《大地測量學(xué)》本科全冊配套完整教學(xué)課件

1、大地測量學(xué)本科全冊大地測量學(xué)本科全冊配套完整教學(xué)課件配套完整教學(xué)課件12 大大 地地 測測 量量 學(xué)學(xué) 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)3課程的基本要求課程的基本要求n本課程的性質(zhì)本課程的性質(zhì) 專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課；開課對象：測繪專業(yè)學(xué)生。專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課；開課對象：測繪專業(yè)學(xué)生。n 本課程的教學(xué)內(nèi)容與特點本課程的教學(xué)內(nèi)容與特點 為了適應(yīng)新形勢下教學(xué)的需要，在原有課程的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)新形勢下教學(xué)的需要，在原有課程的基礎(chǔ)上，刪除了陳舊過時的內(nèi)容，增添了大量的新理論、新技術(shù)，刪除了陳舊過時的內(nèi)容，增添了大量的新理論、新技術(shù)，內(nèi)容廣泛。如地球重力學(xué)、實用天文學(xué)、橢球大地測量學(xué)、內(nèi)容廣泛。如地球重力學(xué)、實用天文學(xué)、橢球大

2、地測量學(xué)、控制測量學(xué)、大地坐標(biāo)系的建立與變換等相關(guān)內(nèi)容。內(nèi)容控制測量學(xué)、大地坐標(biāo)系的建立與變換等相關(guān)內(nèi)容。內(nèi)容廣難深，授課課時短等特點。廣難深，授課課時短等特點。4n本課程的教學(xué)安排與要求本課程的教學(xué)安排與要求l教學(xué)時間：共13周，總學(xué)時48學(xué)時。l教學(xué)形式：以上課為主，包括課外討論、上機計算、課間與課外實習(xí)、課堂練習(xí)等。加強課外自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。n本課程的重要參考文獻(xiàn)本課程的重要參考文獻(xiàn) 1）地球形狀與地球重力場寧津生等編2）橢球大地測量學(xué)陳建等編3）大地坐標(biāo)系的建立朱華統(tǒng)編4）應(yīng)用大地測量學(xué)陳建等編5第一章第一章 緒緒 論論6 第一章第一章 緒緒 論論 71大地測量學(xué)的定義和作用大

3、地測量學(xué)的定義和作用 1.1大地測量學(xué)的定義大地測量學(xué)的定義 是指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力是指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，為人類活動提供地球空間信息的一門學(xué)科。場并監(jiān)測其變化，為人類活動提供地球空間信息的一門學(xué)科。 經(jīng)典大地測量經(jīng)典大地測量：地球剛體不變、均勻旋轉(zhuǎn)橢球體；在一定范圍內(nèi)測繪地：地球剛體不變、均勻旋轉(zhuǎn)橢球體；在一定范圍內(nèi)測繪地球，研究其形狀、大小及其外部重力場。范圍小，不適動態(tài)監(jiān)測。球，研究其形狀、大小及其外部重力場。范圍小，不適動態(tài)監(jiān)測。 現(xiàn)代大地測量現(xiàn)代大地測量：空間測繪技術(shù)：空間測繪技術(shù)(人造地球衛(wèi)星、空

4、間探測器人造地球衛(wèi)星、空間探測器)，空間大地測，空間大地測量為特征，范圍大。量為特征，范圍大。 1.2大地測量學(xué)的作用大地測量學(xué)的作用v 大地測量學(xué)是一切測繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟建設(shè)和社會大地測量學(xué)是一切測繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮著決定性的基礎(chǔ)保證作用。發(fā)展中發(fā)揮著決定性的基礎(chǔ)保證作用。如交通運輸、工程建設(shè)、如交通運輸、工程建設(shè)、土地管理、城市建設(shè)等土地管理、城市建設(shè)等 v 大地測量學(xué)在防災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮大地測量學(xué)在防災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測與救援。著特殊作用。如地震、山體滑

5、坡、交通事故等的監(jiān)測與救援。v 大地測量是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障。如大地測量是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障。如:衛(wèi)星、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機、宇宙探測器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作都需要大航天飛機、宇宙探測器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作都需要大地測量作保證。地測量作保證。82大地測量學(xué)基本體系和內(nèi)容大地測量學(xué)基本體系和內(nèi)容 2.1大地測量學(xué)的基本體系大地測量學(xué)的基本體系 應(yīng)用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、測量應(yīng)用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、測量平差平差 等；新分支：等；新分支： 海樣大地測量、行星大地測量、衛(wèi)星大地測量、海樣大地測

6、量、行星大地測量、衛(wèi)星大地測量、地球動力學(xué)、慣性大地測量地球動力學(xué)、慣性大地測量。大地測量的基本體系概括為以下三個分支：大地測量的基本體系概括為以下三個分支： 幾何大地測量學(xué)（即天文大地測量學(xué)）幾何大地測量學(xué)（即天文大地測量學(xué)） 基本任務(wù)：基本任務(wù)：是確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。是確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：國家大地測量控制網(wǎng)國家大地測量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立建立的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準(zhǔn)測量；地球橢球的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準(zhǔn)測量；地球橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面

7、上測量計算，橢球數(shù)學(xué)投影變換以及地球橢球幾何數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測量計算，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。參數(shù)的數(shù)學(xué)模型等。9 物理大地測量學(xué)：即理論大地測量學(xué)物理大地測量學(xué)：即理論大地測量學(xué) 基本任務(wù)：基本任務(wù)：是用物理方法是用物理方法(重力測量重力測量)確定地球形狀及其外部重確定地球形狀及其外部重力場。力場。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場的理論與方法。求地球形狀及外部重力場的理論與方法。 空間大地測量學(xué)空間大地測量學(xué)： 主要研究以人造地球衛(wèi)星及其他空間探測器為代表的空間大主

