大地测量学
大地测量学
大地测量学大地测量学是地球学科的重要分支，是测绘科学的基础学科，在测绘专业的课程设置中占有重要的地位和作用。
其主要测定地球大小；研究地球形状；测定地面点的几何位置，将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上，用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置，用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。
这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。
就其本质来说，他是一门地球信息学，即为人类的活动提供地球空间信息的学科。
大地测量学的的内容包括几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学。
几何大地测量学主要是研究确定地球形状、大小和确定地面点三维空间的理论及技术、因此有关精密的角度、距离测量、水准测量，地球椭圆球体的参数及模型，椭圆面上测量成果的计算、平差、投影变换以及大地控制网建立的原理和技术方法等，是几何大地测量学的基本内容。
物理大地测量学研究用武力方法（重力测量）确定地球的形状及外部重力场。
它的主要内容是重力测量及其归化、地球及外部重力场模型、大地测量边值问题、重力为理论、球谐函数、利用重力测量研究地球形状及椭圆球体参数等。
空间大地测量学是研究以卫星及其它空间探测器实施大地测量的理论和技术。
主要内容包括卫星多普勒技术，海洋卫星雷达测高，激光卫星测距以及卫星定位系统（GPS)和GLONASS，我国的“北斗”卫星定位导航系统，卫星定位定轨理论以及应用卫星及空间探测器在全国性大地测量控制网，全球性的地球动态参数求定和重力场模型的精华、地壳形变、板块运功的、海空导航、导弹制导等方面的研究。
因此较确切地讲。
空间大地测量学的开创。
使大地测量学迈入了以可变地球为研究对象，实施全球动态就对测量的现代大地测量新时期。
学科发展史——萌芽阶段在17世纪以前，大地测量只是处于萌芽状态。
公元前 3世纪，亚历山大的埃拉托斯特尼首先应用几何学中圆周上一段弧AB的长度S、对应的中心角r同圆半径R的关系，估计了地球的半径长度，由于圆弧的两端A和B大致位于同一子午圈上，以后在此基础上发展为子午弧度测量。
大地测量学
1、大地测量学的定义、作用及基本内容。
定义：在一定的时间—空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的形状及其重力场并监测其变化为人类活动提供空间信息的一门学科。
作用：①大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用。
②大地测量学在防灾，减灾救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用。
③大地测量学是发展空间技术和国防建设的重要保障。
④大地测量在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。
基本内容：①确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。
②研究月球及太阳系行星的形状及重力场。
③建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要。
研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。
研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算。
研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。
2、什么是大地测量基准？用于定义地球参考椭球的一系列参数，主要包括椭球的大小和形状，椭球短半轴，椭球中心的位置。
3、什么是椭球定位与定向？椭球定向一般应满足那些条件？椭球定位：确定椭球中心的位置，可分为两类：局部定位和地心定位。
椭球定向：确定椭球旋转轴的方向。
椭球定向满足两个平行条件：①椭球短轴平行于地球自转轴。
②大地起始子午面平行于天文起始子午面。
4、什么是天球坐标系，地固坐标系，地心地固坐标系，参心地固坐标系？天球坐标系——用于研究天体和人造卫星的定位与运动，为了确定天球上某一点的位置所引进的坐标系。
地固坐标系——也称地球坐标系，是固定在地球上与地球一起旋转的坐标系。
地心地固坐标系——以总地球椭球为基准的坐标系，与地球体固连在一起且与地球同步运动，以地心为原点的坐标系。
参心地固坐标系——以参考椭球为基准的坐标系，与地球固连在一起且与地球同步运动，以参考椭球的中心为原点的坐标系。
大地测量学基础知识
第一章1.大地测量学的定义大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时。
以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。
大地测量学
第一章绪论1、大地测量学的任务：一是精确确定地面点位及其变化，二是研究地球重力场、地球形状和地球动力现象。
2、大地测量的作用：（一）在地形图测绘、工程建设和交通运输方面的作用一是控制测图误差的积累。
二是统一坐标系统。
三是解决椭球面和平面的矛盾。
（二）在空间技术应用和国防建设中的作用（三）在地球科学研究中的作用（四）在资源开发、环境监测与保护中的作用（五）在防灾、减灾和救灾中的作用3、大地测量学的分类：一、按照研究地球空间的范围大小分：理论大地测量学、大地控制测量学、海洋大地测量学、工程大地测量学二、按照所研究地球的时空属性分：几何大地测量学、物理大地测量学、动力大地测量学、整体大地测量学三、按实现基本任务的技术手段分：地面大地测量学、空间大地测量学、惯性大地测量学第二章1、天文测量是研究如何运用测量天体的方法来确定地面点在地球上的位置和某一方向线的方向，即地面地面点的天文经纬度和到某方向的天文方位角。
