地图和地形图知识简介

长度单位“米制”是如何建立的

     在现代社会生活中，几乎很少有人不知道长度单位“米”。但“米制”单位源于何处，它与测绘有何关系？却鲜为人知。
     原来早在1792年，法国国民议会决定建立新的长度单位要与地球椭球子午线弧长发生联系。为此，从1792～1797年进行了弧度测量，计算了1800年德兰勃尔椭球，取其子午圈长度的四千分之一作为长度单位，称为1米。1872年在巴黎召开的世界长度会议上决定，制造31支“米原型尺”，每支尺都编了号。除了N0.6号为国际原尺外,其它的都以国际原型尺为标准,精密检定,求出长度,分发各国保存,作为长度单位的标准。我国因未加入国际度量衡协会，没有获得米原型尺。这种实物“米”定义为“1米是N0.6‘米原型尺’在冰溶点温度时两刻划线间的距离。”其缺点是：难以复现，容易损坏；随时间有缓慢变化；精度不够高，仅1～2×10-6；少数国家有，满足不了大多数国家长度传递的要求。因此，实物米需用自然米来代替。
    1960年第11届国际计量大会通过了光波米的定义，第二次“米”定义为“氪-86原子的2P10 和5d5 能级之间跃迁辐射在真空中波长的 1650 763．73倍为 1米。” 氪-86谱线轮廓稍微有些不对称，光波米在实验室复现精度为 4 × 10-9　。
     1983年第17届国际计量会议上通过了第三次光速米的定义，“1米是光在真空中 299 792 458分之一秒时间内所传播的距离。”
     用子午圈弧长来制定长度单位，在中国早已采用。清康熙四十三年（1702年），规定子午圈? l°弧长为200里，l里分1800尺，即1尺等于0.O1″子午圈弧长。
     1984年我国国务院颁布的《中华人民共和国法定计量单位》规定，从1990年以后，长度单位一律采用国际单位制的单位名称米，取消日常生活中长期沿用的市制计量单位市尺。

什么是“海拔”,它是如何确定的

     顾名思义，所谓海拔就是超出海水面的高度。但海面潮起潮落，大浪小浪不停，可以说没有一刻风平浪静的时候，而且每月每日涨潮与落潮的海面高度也是有明显差别的。因此，人们就想到只能用一个确定的平均海水面来作为海拔的起算面。海拔也就定义为高出平均海水面的高度。这就是通常人们所说的高程或绝对高程。
     如何得出一个确定的平均海水面呢？对此，测绘专家们很早就想到通过在沿海设置验潮站的办法。选择对一个国家或地区来说具有位置适中、外海海面开阔、海底平坦、地质结构稳定、有代表性和规律性的半日潮等特点的港区建立一个长期使用的验潮站，根据长期验潮资料来确定一个平均海水面，把它作为零高程面。然后用精密水准测量联测到陆地上预先设置好的水准原点，测定出这个点的海拔高度作为一个国家或整个地区的起算高程。新中国成立前，我国各部门各自为政，确立海拔高度的验潮站很多，高程系统比较混乱。这曾给我国经济建设和国防建设带来许多问题和麻烦。新中国成立后即着手建立我国统一的高程系统，于1957年确立了青岛验潮站为中国基本验潮站，并以该站1950～1956年的潮汐资料推求的平均海面作为中国高程系统的起算基准面。其它验潮站的验潮结果只能作为参考比较及研究海面地形之用。根据经济和科学技术发展的需要，80年代末，通过复查，并参照更长时间验潮资料，又对原高程系统的起算高程进行了新的确认，新老高程基准相差仅29毫米。

用什么方法测定地面点的高程

     按所使用的仪器和施测方法不同，测定地面点高程的方法可分为水淮测量、三角高程测量和其它物理高程测量（如流体静力水准测量、气压高程测量）。现在用全球卫星定位系统·GPS也能直接测定地面点的大地高，并可化算为地面点高程。但最通常使用的方法为水准测量，也称几何水准测量。
     水准测量法是利用水准仪提供的水平视线，观测竖立在地面两点上的水准标尺，分别读取尺上的读数以推算两点间的高差。这样，由一个已知高程的地面点出发就可以推测地面上任何一点的高程。

