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1、主讲老师:吴北平,1,大地测量学基础,1.1大地测量学的定义和作用 1.2大地测量学的基本体系和内容 1.3 大地测量学的发展简史及展望,2,第1章 绪论,定义:大地测量学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的一门地球信息学科,既是基础学科,又是应用学科。 经典大地测量:地球刚体不变、均匀旋转的球体或椭球体;不适应监测地球动态变化的要求。 现代大地测量:空间测绘技术(人造地球卫星、空 间探测器),空间大地测量为特征,范围大。,3,1.1 定义和作用,作用: 1. 在国民经济各项建设(交通运输、资源开发、水利水电)和社会发展(农业生产、土地管理)中发挥着基础先行
2、性的重要保证作用 2. 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. 是发展空间技术和国防建设的重要保障 4. 在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要 5:是大地测量,工程测量,海洋测量,矿山测量,航空摄影测量与遥感,制图及地理信息的基础科学,4,1.1 定义和作用 续,基本体系:,5,常规大地测量,应用大地测量学,椭球大地测量学,大地天文测量学,测量平差,大地重力测量学,1.2 基本体系和内容,6,大地测量学,无线电电子学,天体力学及天文学,海洋地质学及海洋导航学,地球物理、海洋地质学,人造地球卫星学天气力学,惯性原理,线性带式、概率统计,电磁波测距大地测量学,
3、宇宙大地测量学,海洋大地测量学,地球动力学,卫星大地测量学,惯性大地测量学,现代大地测量数据处理学,1.2 基本体系和内容 续,1:几何大地测量学(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:关于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。,7,现代大地测量学分支,(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,地球重力场,重力测量及其归算,推求地球形状及外
4、部重力场的理论与方法等。 3: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。,8,物理大地测量学,1:现代大地测量的测量范围大 2:已从静态测量发展到动态测量,已从地球表面测绘发展到深入地球内部构造及动力过程的研究 3:观测的精度高,长距离相对定位精度达10-810-9,绝对精度达毫米级,有的达亚毫米级;角度测量精度在零点几秒,高程测量精度是亚毫米,重力测量精度是微伽级等, 4:现代大地测量的测量周期短也是区别传统大地测量学的重要标志。,9,现代大地测量学特征,(1)确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化 (2)研究月球及太阳系行星的形状及重力
5、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,10,基本科学技术内容,(4)研究为获得高精度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学处理的理论和方法,测量数据库建立及应用等,11,基本科学技术内容 续,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 ) 第二阶段:地球椭球阶段 从17世纪至19世纪下半叶,在这将近200年期间,人们把地球作为圆球的认识推
6、进到向两极略扁的椭球。,12,地球圆球阶段,1:长度单位的建立。1800年德兰勃尔椭球:a=6 375 653m,=1/334,取其子午圈弧长的四千万分之一作为长度单位,称为1m。 2:最小二乘法的提出。这一理论中心内容是利用具有观测误差的多余观测的数列求定待定参数最佳估值及其精度。,13,几何大地测量进展,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,以及将椭球面投影到平面的正形投影方法。 4:弧度测量大规模展开。 5:推算了不同的地球椭球参数。 1):1841年贝赛尔椭球: 长半轴:6 377 397m210m, 扁率:1299.14.7。 2):1840年克拉克椭球:
7、6 378 249m,1293.5,14,几何大地测量进展 续,(1)克莱罗定理的提出 (2)重力位函数的提出 (3)地壳均衡学说的提出 (4)重力测量有了进展。设计和生产了用于绝对重力测量的可倒摆以及用于相对重力测量的便携式摆仪,15,物理大地测量学进展,第三阶段:大地水准面阶段 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。 几何大地测量学进展: 1:天文大地网的布设有了重大发展。全球三大天文大地网的建立 2:因瓦基线尺出现,平行玻璃板测微器的水准仪及因瓦水准尺使用。,16,大地水准面阶段,1.大地测量边值问题理论的提出: 英国学者斯托克司(G.G.
8、Stokes)把真正的地球重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,在某些假定条件下进行简化,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。后来,荷兰学者维宁曼尼兹(F.A.Vening Meinesz)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。 2.提出了新的椭球参数: 赫尔默特椭球、海福特椭球、克拉索夫斯基椭球等。,17,物理大地测量学进展,20世纪下半叶,以电磁波测距、人造地球卫星定位系统及甚长基线干涉测量等为代表的新的测量技术的出现,给传统的大地测量带来了革命性的变革,大地测量学进入了以空间测量技术
9、为代表的现代大地测量发展的新时期。 主要技术: EDM:Electronic Distance Measure; GPS: Global Positioning System; VLBI: Very Long Baseline Interferometry; SLR:Satellite Laser Ranging; INS: Inertial Navigation System,18,现代大地测量新时期,1951-1975年:一等三角点5万多个,全长7.5多万公里,二等锁,一等导线等,19721982年平差数据处理,建立1980国家大地坐标系。 我国高精度重力网的建立: 1981年开始绝对重力测量与相对重力测量,11个绝对重力点(基准点),40多个(基本点),重力网的平差,1985年国家重力基本网形成。,19,我国高精度天文大地网的建立,1. 全球卫星定位系统(GPS),激光测卫(SLR)以及甚长基线干涉测量(VLBI)是主导本学科发展的主要的空间大地测量技术 2. 空间大地网是实现本学科科学技术任务的主要的技术方案 3. 精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标 4. 精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标,20,1.3 展望,
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