2、天球与地球自转有关的几个基本圈、线、点P373、天体（球）的周日视运动：一种直观的由于地球由西向东自转而产生的天球或天体的视运动4、黄赤交角：黄道面与赤道面的夹角。
用g表示。
g=23°27′黄道面：地球绕太阳公转的平均轨道面5、时间系统时间是物质存在和运行的客观形式。
原则：选择一种连续而均匀的物质运动周期作为计量时间单位的标准，而且这种运动周期是可以测定和复制的。
根据这一原则已选择三种物质建立时间单位：地球自转、地球公转、原子内部能级跃迁。
恒星时系统：选春分点作为参考点，用它的周日视运动周期所确定的时间计量系统。
真太阳时，选取真太阳为参考点，并以周日视运动周期为基准所建立的一种时间计量系统。
平太阳时，选取平太阳为参考点，并以其周日视运动周期为基准建立的一种时间计量系统。
6、地球重力就是单位质点所受的地球引力和地球自转离心力的合力。
绝对重力测量指直接测定一点的重力值。
有两种方法，一种是利用可倒摆测定；另一种就是运用物体的自由运动测定。
《大地测量学》课件
激光雷达地形测量
利用激光雷达技术获取高 精度地形数据，常用于数 字高程模型（DEM）的建 立。
激光雷达遥感
通过激光雷达技术获取地 表信息，用于地质、环境 监测等领域。
其他大地测量技术与方法
重力测量
利用重力加速度的差异来测定地球重力场参数，常用于地球 物理研究。
惯性导航
利用惯性传感器来测定运动物体的姿态、位置和速度，常用 于海洋和航空导航。
大地测量学的应用领域
• 总结词：大地测量学的应用领域非常广泛，包括地理信息系统、资源调 查、城市规划、灾害监测等。
• 详细描述：大地测量学在地理信息系统中的应用主要是提供高精度、高分辨率的地理信息数据，用于地图制作、土地规 划、环境监测等领域。在资源调查方面，大地测量学可以通过对地球的重力场和磁场进行测量，探测地下矿产资源，并 对海洋资源进行调查和监测。此外，大地测量学在城市规划中也有广泛应用，例如通过卫星遥感技术对城市环境进行监 测和评估，以及利用GPS技术对城市交通进行管理和优化。最后，大地测量学在灾害监测方面也发挥了重要作用，例如 通过大地测量技术对地震、火山、滑坡等自然灾害进行监测和预警。
大地测量在地理信息系统中的应用领域
基础地理信息获取
大地测量提供高精度的地 理坐标和地形数据，是GIS 获取基础地理信息的重要 手段。
地图制作与更新
大地测量数据可用于制作 高精度地图，并定期更新 以确保地图的准确性和现 势性。
空间分析与应用
大地测量数据与其他空间 数据结合，可进行空间分 析、规划、决策等应用。
大地测量在地理信
05
息系统中的应用
地理信息系统概述
地理信息系统定义
地理信息系统（GIS）是一种用于采集、存储、处理、分析和显示 地理数据的计算机系统。
大地测量学
大地测量学1．解释大地测量学，现代大地测量学由哪几部分组成？谈谈其基本任务和作用？大地测量学----是测绘学科的分支，是测绘学科的各学科的基础科学，是研究地球的形状、大小及地球重力场的理论、技术和方法的学科。
大地测量学的主要任务：测量和描述地球并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息。
具体表现在（1）、建立与维护国家及全球的地面三维大地控制网。
（2）、测量并描述地球动力现象。
（3）、测定地球重力及随时空的变化。
大地测量学由以下三个分支构成：几何大地测量学，物理大地测量学及空间大地测量学。
几何大地测量学的基本任务是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。
作用：可以用来精密的测量角度，距离，水准测量，地球椭球数学性质，椭球面上测量计算，椭球数学投影变换以及地球椭球几何参数的数学模型物理大地测量学的基本任务是用物理方法确定地球形状及其外部重力场。
主要内容包括位理论，地球重力场，重力测量及其归算，推求地球形状及外部重力场的理论与方法等。
空间大地测量学主要研究以人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。
2、大地测量学的发展经理了哪些阶段，简述各阶段的主要贡献和特点。
分为一下几个阶段：地球圆球阶段，地球椭球阶段，大地水准面阶段，现代大地测量新时期地球圆球阶段，首次用子午圈弧长测量法来估算地球半径。
这是人类应用弧度测量概念对地球大小的第一次估算。
地球椭球阶段，在这阶段，几何大地测量在验证了牛顿的万有引力定律和证实地球为椭球学说之后，开始走向成熟发展的道路，取得的成绩主要体现在一下几个方面：1）长度单位的建立 2）最小二乘法的提出 3）椭球大地测量学的形成 4）弧度测量大规模展开 5）推算了不同的地球椭球参数这个阶段为物理大地测量学奠定了基础理论。
大地水准面阶段，几何大地测量学的发展：1）天文大地网的布设有了重大发展，2）因瓦基线尺出现物理大地测量学的发展 1）大地测量边值问题理论的提出 2）提出了新的椭球参数现代大地测量新时期以地磁波测距、人造地球卫星定位系统及其长基线干涉测量等为代表的新的测量技术的出现，使大地测量定位、确定地球参数及重力场，构筑数字地球等基本测绘任务都以崭新的理论和方法来进行。
大地测量学
© 2000 McGraw-Hill
Introduction to Object-Oriented Programming with Java--Wu
Chapter 0 - 7
§1.1 大地测量学的定义和作用
2）要有一个精确的全球重力场模型，用来描述对飞行器 的约束。 重力场模型中位展开系数是卫星轨道动力方程中的 决定性参数。 在国防中的这种保障作用体现在： 从古代战争到现代战争，以及未来战争，都需要军事测 绘做保障，1）超前储备保障； 2）动态实时保障。 例如，战争区域中的电子地图，数字地图，军事目标的 三维坐标是现代战争中不可缺少的测绘文件，而这 些军事测绘资料都离不开大地测量手段取得。 4、在当代地球科学研究中的地位越来越重要。
© 2000 McGraw-Hill
Introduction to Object-Oriented Programming with Java--Wu
Chapter 0 - 8
§1.1 大地测量学的定义和作用