什么是地图，什么是国家基本地形图

     传统概念上的地图是按照一定数学法则，用规定的图式符号和颜色，把地球表面的自然和社会现象，有选择地缩绘在平面图纸上的图。如普通地图、专题地图、各种比例尺地形图、影像地图、立体地图等。现代地图已出现有缩微地图、数字地图、电子地图、全息像片等新品种。
     国家基本地形图即国家基本比例尺地形图，简称国家基本图。它是根据国家颁布的统一测量规范、图式和比例尺系列测绘或编绘而成的地形图，是国家经济建设、国防建设和军队作战的基本用图，也是编制其它地图的基础。各国的地形图比例尺系列不尽一致，我国规定1:1万、1：2.5万、1:5万、1:10万、1:20万(现已为1:25万) 、1:50万、1:100万七种比例尺地形图为国家基本比例尺地形图。其测制精度和成图数量质量是衡量一个国家测绘科学技术发展水平的重要标志之一。

地形图及其基本特征

     地形图，是普通地图的一种，是按一定比例尺表示地貌、地物平面位置和高程的一种正射投影图。其基本特征是：
     （1）以大地测量成果作为平面和高程的控制基础，并印有经纬网和直角坐标网，能准确表示地形要素的地理位置，便于目标定位和图上量算；（2）以航空摄影测量为主要手段进行实地测绘或根据实测地图编绘而成，内容详细准确；（3）地貌一般用等高线表示，能反映地面的实际高度、起伏状态，具有一定的立体感，能满足图上分析研究地形的需要；（4）有规定的比例尺系列，如我国规定国家基本比例尺地形图系列为：1:1万、1：2.5万、1:5万、1:10万、1:20万(现已为1:25万) 、1:50万、1:100万，可以基本满足国家经济建设和军队作战指挥的不同需要；（5）有统一的图式符号，便于识别使用。
     此外，为保持地形图的现势性，还规定了定期更新。

地图要素

     构成地图的基本内容，叫做地图要素。它包括数学要素、地理要素和整饰要素（亦称辅助要素），所以又通称地图“三要素”。
     （l）数学要素，指构成地图的数学基础。例如地图投影、比例尺、控制点、坐标网、高程系、地图分幅等。这些内容是决定地图图幅范围、位置，以及控制其它内容的基础。它保证地图的精确性，作为在图上量取点位、高程、长度、面积的可靠依据，在大范围内保证多幅图的拼接使用。数学要素，对军事和经济建设都是不可缺少的内容。
     （2）地理要素，是指地图上表示的具有地理位置、分布特点的自然现象和社会现象。因此，又可分为自然要素（如水文、地貌、土质、植被）和社会经济要素（如居民地、交通线、行政境界等）。

     （3）整饰要素，主要指便于读图和用图的某些内容。例如：图名、图号、图例和地图资料说明，以及图内各种文字、数字注记等。

地图比例尺

     地球表面的面积很大，要把它绘在平面图纸上，就必须予以缩小。缩小时，又必须使地图上的长度与相应实地的距离保持一定的比例关系，并以这种比例关系作为两者之间的量算尺度，这个尺度就叫地图比例尺。按照这一道理，就可以给地图比例尺下个定义：图上某线段的长度与相应实地水平距离之比，即地图比例尺。若列成公式表示，则为：地图比例尺=图上长度/相应实地水平距离。

地形图是怎样测绘出来的

     人们看到一张张反映地球表面形态和面貌的地形图是相当复杂的。不论是地形起伏变化的山区，还是河流湖塘水网密集的水乡平原，图上各种各样的地貌和地物符号都准确地反映了地面的实际情况。它们是怎样测绘出来的呢？
     这首先要明确确定地形图上的每个点位需要的三个基本要素：方位、距离和高程。同时这三个基本要素还必须有起始方向、坐标原点和高程零点作依据。
     用一张固定在图板上的白纸测绘地形图时，一开始先要对图板定向，这可根据事先测量的大地控制点作为起始方向来定向；在简易测图中，也可用指北针来定向。图板定向后，就要确定测图点在图纸上的位置，对于纳入国家统一的基本地形图的测绘，是有统一规范的坐标展点要求的；但对于小面积局部地区测绘，可假设独立的平面直角坐标系原点，即可着手按测方位和距离两要素的方式，测定地面上其它任何点的平面坐标位置。至于点的高程，由于国家高程系统已在全国各地布设了很多统一高程基准的水准点可供利用，一般均可用水准测量方法连测到测图区，因此在测图时采用视距三角高程测量的方法就可同时测定出任何一点的点位和高程。
     我们知道，地面上任何地貌和地物的描绘都可用其变换点所组成的线条反映出来。地貌可用等高线反映出其高低和形态变化；地物如房屋、道路、河流等均可用其变换特征点所构成的线条表示出来；有不少特殊的地貌和地物还有专门的图例符号来表示。因此，测绘地形图的工作实际上就是测定并表示地面上所有地貌和地物的特征点。当然，不同比例尺的地形图，也还有个对特征点的取舍和繁简综合问题。
     随着测绘科学技术的发展和进步，现代地形图的大量艰巨的测绘工作也已由传统的野外白纸测图转向室内的航空摄影测绘和航天遥感测绘，并已逐渐迈向全数字化、自动化测图。

