大地测量学基础课件+++

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
2)、物理大地测量学（理论大地测量学） 基本任务：用物理方法（重力测量）确定地球形状及其 外部重力场。 主要内容：位理论，地球重和场，重力测量及其归算， 推球地球形状及外部重力场的理论与方法。 3)、空间大地测量学 以人造地球卫星及其它空间探测器为代表的空间大地测量的理论、 技术与方法。
现代大地测量学：以空间大地测量学为主要标志，研究地球 及外部宇宙空间。 与经典大地测量学相比，在研究方法、手段方面有显 著不同。主要表现在人造卫星、空间探测器、计算机、通讯 技术等先进技术的应用。
二、大地测量学的地位和作用
1、是国民经济建设和社会发展基础先行性的重要保证。 确定地球的形状、大小重力场参数；统一全国坐标框架， 建立国家和精密城市控制网，精确测定控制点的坐标，为 经济建设服务
三、大地测量学的基本体系
1、 测量学的两个分支 普通测量学：研究小范围的地球表面，认为该范围的地 球表面是平面，且铅垂线彼此平行。 大地测量学：研究全球或大范围的地球，认为铅垂线彼 此不平行，研究地球的形状、大小及重力场。
2、大地测量学的基本体系
几 何 大 地 测 量 现代大地测量 物 理理 论大 地 测 量 (三个基本分支) GPS 空 间 大 地 测 量
春分点
远日 点
近日点
地球
国民经济建设需要地形图及相关资料，测绘地形图需要 建立控制网，建立控制网需要建立坐标框架，建立坐标框 架须知道地球的形状、大小及重力参数。而这些方面正是 大地测量学所研究的内容。
2、在防灾、减灾、救灾及环境保护、监测、评价中的作用 1). 建立大地形变监测系统，为地震预报提供有关资料； 2). 监测泥石流、山体滑坡、雪崩、森林火灾、洪水等灾害， 并为灾后评估提供资料； 3). 监测海水面的变化； 4). 为灾难事件救援提供快速定位；如空难、海难、交通事故； 5). 环境监测，如沙漠，森林，土地利用情况等； 这些监测一般是利用GPS、遥感卫星、VLBI、激光测 卫（SLR）等技术， 必须要知道地球的形状大小、重力场模 型、地心坐标等。
4、大地测量的基本内容 1)、确定地球形状、外部重力场及其变化；建立大地测量 坐标系；研究地壳形变，极移和海洋水面地形用其变化 2)、研究月球及太阳系行星的形状及重力场 3)、建立和维护国家和全球天文大地水平控制网、精密水 准网及海洋大地控制网 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。
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。
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 另外此阶段还进行了大量的实测工作。 从理论和实际上推算地球椭球参数，确定地球形状大小。
3、是发展空间技术和国防建设的重要保障 1). 为卫星、导弹、航天飞机及其它宇宙探测器提供精确的 地球参考框架和全球重力场模型； 2). 为战争提供军事测绘保障，超前储备保障，动态实时保 障。如提供战区电子地图、数字影像图，打击目标的精确 三维坐标。
4、 在当代地球科学研究中有重要地位
1). 建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的三维大
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 S φ 赛尼城 R
五、大地测量的展望
1、 全球定位系统、激光测卫（SLR）、甚长基线干涉测量（VLBI）是 主导本学科发展的主要空间大地测量技术。 1）、全球定位系统： 美国的GPS： 24颗卫星，有限制使用、三个民用载波 俄国的GLONASS：24颗卫星，精码P码不保密 欧洲在建的伽俐略系统：不保密。 中国的北斗星系统
s1
s2
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T1
T2
2）、激光测卫SLR（Satellite Laser Ranging) 测定激光由地面站发射经卫星反射到地面站接收的时间间隔 ， 计算观测时刻地面到卫星的距离.

1 C 2
人卫激光仪


精度最高的绝对定位技术。 全球地心参考框架、地球自转参数、全球重力场低阶模型、精密定轨等 方面有重要作用。 地基：在卫星上安置反光镜，地面上安激光测距仪，对卫星测距。 天基：在卫星上安置激光测距仪，地面上安反光镜，对地测距
大地测量学还可进一步 应用大地测量学：以建立国家大地测量控制网为中心内容 椭球大地测量学：坐标系建立、地球椭球性质、投影数学变 换 大地天文测量学：测量天文经度、纬度及天文方位角 大地重力测量学：重力场、重力测量方法 海洋大地测量学: 地球动力学: 卫星大地测量学: 大地测量数据处理学:
3、现代在地测量的特征 1)、测量范围大，范围从地区、全球乃至宇宙空间； 2)、研究对象和范围不断深入、全面和精细，从静态测量 发展到动态测量，从地球表面测绘发展到地球内部构造 及动力过程的研究； 3)、观测精度高； 4)、观测周期短。
2
当 90 ， 极 点
0
p
e (1 )，

