第一章緒論§1大地測(cè)量學(xué)的定義和作用1.1大地測(cè)量學(xué)的定義

大地測(cè)量學(xué)是指在一定的時(shí)間與空間參考系中，測(cè)量和描繪地球形狀及其重力場(chǎng)并監(jiān)測(cè)其變化，為人類(lèi)活動(dòng)提供關(guān)于地球的空間信息的一門(mén)學(xué)科。經(jīng)典大地測(cè)量：地球剛體不變、均勻旋轉(zhuǎn)的球體或橢球體；范圍小?，F(xiàn)代大地測(cè)量：空間測(cè)繪技術(shù)(人造地球衛(wèi)星、空間探測(cè)器)，空間大地測(cè)量為特征，范圍大。

11.2大地測(cè)量學(xué)的作用建立地面控制網(wǎng)，精確測(cè)定大地控制點(diǎn)的空間三維位置及其重力場(chǎng)參數(shù)，具有重要的作用，表現(xiàn)如下：大地測(cè)量學(xué)是一切測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著決定性的基礎(chǔ)保證作用。如交通運(yùn)輸、工程建設(shè)、土地管理、城市建設(shè)等

大地測(cè)量學(xué)在防災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測(cè)與救援。大地測(cè)量是發(fā)展空間技術(shù)和國(guó)防建設(shè)的重要保障。如:

衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、宇宙探測(cè)器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作都需要大地測(cè)量作保證。2§2大地測(cè)量學(xué)基本體系和內(nèi)容2.1大地測(cè)量學(xué)的基本體系

應(yīng)用大地測(cè)量、橢球大地測(cè)量、天文大地測(cè)量、大地重力測(cè)量、測(cè)量平差等；新分支：海樣大地測(cè)量、行星大地測(cè)量、衛(wèi)星大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、慣性大地測(cè)量。幾何大地測(cè)量學(xué)（即天文大地測(cè)量學(xué)）

基本任務(wù)：是確定地球的形狀和大小及確定地面點(diǎn)的幾何位置。

主要內(nèi)容：國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立的基本原理和方法，精密角度測(cè)量，距離測(cè)量，水準(zhǔn)測(cè)量；地球橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測(cè)量計(jì)算，橢球數(shù)學(xué)投影變換以及地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學(xué)模型等。3物理大地測(cè)量學(xué)：即理論大地測(cè)量學(xué)

基本任務(wù)：是用物理方法(重力測(cè)量)確定地球形狀及其外部重力場(chǎng)。

主要內(nèi)容：包括位理論，地球重力場(chǎng)，重力測(cè)量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場(chǎng)的理論與方法。空間大地測(cè)量學(xué)：主要研究以人造地球衛(wèi)星及其他空間探測(cè)器為代表的空間大地測(cè)量的理論、技術(shù)與方法。42.2大地測(cè)量學(xué)的基本內(nèi)容

確定地球形狀及外部重力場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化，建立統(tǒng)一的大地測(cè)量坐標(biāo)系，研究地殼形變(包括垂直升降及水平位移)，測(cè)定極移以及海洋水面地形及其變化等。研究月球及太陽(yáng)系行星的形狀及重力場(chǎng)。建立和維持國(guó)家和全球的天文大地水平控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的需要。研究為獲得高精度測(cè)量成果的儀器和方法等。研究地球表面向橢球面或平面的投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)大地測(cè)量計(jì)算。5研究大規(guī)模、高精度和多類(lèi)別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理論和方法，測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)建立及應(yīng)用等。

現(xiàn)代大地測(cè)量的特征：

⑴研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）⑵從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動(dòng)力過(guò)程。

⑶觀測(cè)精度越高，相對(duì)精度達(dá)到10-8~10-9，絕對(duì)精度可到達(dá)毫米。⑷測(cè)量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來(lái)越復(fù)雜。6§3大地測(cè)量學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史及展望

3.1大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

第一階段：地球圓球階段

從遠(yuǎn)古至17世紀(jì)，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點(diǎn)的緯度差，用大地法得到對(duì)應(yīng)的子午圈弧長(zhǎng)，從而推得地球半徑（弧度測(cè)量）第二階段：地球橢球階段