和重力测 块边界 用卫星测高技术SLR和重力测量数据测定海底板块边界 高技术 和重力 量数据测定海底板块边 分布情况，监测海水面变 分布情况，监测海水面变化，以高分辨率测定海底地形。 海水面 以高分辨率测定海底地形。 利用VLBI及SLR能以 及 能以1mm/秒的分辨率精确地测定板块 秒的分辨率精确地测 利用 能以 秒的分辨率精确地 定板块 相对运动，监测地壳运动，为解释板块运动、断裂、地震 监测地壳运动 地壳运 断裂、 活动提供科学依据。 提供科学依据。 总之，大地测量学是测绘科学的各个分支学科（包括工 大地测量学是测绘科学的各个分支学科（ 测绘科学的各个分支学科 程测量、海洋测绘、矿山测量、航测、地图制图及GPS等） 海洋测绘、 测绘 等 的基础学科。 的基础学科。因为大地测量学的基础理论、手段和方法 大地测量学的基础 为这些测绘学科提供了先决条件。 为这些测绘学科提供了先决条件。 学科提供研究全球或相当大范围内的地球， 各个测 不相互平行， 各个测站铅垂线不相互平行，同时 及地球重力场及形状， 顾及地球重力场及形状，因为地球 重力场对研究地球形状， 场对研究地球形状 重力场对研究地球形状，对高精度 量及数据处理有着不可忽视 测量及数据处理有着不可忽视的作 用和影响。 用和影响。
大地测量学
大地测量学的定义：大地测量学是在一定的时间—空间参考系统中，测量和描绘地球及其他星体的一门学科。
（研究和确定地球的形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科）。
现代定义精确测定地面点的空间位置，研究如何确定地球形状、大小和地球外部重力场的精细结构及重力场随时间的变化，探索地球动力学的一门科学。
大地测量学的基本内容：1建立统一的大地测量坐标系 2建立和维持国家和全球大地控制网 3研究为获得高精度测量成果的仪器和方法 4研究数据处理的理论的方法。
参考椭球：其大小及定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球。
水准面高度：大地水准面高度又称大地水准面差距N，似大地水准面高度又称高程异常ζ理论闭合差：由于水准面不平行，对应的Δh和Δh’不相等，水准环线高程闭合差也不等于零，称为理论闭合差。
大地水准面：我们把完全静止的海水面所形成的重力等位面，专称它为大地水准面正高：正高系统是以大地水准面为高程基准面，地面上任一点的正高是该点沿垂线方向至大地水准面的距离。
正常高：正常高系统是地面点到一个与大地水准面极为接近的基准面的距离，这个基准面称为似大地水准面。
空间直角坐标系：坐标原点位于总地球椭球(或参考椭球)质心；Z轴与地球平均自转轴相重合，亦即指向某一时刻的平均北极点；X轴指向平均自转轴与平均格林尼治天文台所决定的子午面与赤道面的交点G；Y轴与此平面垂直，且指向东为正。
法截面：过椭球面上任意一点可作垂直于椭球面的法线，包含这条法线的平面就叫法截面。
法截线（法截弧）：法截面与椭球面的交线。
卯酉圈：过某点法线的无数个法截面中，与子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合圈就称为卯酉圈。
大地线：椭球面上两点间的最短曲线叫做大地线。
大地主题正解：已知一点的大地经度、大地纬度以及该点至待求点的大地线长度和大地方位角，计算待求点的大地经度、大地纬度和待求点至已知点的大地方位角的解算。
大地主题反解：已知两点的大地经度和大地纬度，计算这两点间的大地线长度和正反大地方位角的解算。
大地测量学第一章绪论
六、大地测量学的发展简史
第一阶段：地球圆球阶段，从远古至17世纪，人们 用天文方法得到地面上同一子午线上两点的纬度 差，用大地法得到对应的子午圈弧长，从而推得 地球半径（弧度测量 ）。
公元前3世纪，亚历山大学者埃拉托色尼进行了弧度测量， 估算出地球半径（与现代值大约差100km）
用这种方法解决地球大小问题分为两种测量：
物理大地测量标志性成就：
2) 重力位函数的提出：为了确定重力与地球形状的关系， 法国的勒让德提出了位函数的概念。所谓位函数，即是 有这种性质的函数：在一个参考坐标系中，引力位对被 吸引点三个坐标方向的一阶导数,等于引力在该方向上 的分力。研究地球形状可借助于研究等位面。因此，位 函数把地球形状和重力场紧密地联系在一起。
5q
q 2a 1
2
当 90时 ,可 得 重 力 扁 率 :p ee
e
288
q为赤道上的离心力与赤道上重力加速度之比，α为椭球扁率
①同一水准面上的重力值随纬度变化而变化； ②同一水准面上赤道上重力值有最小值，两极处有最大值； ③通过重力测量可以推求地球的大小。
• 几何大地测量学
• 物理大地测量学 • 空间大地测量学 （一）几何大地测量学（即天文大地测量学）
• 基本任务：是确定地球的形状和大小及确定地面 点的几何位置。
• 主要内容：国家大地测量控制网(包括平面控制网 和高程控制网)建立的基本原理和方法，精密角度 测量，距离测量，水准测量；地球椭球数学性质， 椭球面上测量计算，椭球数学投影变换以及地球 椭球几何参数的数学模型等。
从19世纪下半叶至20世纪40年代，人们将对椭球 的认识发展到是大地水准面包围的大地体。
几何大地测量学在这阶段的进展主要体现在以下几 方面：
大地测量学
第一章绪论1、大地测量学：在一定时间、空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
最基本任务：测量和描绘地球并检测其变化，为人类活动提供关于地球等行星体的空间信息经典测量学是把地球假设为刚体不变，均匀旋转的球体或椭球体，并一定范围内测绘地和研究其形状、大小及外部重力场。
2、大地测量学地位及作用：（1）大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用。
（2）大地测量学在防灾减灾救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用。
（3）大地测量学是发展空间技术和国防建设的重要保障。
（4）大地测量学在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。
（5）大地测量学是测绘学科的各类分支学科（大地测量、工程测量、海洋测量、矿山测量、航空摄影测量与遥感、地图学与地理信息系统等）的基础学科。
3、大地测量学的三个基本分支：几何大地测量学、物理大地测量学及空间大地测量学。
