第五节 测绘科学的发展概况

测绘科学在我国有着悠久的历史，远在4000多年前，夏禹治水就利用简单的工具进行了测量。春秋战国时期发明的指南针，至今仍在广泛地使用。东汉张衡创造了世界上第一架地震仪——候风地动仪，他所创造的天球仪正确地表示了天象，在天文测量史上留下了光辉的一页。唐代南官说于724年在现今河南省丈量了300km的子午线弧长，是世界上第一次子午线弧长测量。宋代沈括使用水平尺、罗盘进行了地形测量。元代郭守敬拟定了全国纬度测量计划并测定了27点的纬度。清代康熙年间进行了全国测绘工作。总之，几千年来我国劳动人民对世界科学文化的发展做出过卓越的贡献。

在世界上，17世纪初望远镜的发明和应用，对测量技术的发展起了很大的促进作用。1683年法国进行了弧度测量，证明地球是两级略扁的椭球体。1794年德国高斯提出最小二乘法理论，以后又提出横圆柱投影学说，对测量理论作出了宝贵贡献。1903年飞机的发明，促进了航空摄影测量技术的发展，大大减轻了野外测图的劳动强度。

1949年中华人民共和国成立后，我国的测绘科学进入了一个蓬勃发展的新阶段，60多年来取得了不少成就。在全国范围内测定了统一的大地控制网，完成了大量不同比例尺的地形图，进行了大量的工程建设测量工作，并研制了各种测绘仪器，满足生产需要。

新的科学技术的发展，大大推动了测绘科学的发展。20世纪60年代，随着光电技术和微型电子计算机的兴起，对测绘仪器和测量方法的变革起了很大推动作用，如利用光电转换原理及微处理器制成电子经纬仪，可迅速地测定水平角和竖直角，应用电磁波在大气中的传播原理制成各种光电测距仪，可迅速精确地测定两点之间地距离。将电子经纬仪与电磁波测距融为一体的全站仪，可迅速测定和自动计算测点的三维坐标，自动保存观测数据，并将观测数据传输到计算机自动绘制地形图，实现数字化测图。随着人造地球卫星的发射和遥感技术的发展，利用航天遥感像片及扫描信息测绘地形图，随时监视自然界的变化，进行自然环境、自然资源的调查，不仅覆盖面积大，而且不受地理和气候条件的限制，极大地提高了功效。迅速发展的全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS），人们只需在测点上安置GNSS接收机，通过接收卫星信号，利用专门的数据处理软件，即可迅速获得测点的三维坐标，它已广泛用于军事和国民经济的许多领域。总之，目前的测量技术正向着多领域、多品种、高精度、自动化、数字化、资料储存微型化等方面发展。下面对相关技术进行简要介绍。

1.测量机器人

测量机器人，又称自动全站仪、智能型全站仪，是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录和自动数据处理于一体的测量平台。目前市场上常见的测量机器人有徕卡公司生产的TS系列、TM系列，天宝公司生产的S8、S9等，图1-10为徕卡TS60测量机器人，图1-11为天宝S9测量机器人。

测量机器人除了具有传统全站仪的功能外，还具有照准部的马达驱动和望远镜的马达驱动，以及自动识别和捕获目标的功能。由于具有马达驱动和目标识别功能，使得全站仪的功能得到了很大的扩展。有些自动全站仪还为用户提供了二次开发的平台，用户可以根据自己的需要开发专用的软件，以满足特殊的需要。

测量机器人不仅在常规测量中可以大大降低劳动强度，而且还广泛应用于很多专业领域，如大坝监测、滑坡监测、地铁监测和桥梁监测中，并且可以通过远程控制测量机器人完成测量工作。

2.三维激光扫描仪

三维激光扫描仪是通过高速激光发射器，对观测目标发射激光并接收反射信号，通过快速获取水平角、竖直角以及激光测距来获取观测目标表面点的三维坐标。指定扫描区域后，三维激光扫描仪将快速获取该区域的一定间隔的点的三维坐标，由于间隔很小，最后获取的是大量点的三维坐标，形成了“点云”。图1-12为徕卡Scan Station P30三维激光扫描仪，图1-13是天宝TX8 三维激光扫描仪。

由于三维激光扫描仪技术不同于传统的高精度测绘技术，扫描速度很快（每秒可达百万个点），可以大大减少野外数据采集的工作量，其他工作可以在室内完成，大大降低了劳动强度。通过三维激光扫描仪获得百万级以上的三维坐标，形成“点云”，可以进行高精度的三维建模及几何尺寸量测。三维激光扫描仪及后处理软件被广泛应用于测绘工程、文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市建设和城乡规划等众多领域中。

3.小型航摄无人机

小型航摄无人机利用小型无人机作为航空遥感与摄影测量的作业平台，搭载GNSS接收机、陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、超声波传感器等专业设备，实施对地遥感和摄影测量作业，采集高分辨率影像，经过内业处理获取测量区域的正射影像、地形图和相关部门需要的专用测绘成果。无人机遥感技术作为航空摄影方法，可以进行影像实时传输、高危地区探测，具有机动灵活、使用方便、成本低等优点，是有人机航空遥感和卫星遥感的有效补充。广泛应用于国家生态环境保护、土地利用调查、水资源开发、森林病虫害监测、公共安全等领域。

图1-14是徕卡Aibot X6新一代电动六旋翼无人机，系统主要由飞行平台、传感器稳定云台与导航控制系统3大部分构成。系统具有前瞻性设计和多重安全措施。系统主要特点如下：

（1）全自动起飞降落：起飞和降落只需要一个按钮进行控制。

（2）飞行参数可配置化程度高：按照用户的需求进行自定义配置，控制飞行表现。

（3）训练模式/虚拟空间：虚拟安全区域，最小飞行高度进行训练，飞机不能离开该区域，从而避免对人或者环境造成损害，最大程度确保安全。

（4）动态POI（Point Of Interest）：在飞行时设置兴趣点，Aibot X6将自动调节飞行姿态，始终保持对准POI。

（5）配套AiProFlight软件可进行飞机参数配置与固件管理，飞行计划制作与传输，飞行位置姿态参数的导出，整体解决方案。