大地測量第一章緒論

大地測量學(xué)基礎(chǔ)

大地控制測量章緒論§1.1大地測量學(xué)的定義和作用§1.2大地測量學(xué)的基本體系和內(nèi)容§1.3大地測量學(xué)的發(fā)展簡史與展望大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!引言以前學(xué)習(xí)的測量學(xué)（地形測量學(xué)）是在小范圍內(nèi)進(jìn)行，視為平面，地形圖為垂直投影。大范圍為曲面，怎樣把地形圖拼接？怎樣處理觀測成果？測圖、定位需要坐標(biāo)，需要建立坐標(biāo)系，如何建立合理的坐標(biāo)系？通常用大地水準(zhǔn)面包圍的形體——大地體來表示地球形狀，大地體的形狀到底怎樣？怎樣測定大地水準(zhǔn)面起伏？我們知道可以用地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）、空間直角坐標(biāo)（X，Y，Z）和高斯平面直角坐標(biāo)（x,y）表示地面點(diǎn)位，它們之間如何換算？如何在大范圍內(nèi)進(jìn)行精密測量？大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一、大地測量學(xué)的定義最初：陸地測量。發(fā)展：測量和描繪地球表面的科學(xué)。包含海洋測量，測定地球形狀，顧及地球曲率的測量。區(qū)分：高等大地測量學(xué)——理論大地測量學(xué)；普通大地測量學(xué)——地形測量學(xué)（測量學(xué)）現(xiàn)代：在一定的時(shí)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)測其變化的學(xué)科。(行星)（為人類活動(dòng)提供關(guān)于地球的空間信息的一門學(xué)科）大地測量學(xué)是地球科學(xué)中的一個(gè)分支，是發(fā)展最活躍、最具重要地位的一個(gè)分支。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!

現(xiàn)代大地測量的特征⑴研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）⑵從分維式到整體式⑶從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從幾何空間到物理-幾何空間。⑷觀測精度越高，相對精度達(dá)到10-8～10-9，絕對精度可到達(dá)毫米。⑸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。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!四、大地測量學(xué)的分支幾何大地測量學(xué)物理大地測量學(xué)空間大地測量學(xué)（一）幾何大地測量學(xué)（即天文大地測量學(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：國家大地測量控制網(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(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。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!大地測量學(xué)的分支（續(xù)）從研究內(nèi)容分1、應(yīng)用大地測量學(xué)：建立國家大地測量控制網(wǎng)2、橢球大地測量學(xué)：坐標(biāo)系建立、地球橢球性質(zhì)、以及投影數(shù)學(xué)變換3、大地天文測量學(xué)：測量天文經(jīng)度、天文緯度及天文方位角4、大地重力測量：研究重力場及重力測量方法5、測量平差：大地測量控制網(wǎng)平差計(jì)算現(xiàn)代大地測量學(xué)交叉：海洋大地測量學(xué)；宇宙大地測量學(xué)；動(dòng)態(tài)大地測量學(xué)；衛(wèi)星大地測量；慣性大地測量學(xué)；數(shù)學(xué)大地測量學(xué)；整體大地測量學(xué)；相對大地測量學(xué)；四維大地測量學(xué)；現(xiàn)代大地測量數(shù)據(jù)處理學(xué)等等大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!六、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(jì)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(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著獨(dú)具風(fēng)貌的特殊作用大地測量是發(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、航天飛機(jī)、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大地測量在當(dāng)代地球科學(xué)研究中的地位顯得越來越重要大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!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)識推進(jìn)到向兩極略扁的橢球。行星運(yùn)動(dòng)定律：1619年德國的開普勒(J.Kepler)發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)三大定律；重力測量：1673年荷蘭的惠更斯(C.Huygens)提出用擺進(jìn)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sin２φ(φ——地理緯度)成比例地增加。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。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!物理大地測量標(biāo)志性成就：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)，且各層密度由地心向外逐層按一定法則減少，該橢球面上緯度φ的一點(diǎn)的重力加速度按下式計(jì)算：q為赤道上的離心力與赤道上重力加速度之比，α為橢球扁率①同一水準(zhǔn)面上的重力值隨緯度變化而變化；②同一水準(zhǔn)面上赤道上重力值有最小值，兩極處有最大值。③通過重力測量可以推求地球的大小。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!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。幾何大地測量學(xué)在這階段的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾方面：1.天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)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（1800－1900印度，一等三角網(wǎng)2萬公里，平均邊長45公里；1911－1935美國一等7萬公里；1924-1950蘇聯(lián)，7萬多公里)2.因瓦基線尺出現(xiàn)，帶平行玻璃板測微器的水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!第四階段：現(xiàn)代大地測量新時(shí)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，使大地測量定位、確定地球參數(shù)及重力場，構(gòu)筑數(shù)字地球等基本測繪任務(wù)都以嶄新的理論和方法來進(jìn)行。從此大地測量學(xué)進(jìn)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(shí)期。

GPS--全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)SLR--激光測衛(wèi)，SLL--激光測月VLBI--甚長基線干涉測量INS--慣性測量系統(tǒng)DORIS--衛(wèi)星多普勒定位和無線電定位系統(tǒng)大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!結(jié)束謝謝!大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!衛(wèi)星激光測距