4、现代大地测量学同传统大地测量学之间没有严格界限，但是现代大地测量学确实具有许多新的特征（测量范围大，动态方式，周期短，精度高）。
5、大地测量学的基本内容：（1）确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水平面地形及其变化等。
（2）研究月球及太阳系行星的形状及重力场。
（3）建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要.（4）研究为获得告警的测量成果的仪器和方法等。
（5）研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算。
（6）研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数据处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。
第二章坐标系统与时间系统1、地球的运转可分为四类：（1）与银河系一起在宇宙中运动。
（2）在银河系内与太阳系一起旋转。
（3）与其他行星一起绕太阳旋转（公转或周年视运动）（4）绕其瞬时旋转轴旋转（自转或周日视运动）。
大地测量学知识点
第一章大地测量学定义广义：大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
狭义：大地测量学是测量和描绘地球表面的科学。
包含测定地球形状与大小，测定地面点几何位置，确定地球重力场，以及在地球上进行必须顾及地球曲率的那些测量工作。
大地测量学最基本的任务是测量和描绘地球并监测其变化，为人类活动提供关于地球等行星体的空间信息。
P1 P4 P6(了解几个阶段、了解展望)大地测量学的地位和作用：1、大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用2、大地测量学在防灾、减灾、救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用3、大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障4、大地测量在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要5、大地测量学是测绘学科的各分支学科（其中包括大地测量、工程测量、海洋测量、矿山测量、航空摄影测量与遥感、地图学与地理信息系统等）的基础科学现代大地测量学三个基本分支：几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学第二章开普勒三大行星运动定律：1、行星轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上2、行星运动中，与太阳连线哎单位时间内扫过的面积相等3、行星绕轨道运动周期的平方与轨道长半轴的立方之比为常数地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动）（可出简答题）地轴相对于地球本体内部结构的相对位置变化（极移）历元：对于卫星系统或天文学，某一事件相应的时刻。
对于时间的描述，可采用一维的时间坐标轴，有时间原点、度量单位（尺度）两大要素，原点可根据需要进行指定，度量单位采用时刻和时间间隔两种形式。
任何一个周期运动，如果满足如下三项要求，就可以作为计量时间的方法：1、运动是连续的2、运动的周期具有足够的稳定性3、运动是可观测的多种时间系统以地球自转运动为基础：恒星时和世界时以地球公转运动为基础：历书时→太阳系质心力学时、地球质心力学时以物质内部原子运动特征为基础：原子时协调世界时（P23）大地基准：建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向（椭球旋转轴平行于地球的旋转轴，椭球的起始子午面平行于地球的起始子午面）和定位（旋转椭球中心与地球中心的相对关系）。
大地测量学
第一章1.大地测量学是通过在广大的地面上建立大地控制网，精确测定大地控制网点的坐标，研究测定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术与方法的学科。
2.大地测量的基本任务(1)技术任务:精确测定大地控制点的位置及其随时间的变化也就是它的运动速度场，建立精密的大地控制网，作为测图的控制，为国家经济建设和国防建设服务。
(2)科学任务:测定地球形状、大小和重力场，提供地球的数学模型，为地球及其相关科学服务。
3.大地测量的作用(1)为地形测图与大型工程测量提供基本控制；(2)为城建和矿山工程测量提供起始数据；(3)为地球科学的研究提供信息；(4)在防灾、减灾和救灾中的作用；(5)发展空间技术和国防建设的重要保障。
4.大地测量学的主要研究内容大地测量、椭球测量学、天文测量大地重力学、卫星大地测量学、惯性大地测量学第二章1.大地水准面:设想海洋处于静止平衡状态时，将它延伸到大陆下面且保持处处与铅垂线正交的包围整个地球的封闭的水准面. 特点：重力方向不规则变化:原因是地表起伏不平、地壳内部物质密度分布不均匀大地水准面处处与铅垂线正交，所以大地水准面是一个无法用数学公式表示的不规则曲面。
2.参考椭球:把形状和大小与大地体相近，且两者之间相对位置确定的旋转椭球称为参考椭球。
参考椭球面是测量计算的基准面，椭球面法线则是测量计算的基准线。
另外，水准面是外业观测时的基准面，铅垂线是外业观测时的基准线3.总地球椭球：从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。
总地球椭球满足以下条件：（1）椭球质量等于地球质量，两者的旋转角速度相等。
（2）椭球体积与大地体体积相等，它的表面与大地水准面之间的差距平方和为最小。
（3）椭球中心与地心重合，椭球短轴与地球平自转轴重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。
大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为大地水准面差距，用N表示。
