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测深学

发布时间:2023-09-15 17:02:21

测深学(英语:Bathymetry;来自希腊语:βαθύς,bathus,“深度”和希腊语:μέτρον,metron,“测量”)是研究水面下海床或湖床深度的学科,测深学相当于海面上的测高学或测绘学。

测深学概念

水深或水文图的制作目的通常是为了水面和水下的航行安全,并且会以等值线(即等深线)和探测得知的特定深度值表示海床地势;而且同时还提供海面的航海资讯。不以航行安全为考量制作的水深图可能同时使用数字地面模型和人工照明技术来表示深度。古测深学(Paleobathymetry)则是测量古代海洋深度的学科。

测深学

测深学学科发展

测深学是研究地球和其他星体空间分布的有关信息的采集、测量、分析、显示、管理和利用的理论及技术的学科。究内容包括:测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场,获取地球表面自然形态和人工设施的有关信息,编制全球和局部地区各种比例尺的地图、专题地图,建立地理、土地等各种空间信息系统。

测绘学按其研究内容和应用,可分为普通测量学、大地测量学、实用天文学、摄影测量与遥感学、工程测量学、海洋测绘学、地图制图学等分支学科。测绘学的应用范围很广,它对国民经济建设、国防建设及科学研究等方面都起着极为重要的作用。

中国是世界文明古国,测绘方法的出现可以追溯到四千年以前。根据《史记·夏本纪》、《周礼·地官司徒》、《周礼·夏官司马》等史料记载,周代不仅有了地图和掌管地图的官职,而且那时地图已经有了各种用途。

春秋战国时期,测绘有了新的发展.从《周髀算经》、《九章算术》、《管子·地图篇》、《孙子兵法》、《孙膑兵法》等书的有关论述中知道,那时测量、计算技术以及军事地形图的内容和表现力已经达到了相当高的水平。

秦代曾修建郑国渠、灵渠、都江堰水利工程,并留下图书。根据史料记载,秦汉时期地图受到很大的重视,测绘有了进一步的发展。1973年冬在长沙马王堆出土的汉代初期(公元前2世纪)长沙国的地形图、驻军图和城邑图,其内容的详细、方位的精确、设计的合理、符号的形象化、绘制的精美,都显示了中国当时测绘技术所达到的高水平。

西晋的裴秀主持编制了大型地图集《禹贡地域图十八篇》,并提出了分率、准望、道里、高下、方斜、迂直的“制图六体”作为制图准则,使中国测量和制图工作进入新的领域。唐代高僧一行(俗名张遂)于公元724年在河南平原主持了世界最早的子午线测量,比公元814年阿拉伯国家进行的子午线长度实测早90年。此外,唐相贾耽完成了《古今郡国道县四夷述》40卷以及巨幅《海内华夷图》,在地图制图方面取得了成就。

宋元时期也出现了很多杰出的测绘成果。北宋沈括发展了裴秀的制图理论,发明了许多精密易行的测量技术,并且在世界上最早发现了磁针偏角。元代郭守敬在长期修渠治水实践中总结了一套水准测量的经验,首先提出了海拔高程的概念。朱思本用10年时间编成了“计里画方”的《舆地图》。

明清两代,中国测绘技术又有了新的发展。明代郑和七使西洋,首次绘制了航海图.罗洪先改编《舆地图》为《广舆图》,明末祖绶又将其改制为《全国地图集》,即《皇明职方地图》.16、17世纪,西欧测绘技术传入中国,与中国传统测绘技术相结合,中国开始出现了近代测绘。明万历年间,实测一些城市的经纬度,绘制了10多幅世界地图.清康熙年间进行了大规模的经纬度测量和地形测图,并在1718年编成著名的《皇舆全图》。清乾隆21年(1756年)又补测了天山南北各地地图,并于1761年在《皇舆全图》的基础上补测汇编成《皇舆全览图》,覆盖范围较《皇舆全图》大一倍以上。