測定激光由地面站發(fā)射經(jīng)衛(wèi)星反射到地面站接收的時(shí)間間隔,計(jì)算觀測時(shí)刻地面到衛(wèi)星的距離.目前的距離測量精度已經(jīng)達(dá)到厘米級.Lageos衛(wèi)星的人衛(wèi)激光觀測資料對目前低階重力場的確定起到重要作用.大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!裝有激光發(fā)射棱鏡的衛(wèi)星大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!衛(wèi)星測高大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!全球定位系統(tǒng)（GPS）1989年發(fā)射工作衛(wèi)星1994年部署完24顆衛(wèi)星系統(tǒng)由三大部分組成：1、GPS衛(wèi)星2、地面控制部分3、用戶部分大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!二、大地測量學(xué)的特點(diǎn)經(jīng)典大地測量特點(diǎn)：橢球體剛體靜態(tài)只有幾何意義范圍較小現(xiàn)代大地測量特點(diǎn)：彈性體動(dòng)態(tài)物理意義；以空間大地測量為特征，范圍大。大地測量學(xué)是地學(xué)基礎(chǔ)性學(xué)科，又是應(yīng)用地學(xué)學(xué)科；大地測量學(xué)理論性強(qiáng)，需要很多數(shù)學(xué)、物理知識，實(shí)踐性越來越弱。因此，它既是專業(yè)課，又是專業(yè)基礎(chǔ)課。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!三、大地測量學(xué)的基本任務(wù)1、經(jīng)典大地測量學(xué)的基本任務(wù)1）技術(shù)任務(wù)：建立一個(gè)國家或地區(qū)的大地控制網(wǎng)2）科學(xué)任務(wù)：研究地球的形狀、大小和地球外部重力場2、現(xiàn)代大地測量學(xué)的基本任務(wù)1）建立和維持高精度的慣性和地固參考系；建立和維持全球性或地區(qū)性的三維坐標(biāo)網(wǎng)（包括海底大地網(wǎng)），以一定的時(shí)間尺度長期監(jiān)測這些網(wǎng)隨時(shí)間的變化。2）監(jiān)測和解釋各種地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象3）測定地球形狀、大小和地球外部重力場的精細(xì)結(jié)構(gòu)及隨時(shí)間的變化。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!（二）物理大地測量學(xué)（即理論大地測量學(xué)）基本任務(wù)：是用物理方法(重力測量)確定地球形狀及其外部重力場。主要內(nèi)容：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。（三）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地測量的理論、技術(shù)與方法。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!五、大地測量學(xué)的基本內(nèi)容建立和維持國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)，以滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的需要。研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(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，測量數(shù)據(jù)庫建立及應(yīng)用等。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)大地測量計(jì)算。研究為獲得高精度測量成果的儀器和方法等。確定地球形狀及外部重力場及其隨時(shí)間的變化，建立統(tǒng)一的大地測量坐標(biāo)系，研究地殼形變(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等。研究月球及太陽系行星的形狀及重力場。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!七、大地測量學(xué)的發(fā)展簡史

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，用大地法得到對應(yīng)的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量）。公元前3世紀(jì)，亞歷山大學(xué)者埃拉托色尼進(jìn)行了弧度測量，估算出地球半徑（與現(xiàn)代值大約差100km）用這種方法解決地球大小問題分為兩種測量：一是屬于天文部分：子午圈弧長兩端點(diǎn)的緯度差一是屬于大地部分：兩端點(diǎn)間的子午圈弧長。

用天文大地測量方法確定地球大小的原則至今使用大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!幾何大地測量標(biāo)志性成果：長度單位的建立：取子午圈弧長的四千萬分之一作為長度單位，稱為1m。最小二乘法的提出：法國的勒讓德(A.M.Legendre)，德國的高斯(C.F.Gauss)。橢球大地測量學(xué)的形成，解決了橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測量計(jì)算，以及將橢球面投影到平面的正形投影方法。在這個(gè)領(lǐng)域，高斯、勒讓德及貝塞爾(F.W.Bessel)作出了巨大貢獻(xiàn)?；《葴y量大規(guī)模展開。由于帶有測微機(jī)構(gòu)的經(jīng)緯儀，精確長度桿尺及基線尺，緯度及天文方位角觀測方法等新技術(shù)的出現(xiàn)和使用，促進(jìn)了弧度測量的發(fā)展。在這期間主要有以英、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。推算了不同的地球橢球參數(shù)。貝賽爾：a＝6377397m，α＝1∶299.1

克拉克：a＝6378249m，α＝1∶293.5大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!物理大地測量標(biāo)志性成就：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(gè)參考坐標(biāo)系中，引力位對被吸引點(diǎn)三個(gè)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。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(shí)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。重力測量有了進(jìn)展。設(shè)計(jì)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(dòng)了重力測量的發(fā)展。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!物理大地測量在這階段的進(jìn)展是：1.大地測量邊值問題理論的提出：

英國學(xué)者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動(dòng)位兩部分，實(shí)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(jìn)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(dòng)位計(jì)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.VeningMeinesz)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.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大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!八、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),慣性測量系統(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)。大地測量章緒論共30頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!空間大地測量的觀測方法1、衛(wèi)星攝影法2、衛(wèi)星多普勒3、衛(wèi)星激光測距