4.垂线偏差：同一测站点上铅垂线与椭球面法线不会重合。
测量学概论-大地测量学
2.经典大地测量学
13 2020/9/1
高程控制测量（1）
仪器：水准仪
水准器
测高原理
a 水平视线
b B
A
2.经典大地测量学
水平线
△hAB
高差△hAB=读数a-读数b
14 2020/9/1
高程控制测量（2）
2.经典大地测量学
水准仪及水准尺
15 2020/9/1
高程控制测量（3）
2.经典大地测量学
27 2020/9/1
4.物理大地测量学
物理大地测量学主要任务
建立国家重力基准网；
确定区域的和地球的重力场；
确定区域的和地球的大地水准面。
28 2020/9/1
4.物理大地测量学
重力测量(1) -- 相对重力测量
相对重力测量：测定两点重力差
❖弹簧重力仪原理
A地
B地
当la > lb 则gA > gB
–反主题：已知P1(B1L1) P2(B2L2)，求 S12 A12 A21
A21
22 2020/9/1
3. 椭球面大地测量学
大地坐标系 -- 坐标: (B,L,H) (X,Y,Z)
PN: P点椭球面法线
z P( X,Y,Z)
B: P点大地纬度 L: P点大地经度 H: H=PP’, P点大地高
G
CORS网的第一期工程构建约150个GNSS CORS。
50 2020/9/1
6. 我国大地测量基准的现代化
平面基准的现代化
(3) 构建中国导航卫星系统 今后十年内建成北斗二代导航卫星系统。它将是 连续、全天侯、被动式三维地心坐标定位系统，讯号 覆盖中国及其周边地区并逐步扩大至全球，实时定位 精度提高至±5-10m。这将是我国拥有自主产权的导 航卫星系统。
大地测量学完整课件
4)、研究为获得高精度测量成果的仪器和方法
5)、研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关 的大地测量计算
6)、研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其 联合网的数学处理理论方法，测量数据库的建立及应用。
现代大地测量 (三个基本分支)
几何大地测量
物理理论大地测量
空间大地测量GPS
1)、几何大地测量学：即天文大地测量学 基本任务 确定地球形状、大小，地面点的几何位置 主要内容 国家大地测量控制网建立的理论、方法，精 密测角、测距、测水准；地球椭球数学性质，椭球面上 的测量计算，椭球数学投影，地球椭球几何参数的数学 模型等
公元827年,阿拉伯人阿尔曼孟通过弧长 测量,推算出纬度35°处的1°子午线弧 长等于111.8Km,比正确值110.95Km 只大1%
2、第二阶段:地球椭球阶段：最先由牛顿提出 在此阶段，理论方面 英国的牛顿:万有引力定律,地球椭球学说. 荷兰的斯涅耳:三角测量法 德国的开普勒:行星运动三大定律 荷兰的惠更斯:摆测重力原理 法国的勒让德:最小二乘法,重力位函数 法国的克莱罗:克莱罗定律 英国的普拉特和艾黎:地壳均衡学说
四、大地测量学的发展简史
1、第一阶段：地球圆球阶段： 将地球看成是圆球进行测量其大小（半径） 公元前六世纪，毕达哥拉斯最先提出地球圆球说。 首次地球半径测量：公元前三世纪，亚历山大学者埃拉托
色尼用子午圈弧长测量法来估算地球半径,与现代数据相比, 误差约 100Km.
亚历山大城
φ
赛尼城
S φ
R
最早一次对地球大小的实测： 我国唐代张遂指导进行。得出子午线上 纬度差一度，地面相距约132Km，与现 代值110.95Km相比，误差约21Km。
大地测量学
卫星激光测距对卫星的跟踪测量可以精确测定卫星轨道的摄动，当分离出占摄动主要部分的地球引力摄动， 由此推算地球引力位球谐展开的低阶位系数。20世纪70年代开始卫星雷达测高，后又研制和发展了多代卫星测高 系统，用于精确测定平均海面的大地高，确定海洋大地水准面，并反求海洋重力异常，分辨率优于lO千米，精度 优于分米级。
展望
大地测量学从形成到现在已有 300多年的历史，虽然在研究地球形状、地球重力场和测定地面点几何位置各 方面都已取得了可观的成就,但从整体来看,仍存在着若干不足之处，有待于今后继续研究解决。
①卫星大地测量已经全面地和均匀地求出了地球重力场（包括大地水准面）的总貌，但还不能求得其精细结 构。这是由于卫星运行的轨道至少在地面上方 200公里以上，对地球重力场效应的分辨能力也只能达到这一数量 级。目前地面重力测量在全球的分布极不均匀，有待继续扩展。在海洋上空利用卫星雷达测高技术测定海洋大地 水准面的起伏已取得了较好的结果。由天文大地测量求得的垂线偏差和由天文重力水准所得的大地水准面起伏， 也都是地球重力场的信息。所以要研究地球重力场全面而精细的结构，必须综合利用卫星、物理和几何大地测量 的各种信息，进行统一的处理，有人称之为整体大地测量。这是研究地球重力场的发展趋势。
大地测量学
一门量测和描绘地球表面的科学
01 学科简介
03 简史
目录
02 方法 04 展望
大地测量学，又称为测地学。
大地测量学是在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提 供地球空间信息的一门学科，属于地球科学的一个分支，也是一切测绘科学技术的基础。 传统的大地测量学又称 为经典大地测量学，德国大地测量学家赫尔默特将其表述为对地球表面进行测量和描绘的学科。现代大地测量学 则以空间测绘技术为主要特征，研究空间精密定位的理论、技术与方法，扩展了经典大地测量学的研究范围，并 在空间与时间尺度、实时性、精度和学科融合等各个方面取得了突破。
大地测量学重要名词解释简答题
大地测量学基础一、名词解释1、大地测量学：是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。
2、天球：是指以地球质心O（或测站）为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。
3、大地基准：指用以描述地球形状的参考椭球的参数，以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
4、岁差：地球绕地轴旋转，由于日、月等天体的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄级发生缓慢移动。
