围
内布设大地控制网和重力网，精密测定一系列
点的空间位置（三维坐标）和重力，为地学科
学、空间科学、地形图测绘及工程施工提供控
制依据。
三、工程测量学
是研究各项工程在规划设计、施工放样、竣工验
收和运营等阶段中测量理论和方法的一门学科。
主要任务有,
放样，施工测量，竣工测量，变形测量等。
三、测量误差理论
是研究测量误差产生的原因和变化规律，找出
减弱误差的对策，评定测量成果的精度的一门
理论。
四、地图制图学
是研究地图及其制作的理论、工艺技术和应用
的一门独立学科，主要包括地图编制学、地图
投影学、地图整饰和印制等。
3、一个实例
1.如何测绘一幅校园地图
1.1 坐标系的建立
平面直角坐标系
1.2 测绘方法
极坐标法
1.3 测绘仪器
水准仪、经纬仪
2.地球的形状是什么样的
2.1 上述方法存在的问题
由于不能确定地球的形状，可能导致严重的变形，不
符合真实的世界。
2.2 地球的形状
1）圆球
2）两极略扁的椭球
3）大地水准面包围的大地体
4）自然表面包围的复杂形体
以上是大地测量学的研究范畴
2.3 地心坐标系
地球实际上是一个南北两级略扁, 非常接近数
学旋转椭球的椭球体, 近两个世纪以来, 各国学
者都在致力研究这个椭球的大小, 使之最接近大
地体 。 提出了多个不同的 椭球元素 。
当我们所选用的椭球元素使得所对应的旋转椭球
在全球范围内最接近大地体, 就将这个旋转椭球
称之为总地球椭球, 而把以总地球椭球为基准的
坐标系就称之为地心坐标系 。
以总地球椭球和地心坐标系为基础可以建立两种
坐标系分别为地心空间直角坐标系（ X,Y,Z)和
大地坐标系（ B,L,H)。
3 如何把地球上的地物绘制在平面
的地图上
3.1 高斯－克吕格投影（横轴墨卡托投影
（ UTM））
4 如何确保地图的精度
4.1 使用参心坐标系
所谓的参心坐标系是对应参考椭球而言，这里的
参考椭球仍是选用总地球椭球的几何参数，而后
进行单点或多点定位，以建立 适合 本国或本区域
的参考椭球，具体方法是在本国合适的地方选择
一个点 P，先将 P点沿铅垂线投影到大地水准面上
得到 P’点，然后使椭球在 P’与大地体相切，这时
过 P’的法线与过 P’点的铅垂线重合。于是椭球与
大地体的关系就确定好了。切点 P’的球面位置 —
— 大地经度和大地纬度就作为全国其它点球面位
置的起算数据, 切点 P’ 称为大地原点 。
4.2 建立控制网
有了大地原点再采用天文大地测量的方法就可
以确定一些点的精确的大地经度和大地纬度 。 然
后利用这些点采用最精密的仪器和严密的方法,
在全国很稀疏地布设一系列控制点形成控制网,
测定控制点的坐标和高程, 构成骨架, 而后先急
后缓, 分期分区逐级布设低一级控制网 。 这样就
形成了控制等级系列, 在点位精度上逐级降低,
在点的密度上逐级加大 。 控制测量的这种布网原
则非常重要, 它确保了坐标和高程系统的统一,
同级控制网的规格和精度比较均衡, 点位误差的
积累受到有效控制 。
4.3 误差理论与测量平差
测量平差的主要任务就是根据有限的观测值求得
其真值 （ 理论值 ） 的最或然值, 也就是对其真值
作出某种估计 。 因此, 测量平差实质上就是我们
学过的数理统计中的参数估计 。 而具体到控制网
的平差, 平差的目的就是消除矛盾或者说是不符
值, 得到唯一解, 也就是各观测量的最或然值以
及方差的估计值, 这里的方差从某种意义上讲就
是测量的精度 。
以上是测量误差理论的范畴
5.如何绘制地图
5.1 投影方式
5.2 选用符号
5.4 地图注记
5.3 制图综合
以上是地图制图学的范畴
海岛联测的困难，实时定位的困难
由此诞生了卫星测量学
GPS：它是全球定位系统（ global positioning
system)的英文缩写，地面的 GPS接收机通过观
测分布在地球轨道上的位置为已知的 GPS卫星，
利用空间前方交会的方法确定点位坐标。
大面积测图的困难，快速实时更新的困难
由此诞生了摄影测量学
摄影测量学的概念：是以获取地表摄影像片和辐
射能产生的各种图像记录为手段，经过对图像
的处理、量测、解译用以解决地形图测绘和环
境信息的一门学科。
1,GIS与主要学科的关系
GIS的定义：在计算机软硬件的支持下，对地表空间
数据进行采集、存储、管理、分析、显示、输出的
技术系统。
GIS主要与数学、计算机科学、测绘学、地学有密切
关系。
GIS
计算机科学 地学, 测绘学
数学
数学为 GIS提供最基本的理论源泉。
测绘学主要为 GIS采集数据和制作地图。
地学则为 GIS提供地理模型和空间分析。
计算机科学则为 GIS提供强有力的技术支持，
计算机学科理论与技术上的每一次革新和突
破都深深影响着 GIS的发展。
2、测绘科学与技术
?测绘的主要任务,测绘，顾名思义就 是 测和
绘。测包括测量地球形状、地表形态和地物
的空间位置及其相对关系等。绘则是将 依据