方位角

     从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角，叫方位角。
     由于每点都有真北、磁北和坐标纵线北三种不同的指北方向线，因此，从某点到某一目标，就有三种不同方位角。
     （1）真方位角。某点指向北极的方向线叫真北方向线，而经线，也叫真子午线。从某点的真北方向钱起，依顺时针方向到目标方向钱间的水手夹角，叫该点的真方位角。通常在精密测量中使用。
     （2）地球是一个大磁体，地球的磁极位置是不断变化的，某点指向磁北极的方向线叫磁北方向线，也叫磁子午线。在地形图南、北图廓上的磁南、磁北两点间的直线，为该图的磁子午线。从某点的磁北方向线起，依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角，叫该点的磁方位角。
     （3）坐标方位角。从某点的坐标纵线北起，依顺时针方向到目标方向钱间的水平夹角，叫该点的坐标方位角。
     方位角在测绘、地质与地球物理勘探、航空、航海、炮兵射击及部队行进时等，都广泛使用。不同的方位角可以相互换算。

在地图上认识国界

     国家的边界，也叫国界。是一国领土与邻国的地理分界线。边界线以内就是一个国家神圣不可侵犯的领土。在地图上，边界线确实是一条弯弯曲曲的线条，但是在实地并不是这样。一个国家的领土是主权国管辖的全部疆域，包括陆地、水域及其底土和上空。所以说，国家的边界其实是由地表边界线为基准向上向下作垂直面而构成的，好比一座看不见的高墙。因此，边界是一个垂直干地表的封闭面，而不是一条线，这个面向上到很高很高的天空，向下到很深很深的地壳。
     边界的形成也是一个漫长的历史过程。古代社会，由于科学技术水平的限制，国家间在领土的争夺上主要是地表，而对于空中和底土尚未认识，当时的边界也就只是一条线。随着航空工业的发展，领空主权问题随之而来。随着工业的快速发展、工业生产所需资源日益为各国所重视，而工业所需资源大部分蕴藏于底土，有的还在海底，在开发底土的过程中，就又出现了底土主权的问题。因此，在领空和底土问题出现后，国际上也相应提出了一些保护措施，并以国际法的形式确定下来。比如飞机和轮船，特别是军用飞机和军舰不能随便进入别国领空和领海，潜艇在水下也不能进入别国领海，当然也不能在别国领海内的海底开发石油和开采矿藏等。这样，边界自然就成为一个向上向下延伸的垂直面了。

沙盘的特点和用途

     在军事题材的电影、电视作品中，我们常常看到指挥员们站在一个地形模型前研究作战方案。这种根据地形图、航空像片或实地地形，按一定的比例关系，用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模型就是沙盘。沙盘分为简易沙盘和永久性沙盘。简易沙盘是用泥沙和兵棋在场地上临时堆制的；永久性沙盘是用泡沫塑料板（或三合板）、石膏粉、纸浆等材料制作的，能长期保存。沙盘具有立体感强、形象直观、制作简便、经济实用等特点。
     沙盘的用途广泛，能形象地显示作战地区的地形，表示敌我阵地组成、兵力部署和兵器配置等情况。军事指挥员常用以研究地形、敌情、作战方案，组织协同动作，实施战术演练，研究战例和总结作战经验等。沙盘还常用来制作经济发展规划和大型工程建设的模型，其形象直观，颇受计划决策者和工程技术人员的青睐。

山会长高，陆地会下沉

     地壳在地球内部构造应力的作用下，引起地壳的一些构成要素相对运动称为地壳运动，它可以是水平运动、垂直运动或地倾斜运动。因此，山会长高，陆地也会下沉。例如：喜马拉雅山受到印澳板块向欧亚板块俯冲的影响，每年上升的速率达1厘米。沿海城市由于抽地下水的原因，就可能下沉。
     地壳形变的速度是缓慢的，测定形变的办法是用大地测量方法建立各类监测网。监测网有水平监测网、高程监测网和重力监测网等。长期监测可发现地壳形变大小及方向。如在地壳稳定区和地壳形变区布设高程监测网，当发现稳定区和形变区间的高差不断在增大，就说明形变区在不断下沉。