5、章动：地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短期周圆周运动，振幅为9.21秒，这种现象称为章动。
6、极移：地球自转使地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象被称为极移。
7、恒星时(ST)：以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时。
8、真太阳时MT：以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。
一个真太阳日就是真太阳连续两次经过某地的上中天（上子午圈）所经历的时间。
9、大地水准面：假想海洋处于完全静止的平衡状态时海水面延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面，叫大地水准面。
10、正常椭球：与地球质量相等且质量分布均匀的椭球。
11、正常重力加速度：正常椭球对其表面与外部点所产生的重力加速度。
12、正常位水准面：相应于正常重力加速度的重力等位面。
13、理论闭合差：由水准面不平行而引起的水准环线闭合差，称为理论闭合差。
14、正常椭球面：是大地水准面的规则形状（一般指旋转椭球面）。
因此引入正常椭球后，地球重力位被分成正常重力位和扰动位两部分，实际重力也被分成正常重力和重力异常两部分。
15、总的地球椭球：一个和整个大地体最为密合的。
总地球椭球中心和地球质心重合，总的地球椭球的短轴与地球地轴相重合，起始大地子午面和起始天文子午面重合，总地球椭球和大地体最为密合。
16、参考椭球：具有确定参数(长半径 a和扁率α)，经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球。
测绘学的学科分类
测绘学是研究地球内部、表面及外层空间中与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文及其随时间变化的信息的采集、处理、管理、更新和利用的科学和技术。
测绘学有不同的学科分类方法，下面是其中的一种。
一. 大地测量学大地测量学是研究地球的形状、大小和重力场，测定地面点几何位置和地球整体与局部运动的理论和技术的学科。
研究地球的形状是指研究大地水准面的形状（或地球椭球的扁率）；测定地球的大小就指测定地球椭球的大小；研究地球重力场是指利用地球的重力作用研究地球形状等；测定地面点的几何位置是指测定以地球椭球为参考面的地面点位置和以大地水准面为基准的地面点高程。
随着科学技术的发展，大地测量学科的研究和应用范围发生了革命性的变化。
现代大地测量学已经超越了过去传统的局限性，由区域性大地测量发展为全球性大地测量；由研究地球表面发展为涉及地球内部；由静态大地测量发展为动态大地测量；由测地球发展为可以测月球和太阳系各行星,并有能力对整个地学领域及航天等有关空间技术作出重要贡献。
二. 摄影测量学摄影测量学是研究利用摄影或遥感的手段获取目标物的影像数据，从中提取几何的或物理的信息，并用图形、图像和数字形式表达测绘成果的学科。
摄影测量学包括航空摄影、航天摄影、航空航天摄影测量、地面摄影测量等。
航空摄影是在飞机或其它航空飞行器上利用航摄机摄取地面景物影像的技术；航天摄影是在航天飞行器（卫星、航天飞机、宇宙飞船等）中利用摄影机或其它遥感探测器（传感器）获取地球的图像资料和有关数据的技术；航空、航天摄影测量是根据在航空或航天飞行器上对地摄取的影像获取地面信息，测绘地形图；地面摄影测量是利用安置在地面上基线上两端点处的专用摄影机拍摄的立体像对，对所摄目标物进行测绘的技术。
三. 地图制图学（地图学）地图制图学是研究模拟地图和数字地图的基础理论、地图设计、地图编制和复制的技术方法及其应用的学科。
传统地图制图学的内容包括地图投影、地图编制、地图设计、地图制印和地图应用等。
大地测量学
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§3大地测量学发展简史及展望 大地测量学发展简史及展望 3.1大地测量学的发展简史 大地测量学的发展简史 第一阶段： 第一阶段：地球圆球阶段
从远古至17世纪， 从远古至 世纪，人们用天文方法得到地面上同一子 世纪 午线上两点的纬度差， 午线上两点的纬度差，用大地法得到对应的子午圈弧 从而推得地球半径（ 长，从而推得地球半径（弧度测量 ）
空间大地测量学： 空间大地测量学：
主要研究以人造地球卫星及其他空间探测器为代 表的空间大地测量的理论、技术与方法。 表的空间大地测量的理论、技术与方法。
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2.2 大地测量学的基本内容
确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化， 确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，建立 统一的大地测量坐标系，研究地壳形变(包括垂直升降及 统一的大地测量坐标系，研究地壳形变 包括垂直升降及 水平位移)，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。 水平位移 ，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。 研究月球及太阳系行星的形状及重力场。 研究月球及太阳系行星的形状及重力场。 建立和维持国家和全球的天文大地水平控制网、工程 建立和维持国家和全球的天文大地水平控制网、 控制网和精密水准网以及海洋大地控制网， 控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民 经济和国防建设的需要。 经济和国防建设的需要。 研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。 研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。研究地 球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关大地测量 计算。 计算。
