第一章緒論§1大地測量學的定義和作用1.1大地測量學的定義

大地測量學是指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監測其變化，為人類活動提供關于地球的空間信息的一門學科。經典大地測量：地球剛體不變、均勻旋轉的球體或橢球體；范圍小。現代大地測量：空間測繪技術(人造地球衛星、空間探測器)，空間大地測量為特征，范圍大。

11.2大地測量學的作用大地測量學是一切測繪科學技術的基礎，在國民經濟建設和社會發展中發揮著決定性的基礎保證作用。如交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等

大地測量學在防災，減災，救災及環境監測、評價與保護中發揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監測與救援。大地測量是發展空間技術和國防建設的重要保障。如:

衛星、導彈、航天飛機、宇宙探測器等發射、制導、跟蹤、返回工作都需要大地測量作保證。2§2大地測量學基本體系和內容2.1大地測量學的基本體系

應用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、測量平差等；新分支：海樣大地測量、行星大地測量、衛星大地測量、地球動力學、慣性大地測量。幾何大地測量學（即天文大地測量學）

基本任務：是確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。

主要內容：國家大地測量控制網(包括平面控制網和高程控制網)建立的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準測量；地球橢球數學性質，橢球面上測量計算，橢球數學投影變換以及地球橢球幾何參數的數學模型等。3物理大地測量學：即理論大地測量學

基本任務：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。空間大地測量學：主要研究以人造地球衛星及其他空間探測器為代表的空間大地測量的理論、技術與方法。4研究大規模、高精度和多類別的地面網、空間網及其聯合網的數據處理的理論和方法，測量數據庫建立及應用等。

現代大地測量的特征：

⑴研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）⑵從靜態到動態，從地球內部結構到動力過程。

⑶觀測精度越高，相對精度達到10-8~10-9，絕對精度可到達毫米。⑷測量與數據處理周期短，但數據處理越來越復雜。6§3大地測量學發展簡史及展望

3.1大地測量學的發展簡史

第一階段：地球圓球階段

從遠古至17世紀，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點的緯度差，用大地法得到對應的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量）第二階段：地球橢球階段

從17世紀至19世紀下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球的認識推進到向兩極略扁的橢球。7大地測量儀器：望遠鏡，游標尺，十字絲，測微器；大地測量方法：1615年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創三角測量法;行星運動定律：1619年德國的開普勒(J.Kepler)發表了行星運動三大定律；重力測量：1673年荷蘭的惠更斯(C.Huygens)提出用擺進行重力測量的原理；英國物理學家牛頓(L.Newton)提出地球特征：1）是兩極扁平的旋轉橢球，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。8幾何大地測量標志性成果：長度單位的建立：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)。橢球大地測量學的形成：解決了橢球數學性質與測量計算，正形投影方法。在這個領域，高斯、勒讓德及貝塞爾（Bessel)作出了巨大貢獻。弧度測量大規模展開。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。如貝賽爾、克拉克橢球參數。

9物理大地測量標志性成就：克萊羅定理的提出：法國學者克萊羅(A.C.Clairaut)假設地球是由許多密度不同的均勻物質層圈組成的橢球體，這些橢球面都是重力等位面(即水準面)。該橢球面上緯度φ的一點的重力加速度按下式計算：10重力位函數的提出：為了確定重力與地球形狀的關系，法國的勒讓德提出了位函數的概念。所謂位函數，即是有這種性質的函數：在一個參考坐標系中，引力位對被吸引點三個坐標方向的一階導數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，位函數把地球形狀和重力場緊密地聯系在一起。地殼均衡學說的提出：英國的普拉特(J.H.Pratt)和艾黎(G.B.Airy)幾乎同時提出地殼均衡學說，根據地殼均衡學說可導出均衡重力異常以用于重力歸算。重力測量有了進展。設計和生產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。極大地推動了重力測量的發展。11幾何大地測量學進展：天文大地網的布設有了重大發展。全球三大天文大地網的建立（1800－1900印度，一等三角網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，7萬多公里)因瓦基線尺出現，平行玻璃板測微器的水準儀及因瓦水準尺使用。

第三階段：大地水準面階段從19世紀下半葉至20世紀40年代，人們將對橢球的認識發展到是大地水準面包圍的大地體。

12物理大地測量在這階段的進展：

1.大地測量邊值問題理論的提出：英國學者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動位兩部分，實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行簡化，通過重力異常的積分，提出了以大地水準面為邊界面的擾動位計算公式和大地水準面起伏公式。后來，荷蘭學者維寧·曼尼茲(F.A.Vening

Meinesz)根據斯托克司公式推出了以大地水準面為參考面的垂線偏差公式。

2.提出了新的橢球參數：赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。13第四階段：現代大地測量新時期

20世紀下半葉，以電磁波測距、人造地球衛星定位系統及甚長基線干涉測量等為代表的新的測量技術的出現，給傳統的大地測量帶來了革命性的變革，大地測量學進入了以空間測量技術為代表的現代大地測量發展的新時期。

14

●我國高精度天文大地網的建立

1951-1975年：一等三角點5萬多個，全長7.5多萬公里，二等鎖，一等導線等，1972－1982年平差數據處理，建立1980國家大地坐標系。

●我國高精度重力網的建立

1981年開始絕對重力測量與相對重力測量，11個絕對重力點（基準點），40多個（基本點），重力網的平差，1985年國家重力基本網形成。

主要技術：

EDM：ElectronicDistanceMeasure;

GPS:GlobalPositioningSystem;

VLBI:VeryLongBaselineInterferometry;

SLR：SatelliteLaserRanging;INS:InertialNavigationSystem153.2大地測量的展望全球衛星定位系統(GPS)，激光測衛(SLR)以及甚長基線干涉測量(VLBI),慣性測量統(I