8、要研究以人造地球衛(wèi)星及其他空間探測器為代表的空間大地測量的理論、技術(shù)與方法。地測量的理論、技術(shù)與方法。 102.2 大地測量學(xué)的基本內(nèi)容大地測量學(xué)的基本內(nèi)容 v 確定地球形狀及外部重力場確定地球形狀及外部重力場及其隨時間的變化，研究地殼形變及其隨時間的變化，研究地殼形變(包括垂直升降及水平位移包括垂直升降及水平位移)，測定極移以及海洋水面地形及其變化，測定極移以及海洋水面地形及其變化等。等。 研究月球及太陽系行星的形狀及重力場。研究月球及太陽系行星的形狀及重力場。v 建立和維持國家和全球的測繪基準(zhǔn)、坐標(biāo)系統(tǒng)建立和維持國家和全球的測繪基準(zhǔn)、坐標(biāo)系統(tǒng)（天文大地水平控（天文大地水平控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)

9、和精密水準(zhǔn)網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)），以滿足國制網(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)），以滿足國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的需要。民經(jīng)濟和國防建設(shè)的需要。v 研究為獲得高精度測量成果的儀器和技術(shù)方法研究為獲得高精度測量成果的儀器和技術(shù)方法。研究地球表面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)大地測量計算。向橢球面或平面的投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)大地測量計算。v 研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理數(shù)據(jù)處理的理論和方法論和方法，測量數(shù)據(jù)庫建立及應(yīng)用等。，測量數(shù)據(jù)庫建立及應(yīng)用等。 11現(xiàn)代大地測量的特征：現(xiàn)代大地測量的特征： 研究范圍大（全

10、球：如地球兩極、海洋）研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋） 從靜態(tài)到動態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動力過程。從靜態(tài)到動態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動力過程。 觀測精度越高，相對精度達(dá)到觀測精度越高，相對精度達(dá)到10-810-9，絕對精度可到達(dá)毫米。，絕對精度可到達(dá)毫米。 測量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復(fù)雜。測量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復(fù)雜。 123大地測量學(xué)發(fā)展簡史及展望大地測量學(xué)發(fā)展簡史及展望 3.1大地測量學(xué)的發(fā)展簡史 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的緯度差，用大地法得到對應(yīng)的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量 ） 第二階段：地球橢

11、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)識推進到向兩極略扁的橢球。 13球形地球公元前世紀(jì)希臘畢達(dá)哥拉斯提出“地圓說” 扁球形地球牛頓提出“地扁說”14大地測量儀器：望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測微器； 大地測量方法：1615年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創(chuàng)三角測量法; 行星運動定律：1619年德國的開普勒發(fā)表了行星運動三大定律； 重力測量：1673年荷蘭的惠更斯提出用擺進行重力測量的原理； 英國物理學(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sin(地理緯度)成比例地增加。 幾何大

12、地測量標(biāo)志性成果：幾何大地測量標(biāo)志性成果： 1)長度單位的建立：子午圈弧長的四千萬分之一作為長度單位為1m。 2)最小二乘法的提出：法國的勒讓德，德國的高斯. 3)橢球大地測量學(xué)的形成：解決了橢球上測量計算問題。 4)弧度測量大規(guī)模展開。主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測量，以及德國、俄國、美國等為代表的三角測量。 5)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)。15物理大地測量標(biāo)志性成就：物理大地測量標(biāo)志性成就：1)克萊羅定理的提出：法國學(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

13、的一點的重力加速度按下式計算：)sin1 (2eq25eaq2162)重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地球形狀的關(guān)系，法國的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這種性質(zhì)的函數(shù)：在一個參考坐標(biāo)系中，引力位對被吸引點三個坐標(biāo)方向的一階導(dǎo)數(shù)等于引力在該方向上的分力。研究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形狀和重力場緊密地聯(lián)系在一起。3)地殼均衡學(xué)說的提出：英國的普拉特(J.H.Pratt)和艾黎(G.B.Airy)幾乎同時提出地殼均衡學(xué)說，根據(jù)地殼均衡學(xué)說可導(dǎo)出均衡重力異常以用于重力歸算。4)重力測量有了進展。設(shè)計和生產(chǎn)了用于絕對重力測量以及用于相對重力測量的便攜式擺儀。極大地推

14、動了重力測量的發(fā)展。17幾何大地測量學(xué)進展：幾何大地測量學(xué)進展： 天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立（18001900印度，一等三角網(wǎng)2萬公里，平均邊長45公里；19111935美國一等7萬公里；1924-1950蘇聯(lián)，7萬多公里) 因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測微器的水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用。 l第三階段：大地水準(zhǔn)面階段第三階段：大地水準(zhǔn)面階段 從19世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)40年代，人們將對橢球的認(rèn)識發(fā)展到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。 18物理大地測量在這階段的進展物理大地測量在這階段的進展 1.大地測量邊值問題理論的提出大地測量邊值問題理論的提出 英國學(xué)者斯托克司(G.G.St

15、okes)把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動位兩部分，實際的重力分為正常重力和重力異常兩部分，在某些假定條件下進行簡化，通過重力異常的積分，提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動位計算公式和大地水準(zhǔn)面起伏公式。后來，荷蘭學(xué)者維寧曼尼茲(F.A.Vening Meinesz)根據(jù)斯托克司公式推出了以大地水準(zhǔn)面為參考面的垂線偏差公式。 2.2.提出了新的橢球參數(shù)提出了新的橢球參數(shù) 赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。19 第四階段：現(xiàn)代大地測量新時期 20世紀(jì)下半葉，以電磁波測距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長基線干涉測量等為代表的新的測量技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測量帶來了革命性的變革，大地測

16、量學(xué)進入了以空間測量技術(shù)為代表的現(xiàn)代大地測量發(fā)展的新時期。梨形地球梨形地球 20 20世紀(jì)世紀(jì)5050年代衛(wèi)星大地測量年代衛(wèi)星大地測量20 我國高精度天文大地網(wǎng)的建立 1951-1975年：一等三角點5萬多個，全長7.5多萬公里，二等鎖，一等導(dǎo)線等，19721982年平差數(shù)據(jù)處理，建立1980國家大地坐標(biāo)系。 我國高精度重力網(wǎng)的建立 1981年開始絕對重力測量與相對重力測量，11個絕對重力點（基準(zhǔn)點），40多個（基本點），重力網(wǎng)的平差，1985年國家重力基本網(wǎng)形成。 l主要技術(shù) EDM：Electronic Distance Measure; GPS: Global Positioning S

