大地测量学基础 第一章 绪论 山东科技大学测绘学院大地测量系 韩晓冬 13789870665

第一章 绪论 各知识点的能力与素质要求 了解大地测量的目的、任务与内容 了解空间的大地测量新技术 了解大地测量的发展历程

一、大地测量的定义、任务和研究内容 （一）大地测量学的定义 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。 （二）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。

3、为地球科学的研究提供信息； （三）大地测量的作用 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。 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。

（四）大地测量学的主要研究内容 大地测量：研究建立大地控制网的理论与方法，介绍角度测量、高程测量和边长测量的原理与观测方法、作业程序、以及各种测量成果的质量检核，提供一系列地面观测成果； 椭球测量学：研究参考椭球的建立以及椭球面上处理大地测量观测成果的各种理论与方法，提供大地控制点的大地坐标和平面坐标； 测量平差：用最小二乘原理处理各种观测结果的理论与计算方法； 天文测量：以球面天文学为基础，研究观测一定天体以确定地面点的天文经纬度和天文方位角的原理和方法，目的是测定国家大地网中某些点的天文经纬度和方位角，以获得这些点的垂线偏差和至某一方向的拉普拉斯角，前者是研究地球形状和大地水准面起伏的重要资料，后者用于控制大地网中横向误差的积累；

大地重力学：又称《物理大地测量学》，研究重力测量的理论、技术和方法，利用重力测量与卫星测量资料研究地球形状和外部重力场，提供代表地球的大地体形状和地球椭球的物理参数； 卫星大地测量学：又称《空间大地测量学》，研究人造地球卫星观测方法和运动规律以解决大地测量的一门科学； 惯性大地测量学：是根据惯性原理，利用加速度计测量运动物体在某一方向的加速度，通过二次积分得到运动物体的空间位置。是大地测量的一个分支，具有全天候、自主性、机动灵活、快速高效等优点，为大地测量自动化提供了重要手段。

（五）应用大地测量学的主要研究内容 本书重点阐述的内容如下： 理论研究的不断深入：静态（X,Y,Z）动态(X(t), Y(t), Z(t))；几何量（a、f）几何物理相结合（a、f、GM、J2） 本书重点阐述的内容如下： 1、大地测量基础知识； 2、大地测量学的基本理论－大地坐标系统的建立与坐标系统的转换； 3、大地测量基本技术与方法； 4、地面控制网的建立； 5、地球椭球基本理论； 6、大地测量数据处理。

二、空间大地测量技术简介 （一）甚长基线干涉测量技术－VLBI VLBI(Very Long Baseline Interferometry)是二十世纪六十年代在射电天文学领域发展起来的射电干涉新技术，通过设在基线两端的射电望远镜同时接收同一射电信号，经相关处理，获得的相对精度和亚毫角秒量级的超高分辨率。VLBI技术在天文学、地球物理、空间大地测量和空间技术等领域都有重要的科学意义和实用价值。VLBI已成为建立准惯性参考系和地球参考框架、测定地球定向参数、监测板块运动及区域性地壳形变的一种强有力的基本手段。

（二）卫星激光测距技术－SLR 卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，简写SLR），是二十世纪六十年代中期兴起的一项卫星大地测量技术。经过40多年的迅速发展，它已成为当前卫星精密定位观测的主要手段之一，也是现代各种定位观测手段中单点采样精度最高的一种，其观测成果具有极为重要的科学价值。

上海SLR观测站 北京SLR观测站

（三）全球定位系统技术－GPS 全球定位系统(Global Positioning System 简写GPS)，是随着现代科学技术的迅速发展，而建立起来的新一代卫星导航定位系统。该系统可为各类用户提供实时的三维位置、三维速度和时间信息，能够保障全球、全天候连续地三维定位。GPS由于其定位速度快、费用低、方法灵活多样和操作简便等特点，在测量学、导航学及其相关领域获得了极其广泛的应用。GPS定位的基本原理在后续课程中学习。

（四）惯性大地测量技术－IPS (五）卫星多普勒定位 惯性大地测量是利用惯性导航技术，同时快速获得大地测量数据（经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差）的一种新技术。有关它的仪器，称为惯性导航系统（Inertial Positioning System），它属于相对测量系统。 (五）卫星多普勒定位 是20世纪70年代普遍采用的定位方法。设测站为固定点，当卫星相对于测站移动时，卫星发射的固定频率f与测站接受到的卫星频率不相等，其差值称为多普勒频移或多普勒效应。

陀螺示意图 DORIS

三、大地测量的发展历程 （一）古今关于地球形状和大小的弧度测量 公元前三世纪古希腊学者估算地球半径为4万STADIA。 公元724年我国唐代学者在河南滑县至上蔡用天文方法进行世界上第一次弧度测量。 十七世纪荷兰人用三角测量法进行弧度测量。 十七世纪末牛顿、惠更斯用力学观点推论地球为椭球。 十七至十八世纪法国用三角测量和天文测量进行弧度测量 1708—1718年我国用天文方法从东北—河北进行弧度测量。 十九世纪以来，由于望远镜的发明，测距仪的出现，人造卫星的上天，各国相继开展天文大地测量，推求地球形状和大小，精度越来越高。

三、大地测量的发展历程 （二）18—20世纪大地测量理论的发展 用重力测量精确求定地球扁率（法国 克莱劳Claraut） 最小二乘法理论（法国  勒让德Legendre） 从椭球面到平面的正形投影（德国  高斯Gauss） 椭球面上的三角形解法（德国  高斯Gauss） 用重力测量研究大地水准面形状（英国  斯托克斯Stoks） 参考椭球定位理论（德国  赫尔默特Helmert） 用地面观测资料求大地高确定地球表面形状（苏联  莫洛坚斯基Mologecks） 近代平差理论

三、大地测量的发展历程 （三）测量仪器的发展 古代的测量距离和高低的准绳和规矩，天文测量的浑天仪； 十八世纪后望远镜的发明； 悬链线状基线尺、因瓦基线尺； 相对重力仪； 光学经纬仪； 电磁波测距仪； 自动安平水准仪； 石英钟记时和自动跟星光电装置； 人造卫星观测摄影仪，激光测距仪，射电VLBI测量； 惯性测量仪器； 全站仪，自动绘图仪，GPS全球定位系统。

三、大地测量的发展历程 （四）我国大地测量的发展 世界上第一次弧度测量（唐代南宫说、张遂等）； 清代用天文测量发现北弧比南弧每度弧长要长（比法国早）； 1895年清代设立测绘学堂； 1930—1949布设了2000KM的一等大地控制网； 1949年以后：     颁布实施了大地测量法式和细则规范；全国布设了8万KM的一等三角锁，测定了5万个一、二等点，进行了9万KM的一等水准测量，13.7万KM的二等水准测量，建立了1980西安大地坐标系，1956和1985高程基准；用GPS定位技术布设了全国A级28个点、B级730个点控制网；用卫星测量方法完成了西沙南沙群岛的大地联测；测绘全国5万分之一基本比例尺地形图；进行地籍和房地产测量，省市县界测量，各种工程测量，变形监测等等。

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