当今大地测量学的发展及应对思考

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大地测量与地球动力学
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主要由分机构来完成, 因此可以用这些分机构的工 作内容来表示它的使命。
2007年 7月在意大利召 开的 24届 IUGG IAG 会议上, 重新确立了如下 4个委员会和 3个平行组 织机构, 它们的名称与任务分别是 [ 1] :
1)第一委员会 (参考架 )。它的主要任务是建 立维持和更新大地测量框架, 其中包括以下几个方 面: 用于建立坐标系的先进的地面和空间技术; 建立 和发展地面和空间技术的大地测量网及国际合作; 用于建立参考架中天文观 测的理论研究和 工作协 调; 与参考架有关的国际服务机构、组织的合作。
4)第四委员会 (定 位与应用 ) 的 任务是发展地 基与空基定位系统, 包括传感器的研制、应用及其融 合, 各类导航平台的制导, 激光干涉与雷达的应用, 三维大地网 ( 形变监测网 ) 及大地测量技术在各种 工程中的应用, 空间大地测量技术中大气的研究。
5) 大地 测量 理论 委 ( 会 ) 之间 的委 员 会 ( IC CT ) 。该机构主要致力于 IAG 各委中理论问题的研 究, 它是各委之间联系的纽带, 也是与 IAG 之外的 有关学科 ( 数学、物理 )联系的协调者。
7) 15个科学服务 ( 机构 ) 。例如国际地球自转 服务 ( IERS)、国际 GPS服务 ( IGS) , 国际激光测距 服务 ( ILRS) , 国 际 VLB I 服务 ( IVS) , 国际 重力 局 ( BGI) , 国际大地水准 面服务 ( IGES ), 国际 固体潮 中心 ICET, 平均 海 平面 永久 服务 ( PSM SL ) , 国 际 DORIS服务等。本届比上届增加了 7个服务机构。
3)环境误差及其变化规律 的研究。到 目前为 止, 环境误差 ( 大气 折射、雷电、冰 雪、电离层 ) 的影 响仍然困扰着 GPS、VLB I、SLR 的观测精度, 但令人 高兴的是, 科学家们已经开始利用 GPS 等手段研究 其中有关因素的变化规律。
4)卫星测高在大地测量中的进一步应用 , [ 10] 卫 星重力、梯度及引力位模型向下延拓 (至地球表面 ) 的适应性、收敛性 的数学表示, 及其在地学 中的应 用。用 CHAMP、GRACE、GOCE ( 即将发射 ) 卫星的 探测地球重力场的数据数理及其解释 [ 11 ] 。
2 当今大地测量的研究内容及其进展 的特征
由于大地测量联合会 ( IAG ) 的科学任务或使命
* 收稿日期: 2008 07 30 基金项目: 国家高技术 863 计划项目 ( 2006AA 09Z153 ) ; 国家自然科学基金 ( 40674013) 作者简介: 张赤军, 男, 1933 年生, 研究员, 长期从事重力场及其在大地测量和地球物理中的应用研究. E - m ai:l iggzhangc@j sohu. com
关键词 大地测量学; 学科特征; 发展趋势; 应对策略; 思考
中图分类号: P205
文献标识码: A
DEVELOPM ENT OF GEODE SY AND THOUGHT COP ING W ITH IT
Zhang Chijun1) , W ang Chunhong2 ) and Q ian N anbin3)
3 当今大地测量的主要特征及发展趋 势
我国不少学者对当今大地测量的主要特征作了 介绍 [ 1- 12] , பைடு நூலகம்文用 新老对 比方式 对此 问题做 些补 充:
1) 距离长、尺度大。过去只能在陆地局部范围 内进行的大地测量, 现已扩展到海上、洲际、全球乃 至星际。
2) 精度高。由于测量仪器现代化程度高、品种 多, 其观测精度比传统的要高 2~ 3个数量级。
第 28卷 第 6期 20 0 8年 1 2月
大地测量与地球动力学 JOURNAL OF GEODESY AND GEODYNAM ICS
V o.l 28 N o. 6 D ec. , 2008