整体上看地球是固体，固体也有潮汐

     地球上的海洋有潮涨潮落的潮汐，这是人们都知道的常识。那么，作为固体地球的固体部分，在其它天体的引力作用下，是不是也会产生潮汐呢？
     原来地球的固体部分并不是完全的刚体，地壳上层具有一定的刚性，地慢物质具有某种塑性，地核外层为液态，因此，固体地球是个滞弹性体。在其它天体的作用下，主要是日月引力的影响下，像海潮和大气潮一样，固体地球也会产生周期性形变现象，称为固体潮。固体潮使地球的形状发生周期性变化，使地面重力值和地球内部密度分布也发生变化。目前已经能够以相当高的精度估算出地面点受固体潮影响的形变量，为大地测量工作提供地面变形的改正数据。

地球自转周期的变化

     地球不停地绕着自转轴由西向东旋转，平均角速度为每秒7.292II5×10-5弧度，在地球赤道上的线速度为465米每秒。
     天体东升西落的现象就是地球自转的反映。地球自转一周，相当于太阳从东升起、落下，再升起的一周，也是我们日常的一天。20世纪后，人们发现地球自转是不均匀的，每天的长短有微小的不同。地球自转周期主要有三种变化：长期变慢、不规则变化和周期变化。
     地球自转周期的长期变慢，使日长在一个世纪内约增长0.0016秒，地球自转的长期减慢，可以通过对月球、太阳和行星的观测资料以及古代日食、月食资料的分析加以确认。引起地球自转长期变慢的主要原因是海水潮汐的摩擦阻力。另外，地球半径的胀缩，地核增生，地核与地慢之间的耦合也会引起地球自转的长期变化。
     地球自转速度不规则变化的原因是地球内部物质的移动，地慢与地核之间的角动量变换或海平面的变化等因素。一年内最长一天与最短一天相差可达到1．5秒。
     周期性变化又称为季节性变化。原因是地球大气中的气团随着季节而移动，使地球自转速度产生周期性变化。这种变化包含有一年、半年、一月、半月等周期。年周期中，春天变慢，秋天变快。

精密度与准确度

     任何测量都要求精确。精确性是评价观测成果优劣的准确度与精密度的总称。准确度是指在对某一个量的多次观测中，观测值对该量真值的偏离程度，观测值偏离真值愈小，则准确度愈高。精密度简称精度，指在某一个量的多次观测中，各观测值之间的离散程度，若观测值非常集中则精度高；反之则低。一个观测列可能精度高而准确度低，也可能精度低而准确度高。例如打靶，如果弹着点分布很松散，射击精密度就低，如弹着点密集在一起，则射击精度高。在射击精密度高的情况下，若弹着点密集于靶子中心部分，则准确度也高。射击的优劣视其射击精确性如何。测量结果也要求精确性好。

模拟法测图

     利用航空像片测制地形图，传统的方法是模拟法。模拟法是模拟摄影时的几何关系而进行的测图，它分为两种：综合法和立体测图法。
     综合法是航空摄影测量和平板仪测量相结合的方法。平面位置通常采用纠正像片制作平面图得到，地面高程和等高线在野外用平板仪测得。此法适于起伏不大的平坦地区。
     立体测图法是以把摄影过程作几何反转所构成的立体观察为理论基础的，它又分为两种：全能法和微分法。全能法是利用精密立体测图仪和多倍投影测图仪等立体仪器，测绘地物和地貌以编制地形原图的，成图全过程能在一台仪器上完成，适于丘陵和高山地区测图。微分法（或分工法）则把成图过程分为先后相继的几个工序，如利用立体坐标量测仪加密控制点，利用立体测量仪描绘地貌，利用纠正仪或单投影器转绘他物等。微分法适于丘陵地区。