一定的数学法则将 所测内容绘制成图。
测绘学的学科分类,
一、测量学 二、大地测量学
三、工程测量学 四、测量误差理论
五、地图制图学 六、卫星测量学
七、摄影测量学
一、测量学
它不是一个独立的学科，而是测绘类各专业的公
共基础课，主要研究测量基本原理、大比例尺
地形图测绘理论、方法和工程测量的基本方法。
它主要研究以地球平面小区域为研究对象，因
地球曲率半径很大（平均为 6371km),可视小区域
球面为平面而不顾及地球的曲率，这样以来，
使理论和方法都得到了简化。
二、大地测量学
它以地球表面大区域为研究对象，这时必须考虑
地球的曲率，因而在理论和方法上严密复杂。
大地测量学研究地球的形状、大小及地球重力
场的理论和测定方法，主要任务是在全国范围
内布设大地控制网和重力网，精密测定一系列
点的空间位置（三维坐标）和重力，为地学科
学、空间科学、地形图测绘及工程施工提供控
制依据。
三、工程测量学
是研究各项工程在规划设计、施工放样、竣工验
收和运营等阶段中测量理论和方法的一门学科。
主要任务有,
放样，施工测量，竣工测量，变形测量等。
三、测量误差理论
是研究测量误差产生的原因和变化规律，找出
减弱误差的对策，评定测量成果的精度的一门
理论。
四、地图制图学
是研究地图及其制作的理论、工艺技术和应用
的一门独立学科，主要包括地图编制学、地图
投影学、地图整饰和印制等。
3、一个实例
1.如何测绘一幅校园地图
1.1 坐标系的建立
平面直角坐标系
1.2 测绘方法
极坐标法
1.3 测绘仪器
水准仪、经纬仪
2.地球的形状是什么样的
2.1 上述方法存在的问题
由于不能确定地球的形状，可能导致严重的变形，不
符合真实的世界。
2.2 地球的形状
1）圆球
2）两极略扁的椭球
3）大地水准面包围的大地体
4）自然表面包围的复杂形体
以上是大地测量学的研究范畴
2.3 地心坐标系
地球实际上是一个南北两级略扁, 非常接近数
学旋转椭球的椭球体, 近两个世纪以来, 各国学
者都在致力研究这个椭球的大小, 使之最接近大
地体 。 提出了多个不同的 椭球元素 。
当我们所选用的椭球元素使得所对应的旋转椭球
在全球范围内最接近大地体, 就将这个旋转椭球
称之为总地球椭球, 而把以总地球椭球为基准的
坐标系就称之为地心坐标系 。
以总地球椭球和地心坐标系为基础可以建立两种
坐标系分别为地心空间直角坐标系（ X,Y,Z)和
大地坐标系（ B,L,H)。
3 如何把地球上的地物绘制在平面
的地图上
3.1 高斯－克吕格投影（横轴墨卡托投影
（ UTM））
4 如何确保地图的精度
4.1 使用参心坐标系
所谓的参心坐标系是对应参考椭球而言，这里的
参考椭球仍是选用总地球椭球的几何参数，而后
进行单点或多点定位，以建立 适合 本国或本区域
的参考椭球，具体方法是在本国合适的地方选择
一个点 P，先将 P点沿铅垂线投影到大地水准面上
得到 P’点，然后使椭球在 P’与大地体相切，这时
过 P’的法线与过 P’点的铅垂线重合。于是椭球与
大地体的关系就确定好了。切点 P’的球面位置 —
— 大地经度和大地纬度就作为全国其它点球面位
置的起算数据, 切点 P’ 称为大地原点 。
4.2 建立控制网
有了大地原点再采用天文大地测量的方法就可
以确定一些点的精确的大地经度和大地纬度 。 然
后利用这些点采用最精密的仪器和严密的方法,
在全国很稀疏地布设一系列控制点形成控制网,
测定控制点的坐标和高程, 构成骨架, 而后先急
后缓, 分期分区逐级布设低一级控制网 。 这样就
形成了控制等级系列, 在点位精度上逐级降低,
在点的密度上逐级加大 。 控制测量的这种布网原
则非常重要, 它确保了坐标和高程系统的统一,
同级控制网的规格和精度比较均衡, 点位误差的
积累受到有效控制 。
4.3 误差理论与测量平差
测量平差的主要任务就是根据有限的观测值求得
其真值 （ 理论值 ） 的最或然值, 也就是对其真值
作出某种估计 。 因此, 测量平差实质上就是我们
学过的数理统计中的参数估计 。 而具体到控制网
的平差, 平差的目的就是消除矛盾或者说是不符
值, 得到唯一解, 也就是各观测量的最或然值以
及方差的估计值, 这里的方差从某种意义上讲就
是测量的精度 。
以上是测量误差理论的范畴
5.如何绘制地图
5.1 投影方式
5.2 选用符号
5.4 地图注记
5.3 制图综合
以上是地图制图学的范畴
海岛联测的困难，实时定位的困难
由此诞生了卫星测量学
GPS：它是全球定位系统（ global positioning
system)的英文缩写，地面的 GPS接收机通过观
测分布在地球轨道上的位置为已知的 GPS卫星，
利用空间前方交会的方法确定点位坐标。
大面积测图的困难，快速实时更新的困难
由此诞生了摄影测量学
摄影测量学的概念：是以获取地表摄影像片和辐
射能产生的各种图像记录为手段，经过对图像
的处理、量测、解译用以解决地形图测绘和环
境信息的一门学科。