從17世紀(jì)至19世紀(jì)下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到向兩極略扁的橢球。7大地測(cè)量?jī)x器：望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測(cè)微器；大地測(cè)量方法：1615年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創(chuàng)三角測(cè)量法;行星運(yùn)動(dòng)定律：1619年德國(guó)的開(kāi)普勒(J.Kepler)發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)三大定律；重力測(cè)量：1673年荷蘭的惠更斯(C.Huygens)提出用擺進(jìn)行重力測(cè)量的原理；英國(guó)物理學(xué)家牛頓(L.Newton)提出地球特征：1）是兩極扁平的旋轉(zhuǎn)橢球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由赤道向兩極與sin２φ(φ——地理緯度)成比例地增加。8幾何大地測(cè)量標(biāo)志性成果：長(zhǎng)度單位的建立：子午圈弧長(zhǎng)的四千萬(wàn)分之一作為長(zhǎng)度單位，稱(chēng)為1m。最小二乘法的提出：法國(guó)的勒讓德(A.M.Legendre)，德國(guó)的高斯(C.F.Gauss)。橢球大地測(cè)量學(xué)的形成：解決了橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)與測(cè)量計(jì)算，正形投影方法。在這個(gè)領(lǐng)域，高斯、勒讓德及貝塞爾（Bessel)作出了巨大貢獻(xiàn)?；《葴y(cè)量大規(guī)模展開(kāi)。在這期間主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測(cè)量，以及德國(guó)、俄國(guó)、美國(guó)等為代表的三角測(cè)量。推算了不同的地球橢球參數(shù)。如貝賽爾、克拉克橢球參數(shù)。