从20世纪初起,1903年,清政府设立主管陆地测量的京师陆军测地局,各省设立分局,计划开展全国地形图的测图和编图。1904年,又建立京师陆军测绘学堂,培养测绘人员。辛亥革命后,南京国民党政府设立陆地测量总局,各省分设陆地测量局,改组成立中央陆地测量学校.1912—1928年,新测了部分地区1∶25000和1∶50000比例尺地形图,并于1923年至1924年,首次编绘出版了全国1∶1000000地形图96幅。1929年,正式制订了大地测量规程,开展国家大地测量,并规定统一采用兰勃特投影.1931年,陆地测量总局正式建立航测队,并协助水利、铁道、地政等部门组建航测队,测制了局部地区的军事要塞图、地形图、勘察设计用图,并进行了城市地藉测量.1932年,在同济大学设置测量系,1945年,中央测量学校也设立了大学部,为测绘事业培养了一些高级测量技术人才.从1912年到1948年,主要在中国东部地区进行了一、二等三角锁系和一、二等水准路线的基本大地测量工作,完成了约占全国总面积三分之一的1∶50000比例尺地形图,重编了全国1∶1000000比例尺地形图。在此期间虽然开展了一些测绘业务,但由于连年战乱,缺少完整的实施方案和全国统一的测量基准和技术标准,因此成果质量不高。

测深学

中国的测绘事业得到大规模发展始于1949年.在全国各省市和有关经济建设部门相继成立了测绘管理机构,并加强对测绘工作的规划和管理。在1958—1963年期间,先后制订了大地测量法式(草案)和各等级三角测量、基线测量、天文测量、水准测量、大地重力测量细则及各种比例尺地形图的测绘基本原则、图式、编绘规范,形成了一系列完整统一的技术标准和技术规程,为提高基本测绘成果的质量提供了保证。大力发展测绘高等教育和中等教育,培养了大量测绘事业需要的高中级人才。建立了一系列专门的测绘研究所、研究室,一些测绘生产、教学、勘测部门也设置了测绘科学研究机构,全国形成了门类比较齐全的测绘科学研究体系。科研工作取得了丰硕成果,促进了测绘事业的发展和提高。

从20世纪50年代初迄今,中国的测绘工作已经取得了巨大的成就。随着一、二等大地测量工作的开展,陆续建立起包括大地原点、青岛水准基点在内的各种大地测量基准。1982年已在全国布测天文大地网点近5万个,并完成天文大地网整体平差。1976年以后,重新布测和完成全国一等水准测量100个环,共9万多公里。完成了包括重力基本点和一等点的国家重力控制网。除部分地区外,主要采用航测方法完成了全国基本地形图。20世纪70年代中期,基本完成了覆盖全国大陆的1∶50000比例尺为主的地形图。20世纪80年代初,完成了全国1∶200000、1∶500000、1∶1000000比例尺地形图的编制出版。完成了近海区域图测绘和大量海图集的编制,并逐步开展了海洋重力和某些远海测绘工作。测绘工作在各项工程建设中,包括厂矿、铁路、公路、水运、水利枢纽、城市市政、建筑、军事等工程建设中,都起到了“排头兵”的作用,做出了很大的贡献。

测深学新技术

从20世纪70年代起至90年代,测绘技术有了重大突破。空间技术、各类对地观测卫星使人类有了对地球整体进行观察和测绘的工具,好像可以把地球摆在实验室进行观察研究一样方便。由空间技术和其他相关技术,如由计算机、信息、通信等技术发展起来的3S技术(即全球定位系统(GPS))、遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS))在测绘学中的出现和应用,使测绘学从理论到手段都发生了根本性变化。

GPS卫星定位的出现革新了传统的地面定位方式,大大提高了大地测量定位的效率和精度,并已应用到工程测量和航空摄影测量;卫星激光测距(SLR)技术和甚长基线干涉(VLBI)技术已成为监测地球自转运动变化和地壳运动的理想工具;各类卫星重力探测技术的迅速发展填补了全球海洋重力测量的空白,首次为人类提供了高分辨、高精度的地球重力场模型,给出了更精密的地球形状参数。大地测量学已迎来了空间大地测量时代,并发展到包括时间在内的四维大地测量。

传统的摄影测量数据主要来自卫星遥感或数字摄影获得的影像数据,测绘人员在室内借助高速、高容量计算机和专用配套设备对遥感或摄影影像的记录数据进行地表(甚至地壳浅层)几何或物理信息的提取和变换,得出数字化地理信息产品,由此制作各类可供社会使用的专用地图等测绘产品。地图制图学也由传统的纸质人工地图编制、生产和更新发展到计算机扫描数字化和自动或半自动成图,形成各类地图数据库,中国960万平方公里国土的国家基本地图的成图或更新周期可望从十几年、几十年缩短到几年或更短。

今天,光缆通信、卫星通信、数字化多媒体网络技术可使测绘产品从单一纸质信息转变为磁盘和光盘等电子信息,产品分发可从单一邮路转到电路(数字通信和计算机网络传真),测绘产品的形式和服务社会的方式正在向信息化的方向发展。