17、ystem; VLBI: Very Long Baseline Interferometry; SLR：Satellite Laser Ranging; INS: Inertial Navigation System21223.2 大地測量的展望全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，激光測衛(wèi)(SLR)以及甚長基線干涉測量(VLBI),慣性測量統(tǒng)(INS)是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要的空間大地測量技術(shù) 用衛(wèi)星測量、激光測衛(wèi)及甚長基線干涉測量等空間大地測量技術(shù)建立大規(guī)模、高精度、多用途的空間大地測量控制網(wǎng)，是確定地球基本參數(shù)及其重力場，建立大地基準(zhǔn)參考框架，監(jiān)測地殼形變，保證空間技術(shù)及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準(zhǔn)等科技

18、任務(wù)的基本技術(shù)方案。精化地球重力場模型是大地測量學(xué)的重要發(fā)展目標(biāo)。 大大 地地 測測 量量 學(xué)學(xué) 基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 聯(lián)系電話：聯(lián)系電話-mail: S課程簡介與基本要求課程簡介與基本要求 課程簡介課程簡介 專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課；開課對象：測繪專業(yè)學(xué)生。專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課；開課對象：測繪專業(yè)學(xué)生。 為了適應(yīng)新形勢下教學(xué)的需要，在原有課程的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)新形勢下教學(xué)的需要，在原有課程的基礎(chǔ)上， 刪除了陳舊過時的內(nèi)容，增添了大量的新理論、新技術(shù)，刪除了陳舊過時的內(nèi)容，增添了大量的新理論、新技術(shù)，內(nèi)容廣泛。如地球重力學(xué)、實用天文學(xué)、橢球大地測量學(xué)、內(nèi)容廣泛。如地球重力學(xué)、實用天文學(xué)

19、、橢球大地測量學(xué)、控制測量學(xué)、大地坐標(biāo)系的建立與變換等相關(guān)內(nèi)容。內(nèi)容控制測量學(xué)、大地坐標(biāo)系的建立與變換等相關(guān)內(nèi)容。內(nèi)容廣難深，授課課時短等特點。廣難深，授課課時短等特點。 課程的教學(xué)安排課程的教學(xué)安排教學(xué)時間教學(xué)時間：共：共13周，總學(xué)時周，總學(xué)時52學(xué)時。學(xué)時。教學(xué)形式教學(xué)形式：以上課為主，自學(xué)為輔，包括上機計算、：以上課為主，自學(xué)為輔，包括上機計算、課間與課外實習(xí)、課堂練習(xí)等。課間與課外實習(xí)、課堂練習(xí)等。主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn)1地球形狀與地球重力場地球形狀與地球重力場寧津生等編寧津生等編2橢球大地測量學(xué)橢球大地測量學(xué)陳建等編陳建等編3大地坐標(biāo)系的建立大地坐標(biāo)系的建立朱華統(tǒng)編朱華統(tǒng)編4應(yīng)用

20、大地測量學(xué)應(yīng)用大地測量學(xué)陳建等編陳建等編課程學(xué)習(xí)的具體要求課程學(xué)習(xí)的具體要求第一章第一章 緒緒 論論 第一章第一章 緒緒 論論 1 大地測量學(xué)的定義和作用大地測量學(xué)的定義和作用 1.1大地測量學(xué)的定義大地測量學(xué)的定義 大地測量學(xué)是指在一定的時間與空間參考系中，測量和描大地測量學(xué)是指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，為人類活動提供地繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，為人類活動提供地球空間信息的一門學(xué)科。球空間信息的一門學(xué)科。 經(jīng)典大地測量：經(jīng)典大地測量：在一定范圍內(nèi)測繪地球，研究其形狀、大在一定范圍內(nèi)測繪地球，研究其形狀、大小及其外部重力場。但研究范圍小，不適

21、動態(tài)監(jiān)測。小及其外部重力場。但研究范圍小，不適動態(tài)監(jiān)測。 現(xiàn)代大地測量現(xiàn)代大地測量：以空間測繪技術(shù)以空間測繪技術(shù)(人造地球衛(wèi)星、空間探測人造地球衛(wèi)星、空間探測器器)為主要特征，研究空間精密定位理論、技術(shù)與方法。為主要特征，研究空間精密定位理論、技術(shù)與方法。 1.2大地測量學(xué)的作用大地測量學(xué)的作用大地測量學(xué)是一切測繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟建大地測量學(xué)是一切測繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的作用。設(shè)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的作用。如交通運輸、工程建設(shè)、土如交通運輸、工程建設(shè)、土地管理、城市建設(shè)等地管理、城市建設(shè)等 土地規(guī)劃與城鎮(zhèn)建設(shè)土地規(guī)劃與城鎮(zhèn)建設(shè)高速鐵路建設(shè)高速鐵路建設(shè)大地測量學(xué)在防

22、災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價與保大地測量學(xué)在防災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等護中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測與救援。的監(jiān)測與救援。三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測GPS大壩監(jiān)測大壩監(jiān)測大地測量是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障。如大地測量是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障。如:衛(wèi)衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機、宇宙探測器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、星、導(dǎo)彈、航天飛機、宇宙探測器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作需要大地測量作保證。返回工作需要大地測量作保證。大地測量在地球科學(xué)研究中的地位顯得越來越重要。綜大地測量在地球科學(xué)研究中的地位顯得越來