宇航员在太空用肉眼看不到万里长城

     万里长城是世界最伟大的人造工程之一。从本世纪初就有“万里长城是从月球上唯一可见的地球上的人造工程”的传说。80年代初就有人在中央电视台的除夕晚会上宣称：宇航员从月球上能够看到地球上的唯一人造工程就是万里长城。1987年圣诞节前后，世界著名的BBC电视节目给小观众出了一则谜语：“有人说她是从太空中能看到的唯一人造工程。”其谜底就是万里长城。万里长城真的是从太空中能够看到的唯一人造工程吗？先看看从月球上能否看到万里长城。当年乘“阿波罗”登月的宇航员没有一个承认从月球上可以看到长城。因为看地球表面的大陆都很困难。蓝色的大海和闪亮的白云包围着地球，连陆地都难以识别，更不用说像长城这样的人造工程了。
     从月球上看不清地球表面的原因在于人眼的分辨力所限。分辨力是人眼或仪器对两个非常靠近的物点或量值刚能加以认别的能力。分辨力的量度通常有不同的方法：对光学仪器，以它所能分辨的物体上细小点间的距离来衡量，但在肉眼和望远系统中，则以两物点的视角来衡量，望远系统的理论分辨能力可达0.03秒，人眼约为1分；对光谱类遥感仪器,以刚能分辨的光谱线的波长平均值与它们波长差的比值来衡量；对成像类遥感仪器，以某一规定长度内能分辨的直线条数或对数来表示,线数越多,分辨能力越大,图像越清晰。此外，人眼识别线性目标的能力优于点性目标，但最大也不超过 1分（弧度）。已知月球到地球的距离是384 392公里，长城的宽度是8～10米，那么从月球上看长城，长城的宽度是一个只有0.004秒的目标，显然大大超出了人眼的识别能力。在太空能否看到长城吗？从理论上讲，在最好的光线条件下，从250公里的高度人眼能够识别宽 50米的目标，这一数字是长城最大宽度的5倍，低于当今地球资源遥感卫星的分辨率。美国“陆地卫星”图像的分辨率是30米，法国“斯波特卫星”的像片分辨率是10米。虽然从“斯波特”像片上可以慢慢判读出长城，但在轨道上飞掠的宇航员要识别出长城决非易事。所以直到90年代初还没有一位宇航员宣称从太空看到过长城。再说，宇航员易于识别与背景反差大的目标，如大桥、飞机场。如果说在特殊条件下，宇航员看到了长城，那么类似的人造工程（如飞机场）也应能够看到。一句话，从月球上用肉眼看不到长城，从地球人造卫星轨道如果能看到的话，长城也不是唯一的目标。

电子地图

     电子地图是以地图数据库为基础，在适当尺寸的屏幕上显示的地图。它可实时地显示各种信息，具有漫游、动画、开窗、缩放、增删、修改、编辑等功能，并可进行各种量算、数据及图形输出打印，便于人们使用。随着多媒体技术的发展，电子地图将与音像等内容结合起来，极大地丰富地图的表示内容，全方位、多角度地介绍与地理环境相关的各种信息，使地图更富有表现力。

电子地图的特点

     电子地图与纸质地图相比较有以下特点：（1）电子地图以计算机屏幕和投影大屏幕为媒介，而传统地图一般以纸张作为信息的载体。（2）电子地图的制作、管理、阅读和使用能实现一体化，对不满意的地方能够方便实时地进行修改。而传统纸质地图的生产、管理和使用都是分开的。（3）电子地图显示地图内容的详略程度是可以随时调控的，而传统纸质地图的内容是固定的、不变的。（4）电子地图能把图形、图像、声音和文字合成在一起，而纸质地图则做不到。（5）电子地图的使用要依赖专门的设备，而纸质地图的使用则不需要。（6）电子地图由于受计算机屏幕尺寸和屏幕分辨率的限制，整幅地图显示的效果受影响，以分块分层显示为主。而传统纸质地图以图幅为单位整页出版印刷，幅面大，读图的整体印象深刻，地理要素相互之间的关系明白清楚。

像片快速定位车

     像片快速定位车是一种自动化程度较高的车载解析摄影测量定位系统．它可以利用像片精确而快速地确定目标在空间的三维坐标（平面坐标和高程）。全部定位设备安装在经改装后的国产越野汽车上。
     车内安装的定位设备主要有：立体坐标量测仪、便携式微机和软件、专用接口、绘图仪以及判读仪等。像片快速定位车载系统的基本原理是：利用航空像片或侦察像片，经过判读，标出待定点在像片上的位置，用立体坐标量测仪进行立体量测，量测值经过模／数转化装置传递给计算机，计算机借助地面数据库及量测值，根据解析摄影测量原理，计算出待定点的大地坐标及其它成果，最后用绘图仪将大地坐标及其它成果描绘出来。
     像片快速定位车的研制和使用，提高了我军在现代条件下作战的快速反应能力，使炮兵测地保障具有多种定位手段。