中国的测绘学科和测绘事业在新技术的支持和推动下,近30年来有了很大的进步。20世纪80年代初建立了卫星多普勒定位网,20世纪90年代又建立了国家GPSA级和B级定位网,形成了新一代中国定位坐标框架;以监测地壳运动为主要目的的全国高密度点位的GPS监测网络也已初步建成;GPS、遥感技术、地理信息系统以及数字化测图、制图系统等新技术已开始普及并得到广泛应用。

测深学GPS技术

又称“全球导航定位系统”,“导航星全球定位系统”。利用人造地球卫星进行全球定位和导航的技术系统。由24颗人造卫星和分布在地球上的主控站、监控站以及用户接收设备组成。特点是定位精度高、速度快、用户数量不受限制、不受气候影响,可为飞机、船舶、车辆和人员进行三维定位。该系统由美国国防部最早开始设计、试验,1993年底建成实用的全球定位系统网,并开始投入商业运营。提供的服务内容有:按码分多址发射L1和L2两个频率上的测距码和加密电文的信号,称P码(或Y码),提供精密定位服务(PPS),只准军用;其L1频率上的测距码和未加密电文信号称CA码,提供标准定位服务(SPS),准许民用,并宣布从1993年起10年内不向用户收费。试用中证明能够达到厘米甚至毫米精度的静态定位和米级甚至亚米级精度的动态定位,展现了极其广泛的应用前景。中国20世纪90年代已开始在海船导航上广泛应用。1991海湾战争以后,美、英、法、德、日等国纷纷投入GPS汽车定位导航技术研究,将GPS和惯导方式组合使用,克服了GPS卫星发射的电波受到地形、地物遮挡时不能测位的缺点,提高了测位精度。GPS车载导航系统还将地理信息(GIS)与其结合,使车辆行驶方向及车辆所在位置在电子地图上一目了然,并能帮助驾驶员选择行驶路线。中国自2003年将第三颗“北斗卫星一号”导航定位卫星送入太空以后,也自主建立了完善的卫星导航系统,可在任何时间、任何地点为用户确定其所在地理经纬度和海拔高度。

测深学遥感技术

不与特定对象(目标)直接接触而收集关于该对象的某种或某些特定的信息,从而了解(识别、判断和掌握)其特性的综合探测技术。

测深学

遥感技术可按不同的原则和标准分类。按遥感应用领域分为气象遥感、海洋遥感、水文遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感以及军事侦察遥感等;按平台类型分为航天遥感、航空遥感、地面遥感及水下遥感等;按工作波段分为声振(水声、地声和音响等)遥感、微波遥感、红外遥感及可见光遥感等;按传感器的工作方式又可分为有源(主动)遥感和无源(被动)遥感。此外,尚有其他分类方法。遥感技术应用于不同方面时,需综合考虑其承载平台、工作波段和工作方式等因素。

遥感技术主要应用于资源调查、灾害监测、环境评价、气象预报、测绘制图、海洋研究、区域规划和城市管理等方面,并已取得了很好的社会经济效益。遥感技术也广泛用于军事侦察。从1991年海湾战争这一特定条件下进行的高技术现代化局部战争可以看出,以美国为首的多国部队部署的采用各种先进遥感技术的庞大侦察系统发挥了重要的作用。遥感技术正从单一传感器向多传感器、从定性分析向定量分析、从静态分布研究向动态预报、从局部区域向整体全空域发展。其中,微波遥感技术的应用尤其引人注目。在中国,遥感技术虽发展较晚,但目前已初步进入实用化阶段。其中,航空遥感技术相对成熟,实用化程度高。

一般认为,遥感技术作为一门综合探测技术,是在20世纪60年代出现的。遥感技术,尤其是早期应用,是由军事侦察的需要而发展起来的。最早发展和应用的遥感技术是航空摄影。这可追溯到1915年末开始出现的、用于航空侦察的航空摄影机。美国1960年发射第一颗气象卫星,标志着航天遥感时代的到来。与此同时,红外热成像与微波遥感技术也得到了迅速发展。

空间遥感平台发展十分迅速,气象卫星、陆地卫星、海洋卫星、宇宙飞船和航天飞机的发展极大地推动了航天遥感的发展。高分辨率大视场多谱传感器正在迅速发展。数据处理与图像处理取得重要技术成果,人工智能处理方法与计算机的发展极大地促进了遥感信息处理的发展。地理信息遥感系统已进入突破性发展阶段。遥感技术的应用正向更宽阔的领域和向更深的层次发展。

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