文章编号: 1671 5942( 2008) 06 0083 04
当今大地测量学的发展及应对思考*
张赤军 1) 王春红2) 钱南宾 3)
有二: 一是为资源和能源勘探、环境优化、工程建设、 灾害预测服务, 从而提高人类生活质量, 促进自然与 社会协调发展; 二是增进人类对地球、行星空间及其 运动的了解, 提高人们对地球和行星等形状以及有 关自然环境及其变化的认识。本文基于前人研究成 果, 对当今大地测量学的发展特征、趋势、需待解决 的问题及应对措施进行了进一步的分析。
3) 实时、快速。现代大地测量集外业观测与内 业工作于一体, 从而能实时快速地完成任务。
4) 四维大地测 量成果已经出现。在前几项基 础上, 使三维大地测量变成了包含时间维的四维大 地测量。从而为研究地球潮汐、地壳形变、重力变 化、地震、火山、海啸与地球动力学机制提供基础数 据及机制解释。
5) 卫星大地测量技术使学 科的发展产生了质 的飞跃。全球定位 系统 ( GPS )、卫星 测高、卫 卫跟 踪、卫星重力等技术的应用, 为研究板块运动、海平 面 变 化、水 分 布 变 化、地 球 质 心 变 化 做 出 了 贡 献 [ 3, 4] 。卫星重力与地面、海洋、航空重力以及地形 数据相结合, 已构成 2 160阶的 EGM 模型, 其空间 分辨率为 5!∀ 5!, 在新的模型中, 海洋重力场已达到 1! ∀ 1!的分辨 率。本世 纪初 发射的 新一代 卫星如 GRACE等具有全新重力探测模式, 其特点之一是这 种卫 卫跟踪的测量讯号无需作对流层改正, 从而基 本上解决了大气延迟的影响。特点之二是轨道接近 于圆形, 圆形轨道可获得高采样率的连续观 测 ( 跟 踪 ) , 并能在短期内确定中、长波长 的时变重力场。 特点之三是卫星所采集的数据可作 为地球重力场 ( 模型 ) 的 直接 观测量。
2)第二委员会 (重力场 )。其主要任务是负责 地面、海洋和航空重力测量, 卫星重力观测, 重力场 模型研究, 大地水准面的确定, 卫星轨道模型及卫星 轨道测量。
3)第三委员会 (地 球动力学与地球自转 ) 的主 要任务是研究地球的定向, 包括: 地球的自转、极移、 岁差与章动的研究, 固体潮、板块运动及地壳形变的 分析, 海面地形与海平面变化的研究, 以及对行星和 月球动力学、地球各圈层相互影响的研究。
4 当今大地测量学发展的前景与应对 思考
1)大地测量首先是观测科学, 需在观测技术及 资料积累上下功夫。如何使 VLB I、SLR、GPS等仪器 更加精密化、小型化、廉价化和通用化, 是需要认真 考虑的问题。
2) ITRF构建中的地面点坐标和地球定向参数 严格同步与结合。在 GPS、VLB I数据处理中如何处 理对流层的影响。由 VLB I导出 UT I与由卫星导出 的日长如何联合处理, 各种技术多年获取的成果如 何统一协调等。
1 引言
大地测量的发展经历了很长的历史阶段, 初期 它与观天、测地、考察地球形状紧密相联, 直到 17世 纪才形成独立学科, 到了 20 世纪下半叶, 由于科学 技术的迅速发展, 特别是空间技术的出现, 使大地测 量学科发生了质的飞跃。
大地测量学是地学的一个重要分支, 当今大地 测量学的主要目的有二: 一是利用当代先进的观测 手段、方法和理论, 研究地球、行星等整体或部分形 体的形状与运动及其变化规律; 二是利用现代的观 测手段、方法和理论研究地球、行星等引 ( 重 ) 力场、 大地水准面及其变化规律。大地测量学的主要任务
8) 协调与 整合是 当代 大地测 量学 又一 特征。
第 6期
张赤军等: 当今大地测量 学的发展及应对思考
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所谓协调就是将大地测量观测技术与分析方法在统 一规范基础上一致起来。所谓整合就是将几何量与 物理量的观测结果融合在同一个地球系统之内, 此 项任务由 GGOS完成。