23、越重要。綜合各種大地測量技術(shù)與方法，能以高空間分辨率與時間分合各種大地測量技術(shù)與方法，能以高空間分辨率與時間分辨率測定全球、地區(qū)或局部的地殼運動，與其它地學(xué)學(xué)科辨率測定全球、地區(qū)或局部的地殼運動，與其它地學(xué)學(xué)科一起共同揭示地球內(nèi)部的奧秘。一起共同揭示地球內(nèi)部的奧秘。大地測量是其它測繪分支學(xué)科的基礎(chǔ)。該學(xué)科的發(fā)展極大地測量是其它測繪分支學(xué)科的基礎(chǔ)。該學(xué)科的發(fā)展極大的影響其它學(xué)科的發(fā)展。大的影響其它學(xué)科的發(fā)展。2 大地測量學(xué)基本體系和內(nèi)容大地測量學(xué)基本體系和內(nèi)容 2.1大地測量學(xué)的基本體系大地測量學(xué)的基本體系 應(yīng)用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、應(yīng)用大地測量、橢球大地測量、天文

24、大地測量、大地重力測量、測量平差等；新分支：測量平差等；新分支： 海樣大地測量、行星大地測量、衛(wèi)星大地海樣大地測量、行星大地測量、衛(wèi)星大地測量、地球動力學(xué)、慣性大地測量。大地測量的基本體系概括為測量、地球動力學(xué)、慣性大地測量。大地測量的基本體系概括為以下三個分支以下三個分支l幾何大地測量學(xué)（即天文大地測量學(xué)）幾何大地測量學(xué)（即天文大地測量學(xué)） 基本任務(wù)：基本任務(wù)：確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：國家大地測量控制網(wǎng)國家大地測量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(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

25、量，距離測量，水準(zhǔn)測量；建立的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準(zhǔn)測量；地球橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測量計算，橢球數(shù)學(xué)投影變換以及地球橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測量計算，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。地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學(xué)模型等。l物理大地測量學(xué)：即理論大地測量學(xué)物理大地測量學(xué)：即理論大地測量學(xué) 基本任務(wù)：基本任務(wù)：是用物理方法是用物理方法(重力測量重力測量)確定地球形狀及其確定地球形狀及其外部重力場。外部重力場。 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場的理論與方法。算，推求地球形狀及外

26、部重力場的理論與方法。l空間大地測量學(xué)：空間大地測量學(xué)： 主要研究以人造地球衛(wèi)星、空間探測器為代表的空間主要研究以人造地球衛(wèi)星、空間探測器為代表的空間大地測量的理論、技術(shù)與方法。大地測量的理論、技術(shù)與方法。 2.2 大地測量學(xué)的基本內(nèi)容大地測量學(xué)的基本內(nèi)容 v 確定地球形狀及外部重力場確定地球形狀及外部重力場及其隨時間的變化，研究地殼及其隨時間的變化，研究地殼形變形變(包括垂直升降及水平位移包括垂直升降及水平位移)，測定極移以及海洋水面地形，測定極移以及海洋水面地形及其變化等。及其變化等。 研究月球及太陽系行星的形狀及重力場。研究月球及太陽系行星的形狀及重力場。v 建立和維持國家和全球的測繪基

27、準(zhǔn)、坐標(biāo)系統(tǒng)建立和維持國家和全球的測繪基準(zhǔn)、坐標(biāo)系統(tǒng)（天文大地（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)），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)），以滿足國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的需要。以滿足國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的需要。v 研究為獲得高精度測量成果的儀器和技術(shù)方法研究為獲得高精度測量成果的儀器和技術(shù)方法。研究地球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)大地測量計算。表面向橢球面或平面的投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)大地測量計算。v 研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的數(shù)據(jù)處數(shù)據(jù)處理的理論和方法理的理論和方法，測量數(shù)據(jù)庫建

28、立及應(yīng)用等。，測量數(shù)據(jù)庫建立及應(yīng)用等。 現(xiàn)代大地測量的特征：現(xiàn)代大地測量的特征： 研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋） 從靜態(tài)到動態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動力過程。從靜態(tài)到動態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動力過程。 觀測精度高，相對精度達(dá)到觀測精度高，相對精度達(dá)到10-810-9，絕對精度毫米。，絕對精度毫米。 測量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復(fù)雜。測量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復(fù)雜。 3 大地測量學(xué)發(fā)展簡史及展望大地測量學(xué)發(fā)展簡史及展望 3.1大地測量學(xué)的發(fā)展簡史大地測量學(xué)的發(fā)展簡史 第一階段：地球圓球階段第一階段：地球圓球階段 從遠(yuǎn)古至從遠(yuǎn)古至17世紀(jì)，

29、人們用天文方法得到地面上同一子午線上世紀(jì)，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點的緯度差，用大地法得到對應(yīng)的子午圈弧長，從而推得兩點的緯度差，用大地法得到對應(yīng)的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量地球半徑（弧度測量 ）。）。 第二階段：地球橢球階段第二階段：地球橢球階段 從從17世紀(jì)至世紀(jì)至19世紀(jì)下半葉，在這將近世紀(jì)下半葉，在這將近200年期間，人們把地球年期間，人們把地球作為圓球的認(rèn)識推進到向兩極略扁的橢球。作為圓球的認(rèn)識推進到向兩極略扁的橢球。 球形地球球形地球公元前世紀(jì)希臘畢達(dá)公元前世紀(jì)希臘畢達(dá)哥拉斯提出哥拉斯提出“地圓說地圓說” 扁球形地球扁球形地球牛頓提出牛頓提出“地扁說地扁說

30、”大地測量儀器：望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測微器；大地測量儀器：望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測微器； 大地測量方法：大地測量方法：1615年荷蘭斯涅耳年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創(chuàng)三角測量法首創(chuàng)三角測量法; 行星運動定律：行星運動定律：1619年德國的開普勒發(fā)表了行星運動三大定律；年德國的開普勒發(fā)表了行星運動三大定律； 重力測量：重力測量：1673年荷蘭的惠更斯提出用擺進行重力測量的原理；年荷蘭的惠更斯提出用擺進行重力測量的原理； 英國物理學(xué)家牛頓英國物理學(xué)家牛頓(L.Newton)提出地球特征：提出地球特征：1）是兩極扁平的旋）是兩極扁平的旋轉(zhuǎn)橢球，其扁率等于轉(zhuǎn)橢球，其扁率等于1/230；2）