p e e
2)、重力位函数的提出： 位函数性质：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。 意义：可借助等位面研究地球形状，可借助重力位的一阶导数研究重 力场。 3)、地壳均衡学说的提出： 根据地壳均衡学说导出均衡重力异常以用于重力归算。 4)、重力测量有了进展。
3、第三阶段 ：大地水准面阶段 此阶段几何大地测量取得的成就： 1、天文大地网的布设有了重大发展 三大网：印度、美国、苏联 2、较高精度仪器的使用，如因瓦基线尺，因瓦水准尺，带测微器的水准仪； 天文大地测量与重力大地测量的结合。 此阶段物理大地测量取得的成就 1、大地测量边值问题理论的提出。 用已知的重力和重力位求边界面和外部重力场的问题
此阶段在几何大地测量方面取得的成果 1)、长度单位的建立:法国利用弧度测量的结果,取其子午圈弧长的四 千万分之一为长度单位,称为1米.
2)、最小二乘法的提出：法国勒让德于1806年发表，其实17岁的高斯 1794已应用了该理论。 3)、椭球大地测量学的形成：解决了椭球数学性质，椭球面上测量计算 及正形投影方法 4)、弧度测量大规模展开：以英、法、西班牙、德、俄、美为代表。 5)、推算了不同的地球椭球参数： 贝赛尔椭球参数： 克拉克椭球参数：
大地测量学基础
第一章
绪
论
一、大地测量学的定义
定义：大地测量学是为人类活动提供空间信息的科学，着重研 究地球的几何特征（形状和大小）和基本物理特性
（重力场）及其变化。 性质：地球科学的一个分支，是一门地球信息科学，既是基础 科学，又是应用科学 任务：测量和描绘地球并监测其变化，为人类活动提供关于地 球的空间信息；研究宇宙空间其它星球的状态。 经典大地测量学：视地球为不变刚体，均匀旋转球体或椭球 体，在一定范围内测绘地球和研究其形状、大小及外 部重力场。
克莱罗：以椭球面为边界解决边值问题 斯托克司：以大地水准面为边界面解决边值问题 莫洛金斯基：以地球表面为边界，直接用地面重力值确定地球形状与外部重 力场
2、新的椭球参数的提出。 赫尔默特椭球，海福特椭球，克拉索夫斯基椭球 3、测量数据处理与测量平差理论与实践也取得重大进展
4、第四阶段：现代大地测量新时期 1)、以空间测量技术为代表：电磁波测距、人造地球卫星定位系统、甚长 基线干涉测量等技术的应用。 2)、月球和行星大地测量学的形成：空间探测器、卫星、空间飞行器等技 术的应用。 3)、高精度的天文大地网、重力网的建立。 4)、大地控制网优化设计理论和最小二乘配置法的提出与应用。 大 地控制网优化标准：精度、可靠性与经费 广义测量平差理论的形成。
3）、惯性测量系统 利用惯性力学原理，测定地面点三维坐标、重力异常和垂线偏差。
4）、甚长基线干涉测量VLBI（Very Long Baseline Interferometry) 在相距几千公里甚长基线两端，用射电望远镜同时接收来自宇宙外射电 源的射电信号，根据干涉原理，直接测定基线长和方向的一种空间测量 技术。
地网，长期监测网点随时间的变化； 2). 监测和分析各种地球动力学现象；提供有关地球动力
（地壳板块运动）过 程中时空度量上的定量定性信息；
3). 测定地球形状和外部重力场的精细结构及其随时间的变 化，进一步精化地球重力场模型； 4). 是测绘科学的各分支学科的基础科学，极大地影响着测 绘科学的发展。
a 6377397 210 m , 1 : 299 .1 4.7
a 6378249 , 1 : 293.5 m
此阶段物理大地测量取得的成就
1)、克莱罗定理的提出：假设地球是由许多密度不同的均匀物质层圈 组成的椭球体，且层密度按一定法则由地心向外逐层减少。得出：
5 e (1 sin )， q 2 2a 1 赤道离心力 q ， 地 球 扁 率 e 288 赤道重力