近年来大地测量的发展, 基本上反映了如下趋 势: 1) 综观各 国大地测量工作, 服从 国家需求的政 府行为起着主导作用。这一举措从客观上要求科技 人员要把个人兴趣、爱好与同国家需求结合得更紧; 2)基础研究正受 到重视; 3) 研究者 的视野更 为开 阔, 胸怀将更为宽广, 学术观点将更为活跃, 合作的 愿望将更为强烈; 4) 从实际需要出发, 以各种空间 与时间尺度的测量基本点 ( 网 ) 为重点, 广泛应用各 种高新技术, 形成观测 ( 定时和 连续 ) 、试验与过程 研究相结合的研究格局; 5) 创新是提升国家竞争力 的源泉和标志, 也是发展大地 测量学的灵魂; 6) 成 果的应用促进了经济建设与社会的发展; 7) 从单学 科走向多学科的交叉与集成, 跨学科、跨部门、跨国 界的官、学、产、研等方面的合作正在形成; 8) 国际 协作是当今大地测量学发展又一趋势, 当今任何一 个国家, 要使环境得到优化, 灾害得到预防和预测, 人民生活质量得到提高, 自然与社会得到协调发展, 如果离开国际协作就不可能达到上述目的。
6) 数据处理上了新台阶。针对数据的预处理、 不同类型的数据的融合以及海量数据的出现, 在数 据处理上已发展到各种滤波方法引入及并行计算机 的应用等。
7) 国际地面坐标参考框架 ( ITRF ) 得到进一步 改善。例如 ITRF2004的特点表现在统一协调了原 点、比例尺、定向及时变问题, 而 2006年 10月发布 的 ITRF2005又比前者进步, 此时坐标原点 ( 地心 ) 的精度高于 4 mm, 而测距精度优于十亿分之一, 据 知, 目前又发布了 ITRF2006框架。此外在构建局部 地心三维坐标参考框架方面, 许多国家也取得一些 新的经验 [ 2] 。
1) Institute of G eod esy and G eophy sics, Chinese A cademy of Sciences, Wuhan 430077 2)The D epartm ent of Land and R esourcesM anagem ent of H ubei P rovince, W uhan 430070 3)The K aid i Water Survey C ompany of W uhan, W uhan 430074
Abstract Prelim inarily summ ed up som e prob lem s about developm en t o f geodesy through the com bina tion of a
part of content in the IAG o f 24st IUGG m eeting. It consists o f sub ject con tents and its character, trend of subject developm ent and som e essentially prob lem s to be so lved. And then it suggest the correspond ing m easures. K ey words: geodesy; sub ject character; trend of deve lopm en;t treatm ent strategy; thought
6)大地测量观测系统 ( GGOS )。它的主要任务 是将几何与动态大地测量、地球的定向与自转、地球 重力场与动力学 3个方面的观测与研究结果集成起 来, 并将上述结果向全球展现, 同时为地球科学的研 究提供大地测量产品, 为全球变化的研究提供基础 框架。值得指出的是: 在 GGOS中的空间和地面大 地测量联合观测的 共点 上, 进行地面和大地测量 尤为重要, 文献 [ 2] 对此更为强调。近年来美国对 一体化的地球观测系统 IEOS甚 为重视, 并 拟订计 划、加强管理, 以便将来为各 方面提供有关 数据服 务。
1)中国科 学院测量与地球物理研究所, 武汉 430077 2)湖北省 国土资源厅, 武汉 430070 3)武汉凯 迪水务公司, 武汉 430074
摘 要 结合第 24届 IUGG IAG 会议部分内容与其他参考资料, 对当今大地测量学发 展中的几 个问题进行 了初
步总结, 其中包括该学科的内容 与特征, 学科的发展趋势及需待解决的一些问题, 并在此基础上提出应对措施。