31、重力加速度由赤道向兩極與）重力加速度由赤道向兩極與sin(地理緯度地理緯度)成比例地增加。成比例地增加。 幾何大地測量標(biāo)志性成果：幾何大地測量標(biāo)志性成果： 1)1)長度單位的建立：子午圈弧長的四千萬分之一作為長度單位為長度單位的建立：子午圈弧長的四千萬分之一作為長度單位為1 1m m。 2) 2)最小二乘法的提出：法國的勒讓德最小二乘法的提出：法國的勒讓德，德國的高斯德國的高斯. . 3) 3)橢球大地測量學(xué)的形成：解決了橢球上測量計算問題。橢球大地測量學(xué)的形成：解決了橢球上測量計算問題。 4) 4)弧度測量大規(guī)模展開。主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測弧度測量大規(guī)模展開。主要有以英、法

32、、西班牙為代表的西歐弧度測量，以及德國、俄國、美國等為代表的三角測量。量，以及德國、俄國、美國等為代表的三角測量。 5) 5)推算了不同的地球橢球參數(shù)。如貝賽爾、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)。克拉克橢球參數(shù)。物理大地測量標(biāo)志性成就：物理大地測量標(biāo)志性成就：1)克萊羅定理的提出：法國學(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)。該橢球面上緯度的一點的重力加速度按下式計算：)sin1 (2eq25eaq22)2)重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地球形狀的關(guān)系，法重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地

33、球形狀的關(guān)系，法國的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這國的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這種性質(zhì)的函數(shù)：在一個參考坐標(biāo)系中，引力位對被吸引點種性質(zhì)的函數(shù)：在一個參考坐標(biāo)系中，引力位對被吸引點三個坐標(biāo)方向的一階導(dǎo)數(shù)等于引力在該方向上的分力。研三個坐標(biāo)方向的一階導(dǎo)數(shù)等于引力在該方向上的分力。研究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形狀和重力場緊密地聯(lián)系在一起。狀和重力場緊密地聯(lián)系在一起。3)3)地殼均衡學(xué)說的提出：英國的普拉特地殼均衡學(xué)說的提出：英國的普拉特( (J.H.Pratt)J.H.Pratt)和艾黎和艾

34、黎( (G.B.Airy)G.B.Airy)幾乎同時提出地殼均衡學(xué)說，根據(jù)地殼均衡學(xué)幾乎同時提出地殼均衡學(xué)說，根據(jù)地殼均衡學(xué)說可導(dǎo)出均衡重力異常以用于重力歸算說可導(dǎo)出均衡重力異常以用于重力歸算。4)4)重力測量有了進展。設(shè)計和生產(chǎn)了用于絕對重力測量以及重力測量有了進展。設(shè)計和生產(chǎn)了用于絕對重力測量以及用于相對重力測量的便攜式擺儀。極大地推動了重力測量用于相對重力測量的便攜式擺儀。極大地推動了重力測量的發(fā)展的發(fā)展。幾何大地測量學(xué)進展：幾何大地測量學(xué)進展： 天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立（18001900印度，一等三角網(wǎng)

35、印度，一等三角網(wǎng)2萬公里，平均邊長萬公里，平均邊長45公里；公里；19111935美國一等美國一等7萬公里；萬公里；1924-1950蘇聯(lián)，蘇聯(lián)，7萬多公里萬多公里) 因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測微器水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用。因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測微器水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用。 l第三階段：大地水準(zhǔn)面階段第三階段：大地水準(zhǔn)面階段 從從19世紀(jì)下半葉至世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)世紀(jì)40年代，人們將對橢球的認(rèn)識發(fā)展年代，人們將對橢球的認(rèn)識發(fā)展到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。 梨形地球梨形地球 20 20世紀(jì)世紀(jì)5050年代衛(wèi)星大地測量年代衛(wèi)星大地測量 物理大地測量在這階段的進展

36、物理大地測量在這階段的進展 1.大地測量邊值問題理論的提出大地測量邊值問題理論的提出 英國學(xué)者斯托克司英國學(xué)者斯托克司( (G.G.Stokes)G.G.Stokes)把真正的地球重力位分把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動位兩部分，實際的重力分為正常重力和為正常重力位和擾動位兩部分，實際的重力分為正常重力和重力異常兩部分，在某些假定條件下進行簡化，通過重力異重力異常兩部分，在某些假定條件下進行簡化，通過重力異常的積分，提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動位計算公式常的積分，提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動位計算公式和大地水準(zhǔn)面起伏公式。后來，荷蘭學(xué)者維寧和大地水準(zhǔn)面起伏公式。后來，荷蘭學(xué)者維寧

37、曼尼茲曼尼茲(F.A.Vening Meinesz)根據(jù)斯托克司公式推出了以大地水準(zhǔn)面根據(jù)斯托克司公式推出了以大地水準(zhǔn)面為參考面的垂線偏差公式。為參考面的垂線偏差公式。 2.2.提出了新的橢球參數(shù)提出了新的橢球參數(shù) 赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。我國高精度天文大地網(wǎng)的建立我國高精度天文大地網(wǎng)的建立 1951-1975年：一等三角點年：一等三角點5萬多個，全長萬多個，全長7.5多萬公里，二等鎖，一多萬公里，二等鎖，一等導(dǎo)線等，等導(dǎo)線等，19721982年平差數(shù)據(jù)處理，年平差數(shù)據(jù)處理，1980國家大地坐標(biāo)系。國家大地坐標(biāo)系。我國高精度重

38、力網(wǎng)的建立我國高精度重力網(wǎng)的建立 1981年開始絕對與相對重力測量，年開始絕對與相對重力測量，11個絕對重力點（基準(zhǔn)點），個絕對重力點（基準(zhǔn)點），40多個（基本點），重力網(wǎng)的平差，多個（基本點），重力網(wǎng)的平差，1985年國家重力基本網(wǎng)形年國家重力基本網(wǎng)形成。成。 主要技術(shù)主要技術(shù) EDM, GPS, VLBI: SLR; INS: 20世紀(jì)下半葉，以電磁波測距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長世紀(jì)下半葉，以電磁波測距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長基線干涉測量等為代表的新的測量技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測基線干涉測量等為代表的新的測量技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測量帶來了革命性的變革，大地測量學(xué)進入了以空間測

