《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》1 緒論

1、第一章第一章 緒論緒論 第一章 緒論 各知識(shí)點(diǎn)的能力與素質(zhì)要求 了解大地測量的目的、任務(wù)與內(nèi)容 了解空間的大地測量新技術(shù) 了解大地測量的發(fā)展歷程 一、大地測量的定義、任務(wù)和研究內(nèi)容 （一）大地測量學(xué)的定義 大地測量學(xué)是通過在廣大的地面上建立大地控制 網(wǎng)，精確測定大地控制網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)，研究測定地球形 狀、大小和地球重力場的理論、技術(shù)與方法的學(xué)科。 （二）大地測量的基本任務(wù) 1、技術(shù)任務(wù) 精確測定大地控制點(diǎn)的位置及其隨時(shí)間的變化也 就是它的運(yùn)動(dòng)速度場，建立精密的大地控制網(wǎng)，作為 測圖的控制，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)服務(wù)。 2、科學(xué)任務(wù) 測定地球形狀、大小和重力場，提供地球的數(shù)學(xué)模 型，為地球及其相關(guān)

2、科學(xué)服務(wù)。 （三）大地測量的作用 1、為地形測圖與大型工程測量提供基本控制； 2、為城建和礦山工程測量提供起始數(shù)據(jù) ； 3、為地球科學(xué)的研究提供信息； 4、在防災(zāi)、減災(zāi)和救災(zāi)中的作用； 5、發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障。 （四）大地測量學(xué)的主要研究內(nèi)容 大地測量：研究建立大地控制網(wǎng)的理論與方法， 介紹角度測量、高程測量和邊長測量的原理與觀 測方法、作業(yè)程序、以及各種測量成果的質(zhì)量檢 核，提供一系列地面觀測成果； 橢球測量學(xué)：研究參考橢球的建立以及橢球面上 處理大地測量觀測成果的各種理論與方法，提供 大地控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)和平面坐標(biāo)； 測量平差：用最小二乘原理處理各種觀測結(jié)果的 理論與計(jì)算方法

3、； 天文測量：以球面天文學(xué)為基礎(chǔ)，研究觀測一定 天體以確定地面點(diǎn)的天文經(jīng)緯度和天文方位角的 原理和方法，目的是測定國家大地網(wǎng)中某些點(diǎn)的 天文經(jīng)緯度和方位角，以獲得這些點(diǎn)的垂線偏差 和至某一方向的拉普拉斯角，前者是研究地球形 狀和大地水準(zhǔn)面起伏的重要資料，后者用于控制 大地網(wǎng)中橫向誤差的積累； 大地重力學(xué)：又稱物理大地測量學(xué)，研究重力 測量的理論、技術(shù)和方法，利用重力測量與衛(wèi)星測 量資料研究地球形狀和外部重力場，提供代表地球 的大地體形狀和地球橢球的物理參數(shù)； 衛(wèi)星大地測量學(xué)：又稱空間大地測量學(xué)，研究 人造地球衛(wèi)星觀測方法和運(yùn)動(dòng)規(guī)律以解決大地測量 的一門科學(xué)； 慣性大地測量學(xué)：是根據(jù)慣性原理，利

4、用加速度計(jì) 測量運(yùn)動(dòng)物體在某一方向的加速度，通過二次積分 得到運(yùn)動(dòng)物體的空間位置。是大地測量的一個(gè)分支， 具有全天候、自主性、機(jī)動(dòng)靈活、快速高效等優(yōu)點(diǎn)， 為大地測量自動(dòng)化提供了重要手段。 （五）應(yīng)用大地測量學(xué)的主要研究內(nèi)容 理論研究的不斷深入：靜態(tài)（X,Y,Z）動(dòng)態(tài)(X(t), Y(t), Z(t)；幾何量（a、f）幾何物理相結(jié)合（a、f、 GM、J2） 本書重點(diǎn)闡述的內(nèi)容如下： 1、大地測量基礎(chǔ)知識(shí)； 2、大地測量學(xué)的基本理論大地坐標(biāo)系統(tǒng)的建立與坐 標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換； 3、大地測量基本技術(shù)與方法； 4、地面控制網(wǎng)的建立； 5、地球橢球基本理論； 6、大地測量數(shù)據(jù)處理。 二、空間大地測量技術(shù)簡介

