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出版者:Indiana Univ Pr

作者:Ward, Michael

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2004-4

价格:$ 33.84

装帧:Pap

isbn号码:9780253216748

丛书系列:

图书标签:

• 量化分析
• 数据科学
• 统计学
• 数学建模
• 科学计算
• 计量经济学
• 金融工程
• 机器学习
• 数据可视化
• Python

测绘的艺术与科学：理解我们的世界 本书深入探讨了现代测绘学从古代起源到当代高科技应用的演变历程。我们不再仅仅是绘制地图的匠人，而是用精确的数据构建数字孪生的世界。本书不仅是一部技术手册，更是一段探索人类如何量化地球、理解时空关系的智力旅程。 第一部分：基石——测量的历史与理论基础 测绘学，作为一门古老的学科，其核心在于“量化”——将三维的自然世界转化为二维的、可操作的平面表示。本部分追溯了这一努力的起源。 第一章：从天空到地面——早期丈量与天文学的交汇 人类对准确测量的需求源于土地分配、工程建设和星辰导航的迫切需要。在古代文明中（如古埃及和巴比伦），几何学与天文观测紧密结合。本章细致考察了古希腊数学家如何利用简单的几何原理计算地球的周长，以及他们对大地水准面（Geoid）概念的早期萌芽。我们将分析埃及人如何利用绳索丈量尼罗河泛滥后的土地，以及这些早期技术如何奠定了后世三角测量法的雏形。重点讨论了皮亚诺（Ptolemy）的制图法，尽管存在局限性，但它在随后的千年间对西方和中东的地图制作产生了深远影响。 第二章：地球的形状：参考椭球体的建立 理解地球的真实形状是精确测绘的前提。本书阐述了从一个完美的球体到更精确的扁球体（Spheroid）模型的演变过程。详细介绍了牛顿关于地球在赤道略鼓、两极略扁的理论，以及后来的拉格朗日（Lacroix）和勒让德（Legendre）等人通过大地水准面测量实验如何精确确定了大地测量的参考椭球体（如格林威治1830年椭球体、国际参考椭球体GRS82等）的关键参数——长半轴和扁率。本章将深入探讨如何通过大地水准面技术来定义“海拔”，揭示海洋平均海平面与重力场之间的微妙关系。 第三章：坐标系的魔术——大地测量基准与投影 构建一个全球统一的测量系统是实现全球通信和导航的基础。本章聚焦于大地坐标系统（Geodetic Datum）的建立，解释了为什么不同的国家和地区在历史上采用不同的基准点，以及这给跨区域项目带来的挑战。随后，我们将剖析地图投影的数学原理。从最基本的圆柱投影、圆锥投影到更复杂的方位角投影，我们探讨了每种投影在保持角形、面积、距离或形状方面所做的权衡（Trade-offs）。通过大量的实例分析，读者将理解为什么没有“完美”的地图，只有适用于特定目的的“最佳”投影选择。 第二部分：技术的飞跃——从经纬仪到卫星 测绘工具的进步是学科发展的核心驱动力。本部分记录了测量仪器如何从精密的手工工具演变为自动化、数字化的传感器。 第四章：经典测量学的巅峰：三角测量与精确基线 三角测量（Triangulation）是构建国家大地网的传统支柱。本章详细描述了十九世纪以来，各国如何利用高精度经纬仪（Theodolite）进行远距离的角度测量，并结合精确的基线测量技术，一步步将整个国家或大洲纳入一个统一的数学框架。我们还将探讨水准仪（Leveling）在确定高程点上的作用，以及这些野外测量数据如何通过复杂的最小二乘平差法（Least Squares Adjustment）进行优化和误差控制。本章强调了对系统误差和随机误差的识别与消除在保障测量精度中的关键作用。 第五章：电磁波的革命：距离测量的数字化 二十世纪中期，光波和电磁波的应用彻底改变了距离测量。本章详细介绍了光电测距仪（EDM）的工作原理，包括相位测量和脉冲时间测定法。随后，我们将目光投向了更先进的无线电波技术，特别是早期导航系统（如Loran）如何利用电磁波的时间差来确定位置。本部分也将讨论如何将这些电子数据流无缝集成到计算机化的数据处理流程中，标志着从模拟记录向数字存储的转型。 第六章：全球导航的时代：GNSS的原理与应用 全球导航卫星系统（GNSS，包括GPS、GLONASS、Galileo和北斗）是现代测绘的心脏。本章从轨道力学的基础出发，解释了卫星如何通过精密原子钟和精确的星历数据向地面用户发送信号。深入解析了伪距（Pseudorange）和载波相位（Carrier Phase）测量的原理，并区分了绝对定位和相对定位（如差分GPS，DGPS）的应用场景。特别关注了RTK（实时动态定位）技术如何实现厘米级甚至毫米级的实时定位精度，这对现代工程和形变监测至关重要。 第三部分：数据融合与世界模型构建 现代测绘不再是孤立的数据采集，而是多源数据的集成、处理和可视化。本部分关注如何将采集到的点云和影像转化为可用的地理信息。 第七章：从空中视角看大地：摄影测量学 摄影测量学利用照片中的几何关系重建三维空间信息。本章探讨了从传统的对空中三角测量到现代数字摄影测量的演进。详细介绍了同片重叠、基线长度、地面分辨率等关键参数对模型精度和细节捕捉的影响。我们将分析解析空中三角测量（Analytical Aerial Triangulation）的数学模型，以及如何通过这些模型生成高精度的数字高程模型（DEM）和正射影像图（Orthophoto）。本章还将简要介绍无人机（UAV）摄影测量在小尺度高精度测绘中的新兴角色。 第八章：激光雷达与点云的威力 激光雷达（LiDAR）技术的成熟，使得大规模、高密度的三维数据采集成为现实。本章阐述了机载、地面和水下LiDAR的工作机制，重点在于脉冲返回信号的时间和强度如何转化为空间坐标。深入探讨了点云数据的预处理，包括噪声去除、地面点分类和数据配准（Registration）。我们将展示点云如何用于创建精细的城市模型（CityGML）、基础设施的现状建模（As-Built Documentation）以及植被生物量的估算。 第九章：地理信息系统的集成与智能分析 测绘学的最终价值体现在地理信息系统（GIS）中。本章探讨了如何将来自GNSS、LiDAR和摄影测量的数据转化为结构化的地理数据库。我们讨论了空间数据模型（矢量与栅格）的优缺点，以及拓扑关系的构建在确保数据一致性中的重要性。本部分最后分析了如何利用GIS进行高级空间分析，例如坡度分析、缓冲区生成、视域分析等，揭示地理数据如何驱动城市规划、环境管理和灾害响应决策。 结语：测绘学的未来展望 测绘学正处于一个前所未有的技术交叉点。本书最后展望了未来的发展方向，包括实时动态大地测量、基于人工智能的点云分类、以及地球观测卫星星座的持续升级。我们的世界正在被持续、实时地数字化，测绘学家的角色将从“地图绘制者”转变为“数字世界架构师”。

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