39、量技術(shù)為代量帶來了革命性的變革，大地測量學(xué)進入了以空間測量技術(shù)為代表的現(xiàn)代大地測量發(fā)展的新時期。表的現(xiàn)代大地測量發(fā)展的新時期。l第四階段第四階段：現(xiàn)代大地測量新時期現(xiàn)代大地測量新時期 3.2 大地測量的展望大地測量的展望 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)( (GPS)GPS)，激光測衛(wèi)激光測衛(wèi)( (SLR)SLR)以及甚長基線干涉以及甚長基線干涉測量測量( (VLBI),VLBI),慣性測量統(tǒng)慣性測量統(tǒng)( (INS)INS)是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要空間空間大地測量技術(shù)大地測量技術(shù) 用衛(wèi)星測量、激光測衛(wèi)及甚長基線干涉測量等空間大地測量用衛(wèi)星測量、激光測衛(wèi)及甚長基線干涉測量等空

40、間大地測量技術(shù)建立大規(guī)模、高精度、多用途的技術(shù)建立大規(guī)模、高精度、多用途的空間大地測量控制網(wǎng)空間大地測量控制網(wǎng)，是確定地球基本參數(shù)及其重力場，建立大地基準(zhǔn)參考框架，是確定地球基本參數(shù)及其重力場，建立大地基準(zhǔn)參考框架，監(jiān)測地殼形變，保證空間技術(shù)及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準(zhǔn)等監(jiān)測地殼形變，保證空間技術(shù)及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準(zhǔn)等科技任務(wù)的科技任務(wù)的主要技術(shù)方案。主要技術(shù)方案。 精化地球重力場模型是大地測量學(xué)的精化地球重力場模型是大地測量學(xué)的重要發(fā)展目標(biāo)重要發(fā)展目標(biāo)。 第二章第二章 坐標(biāo)與時間系統(tǒng)坐標(biāo)與時間系統(tǒng)l天文學(xué)的基本概念天文學(xué)的基本概念地球運轉(zhuǎn)可分為四類：地球運轉(zhuǎn)可分為四類：1 1）與銀河系一起在

41、宇宙中運動；與銀河系一起在宇宙中運動；2)2)在銀河在銀河系內(nèi)與太陽一起旋轉(zhuǎn)；系內(nèi)與太陽一起旋轉(zhuǎn)；3)3)與其它行星一起繞太陽旋轉(zhuǎn)與其它行星一起繞太陽旋轉(zhuǎn)( (地球公轉(zhuǎn)地球公轉(zhuǎn)- -周周年視運動）；年視運動）；4)4)地球的自轉(zhuǎn)（周日視運動）。地球的自轉(zhuǎn)（周日視運動）。2.1 地球的運動地球的運動所謂天球，是指以地球質(zhì)心所謂天球，是指以地球質(zhì)心O O為中心，為中心，半徑半徑 r r為任意長度的一個假想的球體。為任意長度的一個假想的球體。在天文學(xué)中，通常把天體投影到天球在天文學(xué)中，通常把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標(biāo)來表達(dá)或的球面上，并利用球面坐標(biāo)來表達(dá)或研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。

42、研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。天球的概念天球的概念l地球的運轉(zhuǎn)地球的運轉(zhuǎn)2.1 2.1 地球的運動地球的運動 天軸與天極天軸與天極: 地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點 PN 和和 PS 稱為稱為天極天極，其中，其中 PN 稱為北天極，稱為北天極， PS 為南天極。為南天極。 天球赤道面與天球赤道天球赤道面與天球赤道: 通過地球質(zhì)心通過地球質(zhì)心 O 與天軸垂直的平面稱為與天軸垂直的平面稱為天球赤道面。天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球天球赤道面。天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相交的大圓稱為天球赤道。相交的大圓稱為天

43、球赤道。天球的參考點、線、面天球的參考點、線、面2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)）天球子午面與子午圈天球子午面與子午圈: 含天軸并通過任含天軸并通過任一點鉛垂線的平面，稱為天球子午面，一點鉛垂線的平面，稱為天球子午面，天球子午面與天球相交的大園稱為天球天球子午面與天球相交的大園稱為天球子午圈。子午圈。時圈時圈: 通過天軸的平面與天球相交的大通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時圈。圓均稱為時圈。 黃道黃道: 地球公轉(zhuǎn)的軌道面地球公轉(zhuǎn)的軌道面(黃道面黃道面)與天球相交的大園稱為與天球相交的大園稱為黃道黃道。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為23

44、.5度。度。 黃極黃極: 通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點，通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點，稱為稱為黃極黃極。其中靠近北天極的交點稱為。其中靠近北天極的交點稱為北黃極北黃極，靠近南天極的，靠近南天極的交點稱為交點稱為南黃極南黃極。 春分點與秋分點春分點與秋分點: 黃道與赤道的兩個交點稱為黃道與赤道的兩個交點稱為春分點春分點和和秋分點秋分點。視太陽在黃道上從南半球向北半球運動時，黃道與天球赤道的視太陽在黃道上從南半球向北半球運動時，黃道與天球赤道的交點稱為春分點，用交點稱為春分點，用 表示。表示。 在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運動時，在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運動時，春分點春分點

45、和和天球赤道面天球赤道面，是建立，是建立參考系的重要參考系的重要基準(zhǔn)點基準(zhǔn)點和和基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面 赤經(jīng)與赤緯赤經(jīng)與赤緯: 地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱為地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱為赤緯赤緯, 春分點的天球子午面與過天體的天球子午面的夾角為春分點的天球子午面與過天體的天球子午面的夾角為赤經(jīng)赤經(jīng)。2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)）北北天天極極南黃極南黃極北黃極北黃極天球子午圈天球子午圈天軸天軸南天極南天極春分點春分點赤緯赤緯赤經(jīng)赤經(jīng)黃赤交角黃赤交角天球的參考點、線、面和園天球的參考點、線、面和園 1、地球的公轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn) 開普勒三大運動定律：開普勒三大運動定律：