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•
物理大地测量在这阶段的进展： 物理大地测量在这阶段的进展：
1.大地测量边值问题理论的提出： 大地测量边值问题理论的提出： 大地测量边值问题理论的提出 英国学者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重 英国学者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重 力位分为正常重力位和扰动位两部分， 力位分为正常重力位和扰动位两部分，实际的重力分 为正常重力和重力异常两部分， 为正常重力和重力异常两部分，在某些假定条件下进 行简化，通过重力异常的积分， 行简化，通过重力异常的积分，提出了以大地水准面 为边界面的扰动位计算公式和大地水准面起伏公式。 为边界面的扰动位计算公式和大地水准面起伏公式。 后来，荷兰学者维宁·曼尼兹 曼尼兹(F.A.Vening Meinesz)根据 后来，荷兰学者维宁 曼尼兹 根据 斯托克司公式推出了以大地水准面为参考面的垂线偏 差公式。 差公式。 2.提出了新的椭球参数 提出了新的椭球参数： 2.提出了新的椭球参数： 赫尔默特椭球、海福特椭球、 赫尔默特椭球、海福特椭球、克拉索夫斯基椭球 等。
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2 大地测量学
2.4 椭球面大地测量学
椭球面大地测量学的基本任务
椭球面大地测量学是研究旋转椭球面的数学性质，并以 该面为参考的大地测量计算问题的学科。 ◆ 研究大地控制网的地面数据向椭球面的归算问题 ◆ 研究椭球面法截线和大地线的性质，以及椭球面三角形的 解算方法 ◆ 研究大地测量主题及其解算方法 ◆ 研究椭球面投影到平面上的问题，以及不同形式的地球坐标 系统之间的转换问题。
大地测量学的学科体系
◆ 实用大地测量学 ◆ 椭球面大地测量学
◆ 物理大地测量学
◆ 卫星大地测量学
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量系统
大地测量系统规定了大地测量的起算基准和尺度标准及其 实现方式（包括理论、模型和方法） 大地测量系统包括坐标系统、高程系统/深度基准和重力 参考系统
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量常数
大地测量导出常数 椭球短半轴b；几何扁率f； IUGG分别于1971年、1975年、1979年推荐了3组大地 测量常数，GRS67、IUGG75、GRS80。我国西安80坐 标系统采用的是IUGG75的大地测量常数。 目前广泛使用的是相应于GRS80的大地测量常数。
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量坐标系统
参心坐标系统 参心坐标系统的原点位于参考椭球中心，z轴（椭球旋 转轴）与地球自转轴平行，x轴在参考椭球的赤道面并平 行于天文起始子午面。
北京1954坐标系统 西安1980坐标系统
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量坐标系统
2 大地测量学
2.4 椭球面大地测量学
高斯-克吕格投影与地形图分带
高斯-克吕格投影特点 • 等角投影（正形投影） • 中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线，离中央经 线越远变形越大 • 椭球面上除中央子午线外，其他子午线均向中央子午线 弯曲，并向两极收敛，对称于中央子午线和赤道 • 椭球面上对称于赤道的纬圈，投影后成为对称的曲线， 并于子午线的投影相互垂直且凹向两极
2 大地测量学
2.4 椭球面大地测量学
高斯-克吕格投影与地形图分带
高斯-克吕格投影 设想一个椭圆柱面横套在地球椭球面外面，并与地球椭球 面上某一子午线相切，椭圆柱的中心轴通过地球椭球球心， 然后按等角投影方法，将中央子午线两侧一定经差范围内 的点、线投影到椭圆柱面上，再沿着过极点的母线展开即 成为高斯投影面
◆ 满足地球地壳无整体旋转的约束条件。
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量坐标系统 地心坐标系统 地心空间直角坐标系统从几何方 面定义：坐标系的原点位于地球 质心，z轴和x轴的定向由某一历 元的EOP确定，y与x、z构成空 间右手直角坐标系。地心大地坐 标系统的原点与总地球椭球中心 （即地球质心）重合，椭球旋转 轴与协议地极重合，起始大地子 午面与零子午面重合。
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
高程系统和高程框架
点的高程通常用该点至某一选定的水平面的垂直距离来表 示，点间的高程之差反映了地形起伏 高程基准 高程基准是陆地上高程测量的起算点。区域高程基准用验 潮站处的长期平均海面来确定，定义该平均海面的高程为 零。在地面预先设置好的一固定点，利用精密水准测量联 测固定点与该平面海面的高差，从而确定固定点的海拔高 程。这个固定点就称为水准原点，其高程就是区域性水准 测量的起算高程。 我国高程基准采用黄海平均海水面，验潮站是青岛大港验 潮站，在其附近的观象山有“中华人民共和国水准原点”。 1956国家高程基准水准原点高程为72.289m，1985国 家高程基准水准原点高程为72.2604m。
大地测量参考框架
大地测量参考框架，是按大地测量系统的规定的原则，采 用大地测量技术，在全球或局域范围内所测定的、固定在地 面上的点所构成的大地网（点）或其他实体（静止或运动的 物体）。是对大地测量系统的具体实现。 大地测量参考框架有坐标（参考）框架、高程（参考）框 架和重力测量（参考）框架三种
2 大地测量学
2 大地测量学
2.4 椭球面大地测量学
高斯-克吕格投影与地形图分带 投影带 为控制长度变形，经椭球面按一定的经度差分成若干范围的 带。小于1:1万地形图6°带；大于1:1万地形图3°带。
2 大地测量学