5、（一）甚長基線干涉測量技術(shù)VLBI VLBI(Very Long Baseline Interferometry)是二十 世紀(jì)六十年代在射電天文學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來的射電干涉新 技術(shù)，通過設(shè)在基線兩端的射電望遠(yuǎn)鏡同時(shí)接收同一射 電信號(hào)，經(jīng)相關(guān)處理，獲得的相對(duì)精度和亞毫角秒量級(jí) 的超高分辨率。VLBI技術(shù)在天文學(xué)、地球物理、空間大 地測量和空間技術(shù)等領(lǐng)域都有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià) 值。VLBI已成為建立準(zhǔn)慣性參考系和地球參考框架、測 定地球定向參數(shù)、監(jiān)測板塊運(yùn)動(dòng)及區(qū)域性地殼形變的一 種強(qiáng)有力的基本手段。 （二）衛(wèi)星激光測距技術(shù)SLR 衛(wèi)星激光測距（Satellite Laser Ranging，簡寫

6、SLR），是二十世紀(jì)六十年代中期興起的一項(xiàng)衛(wèi)星大地 測量技術(shù)。經(jīng)過40多年的迅速發(fā)展，它已成為當(dāng)前衛(wèi)星 精密定位觀測的主要手段之一，也是現(xiàn)代各種定位觀測 手段中單點(diǎn)采樣精度最高的一種，其觀測成果具有極為 重要的科學(xué)價(jià)值。 北京SLR觀測站 上海SLR觀測站 （三）全球定位系統(tǒng)技術(shù)GPS 全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System 簡寫 GPS)，是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，而建立起來的 新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)可為各類用戶提供實(shí) 時(shí)的三維位置、三維速度和時(shí)間信息，能夠保障全球、 全天候連續(xù)地三維定位。GPS由于其定位速度快、費(fèi)用 低、方法靈活多樣和操作簡便等特點(diǎn)，

7、在測量學(xué)、導(dǎo)航 學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域獲得了極其廣泛的應(yīng)用。GPS定位的基 本原理在后續(xù)課程中學(xué)習(xí)。 （四）慣性大地測量技術(shù)IPS 慣性大地測量是利用慣性導(dǎo)航技術(shù)，同時(shí)快速獲得 大地測量數(shù)據(jù)（經(jīng)緯度、高程、方位角、重力異常和垂 線偏差）的一種新技術(shù)。有關(guān)它的儀器，稱為慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)（Inertial Positioning System），它屬于相對(duì) 測量系統(tǒng)。 (五）衛(wèi)星多普勒定位 是20世紀(jì)70年代普遍采用的定位方法。設(shè)測站為固 定點(diǎn)，當(dāng)衛(wèi)星相對(duì)于測站移動(dòng)時(shí)，衛(wèi)星發(fā)射的固定頻率 f與測站接受到的衛(wèi)星頻率不相等，其差值稱為多普勒 頻移或多普勒效應(yīng)。 陀螺示意圖 DORIS 三、大地測量的發(fā)展歷程 （

8、一）（一） 公元前三世紀(jì)古希臘學(xué)者估算地球半徑為公元前三世紀(jì)古希臘學(xué)者估算地球半徑為4 4萬萬STADIASTADIA。 公元公元724724年我國唐代學(xué)者在河南滑縣至上蔡用天文方法進(jìn)行世年我國唐代學(xué)者在河南滑縣至上蔡用天文方法進(jìn)行世 界上第一次弧度測量。界上第一次弧度測量。 十七世紀(jì)荷蘭人用三角測量法進(jìn)行弧度測量。十七世紀(jì)荷蘭人用三角測量法進(jìn)行弧度測量。 十七世紀(jì)末牛頓、惠更斯用力學(xué)觀點(diǎn)推論地球?yàn)闄E球。十七世紀(jì)末牛頓、惠更斯用力學(xué)觀點(diǎn)推論地球?yàn)闄E球。 十七至十八世紀(jì)法國用三角測量和天文測量進(jìn)行弧度測量十七至十八世紀(jì)法國用三角測量和天文測量進(jìn)行弧度測量 1708170817181718年我國用