46、 運動的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個焦點上；運動的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個焦點上； 在單位時間內(nèi)掃過的面積相等；在單位時間內(nèi)掃過的面積相等； 運動的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數(shù)。運動的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數(shù)。2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)）開普勒三大定律決定了地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的特征：開普勒三大定律決定了地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的特征：1 1）橢圓軌道（黃道）橢圓軌道（黃道）2 2）軌道上運動速度，近日點）軌道上運動速度，近日點14710km,14710km,遠(yuǎn)日點遠(yuǎn)日點15210km.15210km.3)3)運行時間由長半軸大小決定，一恒星年。運行時間

47、由長半軸大小決定，一恒星年。 2、地球的自轉(zhuǎn)、地球的自轉(zhuǎn) (1) 地軸方向相對于空間變化歲差和章動地軸方向相對于空間變化歲差和章動 地球自轉(zhuǎn)軸在空間的變化，是日月引力的共同結(jié)果。使得地球地球自轉(zhuǎn)軸在空間的變化，是日月引力的共同結(jié)果。使得地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，類似于旋轉(zhuǎn)陀螺，形的旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，類似于旋轉(zhuǎn)陀螺，形成一個倒圓錐體成一個倒圓錐體(見圖見圖),其錐角等于黃赤交角其錐角等于黃赤交角=23.5 ，旋轉(zhuǎn)周，旋轉(zhuǎn)周期為期為26000年，這種運動稱為年，這種運動稱為日月歲差日月歲差，其它行星對地球的微，其它行星對地球的微小引力，不足以改變地軸的方向，但使黃道面

48、產(chǎn)生微小變化，小引力，不足以改變地軸的方向，但使黃道面產(chǎn)生微小變化，導(dǎo)致春分點位置產(chǎn)生微小變化，這種現(xiàn)象為導(dǎo)致春分點位置產(chǎn)生微小變化，這種現(xiàn)象為行星歲差行星歲差，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為歲差歲差，是地軸方向相對于空間的長周期運動是地軸方向相對于空間的長周期運動。歲差使春分點每。歲差使春分點每年向西移動年向西移動50.32.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)）2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)） 月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱為月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱為白道白道，月球運行的軌道以及，月球運行的軌道以及月地之間距離是不斷變化的，使得月球引力產(chǎn)生的大小和月地之間距離是不斷變化的，使得月球引力產(chǎn)生的大小和方向

49、不斷變化，從而導(dǎo)致北天極在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌方向不斷變化，從而導(dǎo)致北天極在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小園，而是類似園的波浪曲線向西運動，即道不是平滑的小園，而是類似園的波浪曲線向西運動，即地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加周期為地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加周期為18.6年且振幅為年且振幅為9.21的的短周期運動短周期運動。這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為章動章動。 考慮歲差和章動的共同影響：考慮歲差和章動的共同影響： 真（瞬時）旋轉(zhuǎn)軸真（瞬時）旋轉(zhuǎn)軸 真（瞬時）天極真（瞬時）天極 真（瞬時）天球赤道真（瞬時）天球赤道 真（瞬時）春分點真（瞬時）春分點 考慮歲差的影響：考慮歲差的影響：瞬時平天極瞬時平

50、天極。2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)） (2)地軸相對于地球本身相對位置變化（極移）地軸相對于地球本身相對位置變化（極移） 地球自轉(zhuǎn)軸存在相對于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對位地球自轉(zhuǎn)軸存在相對于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對位置變化，從而導(dǎo)致極點在地球表面上的位置隨時間而變化，置變化，從而導(dǎo)致極點在地球表面上的位置隨時間而變化，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為極移極移。某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為。某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為瞬時極瞬時極，某段時間內(nèi)地極的平均位置稱為，某段時間內(nèi)地極的平均位置稱為平極平極。 1967年天文聯(lián)合會年天文聯(lián)合會(IAU)和大地測量與地球物理聯(lián)合會和大地測量與地球

51、物理聯(lián)合會(IUGG) 采用國際上采用國際上5個緯度服務(wù)個緯度服務(wù)(ILS)站以站以19001905年年的觀測結(jié)果，定義一個的觀測結(jié)果，定義一個1903.0平極，通常稱為平極，通常稱為國際協(xié)議原國際協(xié)議原點點CIO (Conventional International Origin) 2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)） 國際極移服務(wù)國際極移服務(wù) ( IPMS,1962 ) 和國際時間局和國際時間局( BIH ,1919)等機等機構(gòu)分別用不同的方法得到協(xié)議地球極（構(gòu)分別用不同的方法得到協(xié)議地球極（CTP），），1984.0為參為參考?xì)v元的考?xì)v元的CPT被廣泛使用，被廣泛使用，WGS1

52、984、ITRF框架采用框架采用BIH1984.0的的CPT作為作為Z軸的指向。軸的指向。 與與CIO相應(yīng)的地球赤道相應(yīng)的地球赤道面稱為面稱為協(xié)議赤道面協(xié)議赤道面 。2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)）(3)地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長變化）地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長變化） 地球自轉(zhuǎn)不是均勻的，存在著多種短周期變化和長期變地球自轉(zhuǎn)不是均勻的，存在著多種短周期變化和長期變化，短周期變化是由于地球周期性潮汐影響，長期變化表現(xiàn)化，短周期變化是由于地球周期性潮汐影響，長期變化表現(xiàn)為地球自轉(zhuǎn)速度緩慢變小。地球的自轉(zhuǎn)速度變化，導(dǎo)致日長為地球自轉(zhuǎn)速度緩慢變小。地球的自轉(zhuǎn)速度變化，導(dǎo)致日長的視擾動和緩慢變長，從