2.5 物理大地测量学
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量坐标框架 地心坐标框架 地心坐标框架是地心坐标系统的具体实现。 全球性地心坐标框架一般以甚长基线干涉测量（VLBI）、 卫星激光测距（SLR）、激光测月（LLR）、全球定位系 统（GNSS）和卫星多普勒定轨定位（DORIS）等空间大 地测量技术构成全球或局域的大地测量坐标框架，也可称 为大地测量控制网，经数据处理，得到这些控制网点（地 面观测站）的坐标和速度等，由此具体体现地心坐标系。 参心坐标框架 参心坐标框架是由以经典大地测量技术所测定的天文大 地网实现和维持的，是一种区域性、二维、静态的参心坐 标框架，是参心坐标系统的实现。
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量坐标系统
大地测量坐标系统是一种固定在地球上，随地球一起转动 的非惯性坐标系统，也称地固坐标系统。 根据其原点位置不同 大地测量坐标系统分为地心坐标系统 和参心坐标系统。前者的原点与地球质心重合，后者的原点与 参考椭球中心重合（参考椭球是指与某一地区或国家地球表面 最佳吻合的地球椭球 从表现形式上 大地测量坐标系统大地测量坐标系统分为空 间直角坐标系统、大地坐标系统
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
平面控制网
平面控制测量主要目的 完成点位(坐标)的传递和控制。平面控制测量按测量的精 度等级高低分为一等至四等4个等级的平面控制网。国家 在建立平面控制测量网时，必须逐级布测，逐级控制，最 终布满全国 平面控制测量的技术 水平角测量；距离测量；三角高程测量；卫星定位测量。 大地天文测量 国家平面控制网布设
2.1 概述
大地测量学概念
研究精确测定和描绘地面控制点空间位置、研究地球形状、 大小和地球重力场的理论、技术与方法及其变化的学科。
大地测量学的基本任务
◆ 建立和维护高精度全球或区域性大地测量系统与大地测量参考
框架; ◆ 获取空间点位置的静态和动态信息; ◆ 测定和研究地球形状和大小、地球外部重力场及其随时间的变 化; ◆ 测定和研究全球和区域性地球动力学现象，包括地球自转与极 移、地球潮汐、板块运动与地壳形变以及其他全球变化;
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
平面控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
平面控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
平面控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
平面控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
平面控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
平面控制网
2 大地测量学
2 大地测量学
2.1 概述
现代大地测量学
◆ 长距离，大范围 ◆ 高精度
◆ 实时、快速
◆ 时间维 ◆ 地心
◆ 学科的融合
2 大地测量学
2.1 概述
大地测量学的作用与服务对象
◆ 经济建设 ◆ 资源与环境发展
◆ 空间技术与航天工程
◆ 地球自转与地球动力学 ◆ 国防安全与军事信息化
2 大地测量学
2.1 概述
参心坐标系统
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
大地测量常数 大地测量常数是指与地球一起旋转且和地球表面最佳吻合 的旋转椭球（即地球椭球）几何和物理参数。分为基本常数 和导出常数。 基本常数唯一定义大地测量系统。导出常数是由基本常数导 出，便于大地测量应用。 大地测量基本常数 赤道半径a； 地心引力常数（包含大气质量）GM； 地球动力学形状因子J2； 地球自转角速度ω
2 大地测量学
2.2 大地测量系统与参考框架
高程系统和高程框架
高程系统 我国的高程系统采用正常高系统。正常 高的起算面是似大地水准面(似大地水准 面可由物理大地测量方法确定) 高程框架 高程框架是高程系统的实现。我国水准 高程框架以黄海高程基准为起算基准， 正常高系统为水准高差传递方式。 水准高程框架分为四个等级，分别称为 国家一、二、三、四等水准控制网。框 架点的正常高采用逐级控制。
分为一、二、三、四等水准网。一等水准网是国家高程控 制的骨干;二等水准网是国家高程控制的全面基础;三、四 等水准网是直接为地形测图和工程建设提供高程控制点
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
国家高程控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
国家高程控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
国家高程控制网
2.3 实用大地测量学
平面控制网
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
国家高程控制网
高程控制测量主要目的 全国范围内建立统一的高程控制网，为地形测图和工程 建设提供必要的高程控制 为地壳垂直运动、海面地形及其变化和大地水准面形状等 地球科学研究提供精确的高程数据。国家高程控制网一般 通过高精度的几何水准测量方法建立。 国家高程控制网布设
2 大地测量学
2.3 实用大地测量学
实用大地测量学的任务与方法
实用大地测量学的基本任务是建立地面大地控制网，即 以精确可靠的地面点坐标、高程和重力值来实现大地测量系 统。 平面控制网是以一定形式的图形，把大地控制点构成网 状，通过测定网中的角度、边长和方位角，将所测的全部数 据都归算至选定一个(参考)坐标系，然后进行数据处理，算 得控制网点的坐标。 高程控制网由连接各高程控制点的水准测量路线组成。 通过水准测量，可以测得相邻水准点之间的高差，计算各水 准点的高程。 重力控制网是由绝对重力点和相对重力点构成的网，作 为一个国家重力基准的实现。