9、天文方法從東北年我國用天文方法從東北河北進(jìn)行弧度測量。河北進(jìn)行弧度測量。 十九世紀(jì)以來，由于望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，測距儀的出現(xiàn)，人造衛(wèi)十九世紀(jì)以來，由于望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，測距儀的出現(xiàn)，人造衛(wèi) 星的上天，各國相繼開展天文大地測量，推求地球形狀和大星的上天，各國相繼開展天文大地測量，推求地球形狀和大 小，精度越來越高。小，精度越來越高。 三、大地測量的發(fā)展歷程 （二）（二）18182020世紀(jì)大地測量理論的發(fā)展世紀(jì)大地測量理論的發(fā)展 用重力測量精確求定地球扁率（法國用重力測量精確求定地球扁率（法國 克萊勞克萊勞ClarautClaraut） 最小二乘法理論（法國最小二乘法理論（法國 勒讓德勒讓德Legendr

10、eLegendre） 從橢球面到平面的正形投影（德國從橢球面到平面的正形投影（德國 高斯高斯GaussGauss） 橢球面上的三角形解法（德國橢球面上的三角形解法（德國 高斯高斯GaussGauss） 用重力測量研究大地水準(zhǔn)面形狀（英國用重力測量研究大地水準(zhǔn)面形狀（英國 斯托克斯斯托克斯StoksStoks） 參考橢球定位理論（德國參考橢球定位理論（德國 赫爾默特赫爾默特HelmertHelmert） 用地面觀測資料求大地高確定地球表面形狀（蘇聯(lián)用地面觀測資料求大地高確定地球表面形狀（蘇聯(lián) 莫洛堅(jiān)斯基莫洛堅(jiān)斯基 MologecksMologecks） 近代平差理論近代平差理論 三、大地測量的發(fā)

11、展歷程 （三）測量儀器的發(fā)展（三）測量儀器的發(fā)展 古代的測量距離和高低的準(zhǔn)繩和規(guī)矩，天文測量的渾天儀；古代的測量距離和高低的準(zhǔn)繩和規(guī)矩，天文測量的渾天儀； 十八世紀(jì)后望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明；十八世紀(jì)后望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明； 懸鏈線狀基線尺、因瓦基線尺；懸鏈線狀基線尺、因瓦基線尺； 相對(duì)重力儀；相對(duì)重力儀； 光學(xué)經(jīng)緯儀；光學(xué)經(jīng)緯儀； 電磁波測距儀；電磁波測距儀； 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀；自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀； 石英鐘記時(shí)和自動(dòng)跟星光電裝置；石英鐘記時(shí)和自動(dòng)跟星光電裝置； 人造衛(wèi)星觀測攝影儀，激光測距儀，射電人造衛(wèi)星觀測攝影儀，激光測距儀，射電VLBIVLBI測量；測量； 慣性測量儀器；慣性測量儀器； 全站儀，自動(dòng)繪圖儀，全站儀

12、，自動(dòng)繪圖儀，GPSGPS全球定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)。 三、大地測量的發(fā)展歷程 （四）我國大地測量的發(fā)展（四）我國大地測量的發(fā)展 世界上第一次弧度測量（唐代南宮說、張遂等）；世界上第一次弧度測量（唐代南宮說、張遂等）； 清代用天文測量發(fā)現(xiàn)北弧比南弧每度弧長要長（比法國早）；清代用天文測量發(fā)現(xiàn)北弧比南弧每度弧長要長（比法國早）； 1895年清代設(shè)立測繪學(xué)堂；年清代設(shè)立測繪學(xué)堂； 19301949布設(shè)了布設(shè)了2000KM的一等大地控制網(wǎng)；的一等大地控制網(wǎng)； 1949年以后：年以后： 頒布實(shí)施了大地測量法式和細(xì)則規(guī)范；全國布設(shè)了頒布實(shí)施了大地測量法式和細(xì)則規(guī)范；全國布設(shè)了8萬萬KM的的 一等三角鎖，測定了一等三角鎖，測定了5萬個(gè)一、二等點(diǎn)，進(jìn)行了萬個(gè)一、二等點(diǎn)，進(jìn)行了9萬萬KM的一等水的一等水 準(zhǔn)測量，準(zhǔn)測量，13.7萬萬KM的二等水準(zhǔn)測量，建立了的二等水準(zhǔn)測量，建立了1980西安大地坐標(biāo)系，西安大地坐標(biāo)系， 1956和和1985高程基準(zhǔn)；用高程基準(zhǔn)；用G