9物理大地測(cè)量標(biāo)志性成就：克萊羅定理的提出：法國(guó)學(xué)者克萊羅(A.C.Clairaut)假設(shè)地球是由許多密度不同的均勻物質(zhì)層圈組成的橢球體，這些橢球面都是重力等位面(即水準(zhǔn)面)。該橢球面上緯度φ的一點(diǎn)的重力加速度按下式計(jì)算：10重力位函函數(shù)的提提出：為為了確定定重力與與地球形形狀的關(guān)關(guān)系，法法國(guó)的勒勒讓德提提出了位位函數(shù)的的概念。。所謂位位函數(shù)，，即是有有這種性性質(zhì)的函函數(shù)：在在一個(gè)參參考坐標(biāo)標(biāo)系中，，引力位位對(duì)被吸吸引點(diǎn)三三個(gè)坐標(biāo)標(biāo)方向的的一階導(dǎo)導(dǎo)數(shù)等于于引力在在該方向向上的分分力。研研究地球球形狀可可借助于于研究等等位面。。因此，，位函數(shù)數(shù)把地球球形狀和和重力場(chǎng)場(chǎng)緊密地地聯(lián)系在在一起。。地殼均衡衡學(xué)說(shuō)的的提出：：英國(guó)的的普拉特特(J.H.Pratt)和艾黎(G.B.Airy)幾乎同時(shí)時(shí)提出地地殼均衡衡學(xué)說(shuō)，，根據(jù)地地殼均衡衡學(xué)說(shuō)可可導(dǎo)出均均衡重力力異常以以用于重重力歸算算。重力測(cè)量量有了進(jìn)進(jìn)展。設(shè)設(shè)計(jì)和生生產(chǎn)了用用于絕對(duì)對(duì)重力測(cè)測(cè)量以及及用于相相對(duì)重力力測(cè)量的的便攜式式擺儀。。極大地地推動(dòng)了了重力測(cè)測(cè)量的發(fā)展。。11幾何大地地測(cè)量學(xué)學(xué)進(jìn)展：：天文大地地網(wǎng)的布布設(shè)有了了重大發(fā)發(fā)展。全全球三大大天文大大地網(wǎng)的的建立（（1800－1900印度，一一等三角角網(wǎng)2萬(wàn)公里，，平均邊邊長(zhǎng)45公里；1911－1935美國(guó)一等等7萬(wàn)公里；；1924-1950蘇聯(lián)，7萬(wàn)多公里里)因瓦基線線尺出現(xiàn)現(xiàn)，平行行玻璃板板測(cè)微器器的水準(zhǔn)準(zhǔn)儀及因因瓦水準(zhǔn)準(zhǔn)尺使用用。第三階段段：大地地水準(zhǔn)面面階段從19世世紀(jì)下半半葉至20世紀(jì)紀(jì)40年年代，人人們將對(duì)對(duì)橢球的的認(rèn)識(shí)發(fā)發(fā)展到是是大地水水準(zhǔn)面包包圍的大大地體。。12物理大地地測(cè)量在在這階段段的進(jìn)展展：1.大地測(cè)量邊邊值問(wèn)題理理論的提出出：英國(guó)學(xué)者斯斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地地球重力位位分為正常常重力位和和擾動(dòng)位兩兩部分，實(shí)實(shí)際的重力力分為正常常重力和重重力異常兩兩部分，在在某些假定定條件下進(jìn)進(jìn)行簡(jiǎn)化，，通過(guò)重力力異常的積積分，提出出了以大地地水準(zhǔn)面為為邊界面的的擾動(dòng)位計(jì)計(jì)算公式和和大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面起伏公公式。后來(lái)來(lái)，荷蘭學(xué)學(xué)者維寧··曼尼茲(F.A.VeningMeinesz)根據(jù)斯托克克司公式推推出了以大大地水準(zhǔn)面面為參考面面的垂線偏偏差公式。。2.提出了新的的橢球參數(shù)數(shù)：赫爾默特橢橢球、海福福特橢球、、克拉索夫夫斯基橢球球等。13第四階段：現(xiàn)代大地測(cè)測(cè)量新時(shí)期期20世紀(jì)下半葉葉，以電磁磁波測(cè)距、、人造地球球衛(wèi)星定位位系統(tǒng)及甚甚長(zhǎng)基線干干涉測(cè)量等等為代表的的新的測(cè)量量技術(shù)的出出現(xiàn)，給傳傳統(tǒng)的大地地測(cè)量帶來(lái)來(lái)了革命性性的變革，，使大地測(cè)測(cè)量定位、、確定地球球參數(shù)及重重力場(chǎng)，構(gòu)構(gòu)筑數(shù)字地地球等基本本測(cè)繪任務(wù)務(wù)都以嶄新新的理論和和方法來(lái)進(jìn)進(jìn)行。從此此大地測(cè)量量學(xué)進(jìn)入了了以空間測(cè)測(cè)量技術(shù)為為代表的現(xiàn)現(xiàn)代大地測(cè)測(cè)量發(fā)展的的新時(shí)期。。14●我國(guó)高精度度天文大地地網(wǎng)的建立立1951-1975年：一等三三角點(diǎn)5萬(wàn)多個(gè)，全全長(zhǎng)7.5多萬(wàn)公里，，二等鎖，，一等導(dǎo)線線等，1972－1982年平差數(shù)據(jù)據(jù)處理，建建立1980國(guó)家大地坐坐標(biāo)系?！裎覈?guó)高精度度重力網(wǎng)的的建立1981年開(kāi)始絕對(duì)對(duì)重力測(cè)量量與相對(duì)重重力測(cè)量，，11個(gè)絕對(duì)重力力點(diǎn)（基準(zhǔn)準(zhǔn)點(diǎn)），40多個(gè)（基本本點(diǎn)），重重力網(wǎng)的平平差，1985年國(guó)家重力力基本網(wǎng)形形成。主要技術(shù)：：EDM：ElectronicDistanceMeasure;GPS:GlobalPositioningSystem;VLBI:VeryLongBaselineInterferometry;SLR：SatelliteLaserRanging;INS:InertialNavigationSystem153.2大地測(cè)量的的展望全球衛(wèi)星定定位系統(tǒng)(GPS)，，激光測(cè)衛(wèi)(SLR)以及甚長(zhǎng)基基線干涉測(cè)測(cè)量(VLB