53、而使以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的時間尺度的視擾動和緩慢變長，從而使以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的時間尺度產(chǎn)生變化。產(chǎn)生變化。Y (West)X (Greenwich)pxpy12()()()ppM CTITRyRx 2.1 2.1 地球的運動地球的運動（續(xù)續(xù)）2.2 2.2 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng) 大地測量學(xué)研究的對象是隨時間變化的，其觀測量與時間密切大地測量學(xué)研究的對象是隨時間變化的，其觀測量與時間密切相關(guān)。在衛(wèi)星導(dǎo)航與定位中時間是重要參數(shù)。相關(guān)。在衛(wèi)星導(dǎo)航與定位中時間是重要參數(shù)。 時間的描述包括時間時間的描述包括時間原點、單位（尺度）原點、單位（尺度）兩大要素兩大要素。時間是物。時間是物質(zhì)運動過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測

54、量時間單位的基本原則是選取一質(zhì)運動過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測量時間單位的基本原則是選取一種物質(zhì)的運動。時間的特點是連續(xù)、均勻。種物質(zhì)的運動。時間的特點是連續(xù)、均勻。地球定向參數(shù)地球定向參數(shù)EOP): 描述地球自轉(zhuǎn)運動規(guī)律描述地球自轉(zhuǎn)運動規(guī)律(歲差、章動、極移歲差、章動、極移、自轉(zhuǎn)速度變化、自轉(zhuǎn)速度變化)的參數(shù)。的參數(shù)。地球自轉(zhuǎn)參數(shù)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(ERP)：描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移的參數(shù)。的參數(shù)。 EOP = ERP + 歲差歲差 + 章動章動其數(shù)值可以在國際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)其數(shù)值可以在國際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)網(wǎng)站網(wǎng)站( )上得上得到。到。p周期運動滿

55、足如下三項要求，可以作為計量時間的方法。周期運動滿足如下三項要求，可以作為計量時間的方法。 運動是連續(xù)的；運動是連續(xù)的； 運動的周期具有足夠的穩(wěn)定性；運動的周期具有足夠的穩(wěn)定性； 運動是可觀測的。運動是可觀測的。p選取的物理對象不同，時間的定義不同選取的物理對象不同，時間的定義不同: 地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動等都可作為計量時間的方法。地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動等都可作為計量時間的方法。 p幾種較常用時間系統(tǒng)：幾種較常用時間系統(tǒng)： 恒星時（恒星時（ST=Sidereal Time)；平太陽時；平太陽時(MT) 世界時；歷書時與力學(xué)時世界時；歷書時與力學(xué)時 ； 原子時原子時 協(xié)調(diào)世界時協(xié)調(diào)世界時

56、 GPS時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)2.2 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)n恒星時恒星時(ST=Sidereal Time)以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的時以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的時間，稱為間，稱為恒星時恒星時。 春分點連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈春分點連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈上中天上中天的時間間隔為一個的時間間隔為一個恒星日恒星日，分為，分為24個恒星時，某一地點的地方恒星時，在數(shù)個恒星時，某一地點的地方恒星時，在數(shù)值上等于春分點相對于這一地方子午圈的時角。值上等于春分點相對于這一地方子午圈的時角。上中天：上中天：天體經(jīng)過某地子午圈為天體中天，過上子午圈為天體經(jīng)過某地子午圈為天體中天

57、，過上子午圈為上中天。上中天。 地方真恒星時地方真恒星時(LAST)、地方、地方平恒星時平恒星時(LMST)、格林尼治格林尼治真恒星時真恒星時(GAST)、 格林尼治平恒星時格林尼治平恒星時(GMST)之間的關(guān)之間的關(guān)系：系： 2.2 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)2.2 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)(續(xù)續(xù))2.2 時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)(續(xù)續(xù)) cosGMSTGASTLMSTLASTGMSTLMSTASTG LAST 由于歲差與章動的影響，春分點分為真春分點與平春分點，由于歲差與章動的影響，春分點分為真春分點與平春分點，恒星時分為真恒星時恒星時分為真恒星時(LAST)(LAST)與平恒星時與平恒星時(LMST)(LMST)

58、。1UTGMSTGMST0h UT1r3620h UT1102 . 6093104. 0 812866.864018454841.24110GMSTTTTsss21511109 . 5109006. 5507950027379093. 1TTr式中：式中：為黃經(jīng)章動為黃經(jīng)章動; ;為黃赤交角為黃赤交角T為為J2000.0J2000.0至計算歷元間的儒略世紀(jì)數(shù)至計算歷元間的儒略世紀(jì)數(shù)。2.2時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)(續(xù)續(xù))n世界時世界時UT （Universal Time） 以真太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的時間，稱為以真太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的時間，稱為真太陽時真太陽時。真太

59、陽日真太陽日就是真太陽連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上中天就是真太陽連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上中天（上子午圈）所經(jīng)歷的時間。（上子午圈）所經(jīng)歷的時間。 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度不均勻。近日點快、遠(yuǎn)日點慢。真太陽地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度不均勻。近日點快、遠(yuǎn)日點慢。真太陽日在近日點最長、遠(yuǎn)日點最短日在近日點最長、遠(yuǎn)日點最短。太陽的周年視運動太陽的周年視運動BAABBA 地球的公轉(zhuǎn)速度不斷變化，在軌地球的公轉(zhuǎn)速度不斷變化，在軌道的任何地方真太陽日彼此都不道的任何地方真太陽日彼此都不相等。相等。假設(shè)以平太陽為參考點，其速度等于真太陽周年運動的平均速度。假設(shè)以平太陽為參考點，其速度等于真太陽周年運動的平均速度。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過

60、同一子午圈的時間間隔，稱為一個平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈的時間間隔，稱為一個平太陽日平太陽日AB時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)( (續(xù)續(xù)) ) 1回歸年長回歸年長365.2422平太陽日平太陽日366.2422恒星日恒星日 1平太陽日（平太陽日（11/365.2422) 恒星日恒星日 民用中采用：整年為民用中采用：整年為365天，閏年為天，閏年為366天（每天（每4年閏一年）年閏一年） 平太陽日：平太陽日：以平子夜的瞬時作為時間的起算零點。以平子夜的瞬時作為時間的起算零點。平太陽兩次經(jīng)過春分點的時間間隔為平太陽兩次經(jīng)過春分點的時間間隔為一回歸年一回歸年 。以格林尼治平子夜為零時起算的平太陽時稱為以格林尼治