大地测量演示文稿

1、大地测量学基础山东建筑大学测绘工程和GIS教室，第一章绪论1大地测量学的定义和作用1.1大地测量学的定义大地测量学是指在一定时间和空间参考系统测量地球形状和重力场，监视其变化，为人类活动提供关于地球空间的信息的学科。 古老而年轻的科学，是地球科学中最活跃、具有最重要地位的分支点的主要任务：测量、描绘地球，监视其变化，为人类活动提供地球等行星的空间信息的其本质：本质上是地球信息科学，也是基础学科，也是应用学科。 经典大地测量学：假设地球为刚体，均匀旋转的球体和椭圆体，在一定范围内映射地球，研究其形状、大小和外部重力场。 (1)建立了几何大地测量和物理大地测量的理论基础和实用方法；(2)极限：从运

2、动、发展的角度看地球l现代大地测量学：支持空间映射技术(人造地球卫星、空间探测器)，以空间大地测量为特征，测量范围广。 1.2大地测量学的地位和作用l 1.2.1大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中基础先进性的重要保证作用l 1.2.2大地测量学是防灾、减灾、救灾和环境监测， 在评价和保护中发挥独特风貌的特殊作用l 1.2.3大地测量学在发展空间技术和国防建设的重要保障l 1.2.4大地测量学在现代地球科学研究中的地位越来越重要1.2.1大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥了基础现行性的重要保证作用， 交通运输资源开发水利水电城市建设和信息管理工业企业农田规划土地管理地形图1.2.

3、2大地测量学在防灾、减灾、防灾和环境监测、评价和保护方面发挥独特风貌的地震带内大地测量变形监测系统：(自动、连续) GPS (全球卫星定位系统) VLBI (很长的基线干涉测量) SLR (激光测量卫星)海难、飞机事故等GPS高速定位卫星通信技术因温室效应引起的海面变化利用GPS技术对全球检潮站进行VLBI和SLR测量，1.2.3大地测量学是发展空间技术和国防建设的重要保障空间科学技术发展水平目前是衡量国家综合科技水平和综合国力的重要指标，同时也是评价国家国防能力的重要指标。 大地测量的保障作用1 .精密的地球基准框架(惯性坐标系和地底固定坐标系)作用：描述宇宙飞行器在基准框架内的相对运动2

4、.精密的全球重力场模型作用： (1)用于地球表面和宇宙飞行器的分析(2)。 设计力学行为事先重力场约束1.2.4大地测量学在现代地球科学研究中的地位越来越重要的海底板块边界分布情况、海面变化、海面地形(卫星测量高、重力测量、地球物理资料)提供了更准确的重力场模型(利用卫星重力测量和陆、海大重力测量)板运动、破坏活动、地壳运动、地震活动预报大地测量学是所有测绘科学技术的基础，在国民经济建设和社会发展中发挥着决定性的基础保证作用。 例如交通运输、工程建设、土地管理、城市建设等大地测量学对防灾、减轻灾害、灾害救援和环境监测、评价和保护起着特殊作用。 地震、塌方、交通事故等的监视和救助。 大地测量是发

5、展空间技术和国防建设的重要保障。卫星、导弹、航天飞机、航天探测器等发射、引导、跟踪、返回工作都需要大地测量保证。1大地测量学的基本体系和内容2.1大地测量学的基本体系应用大地测量、椭圆体大地测量、天文大地测量、大地重力测量、测量水平等新分支：海样大地测量、行星大地测量、卫星大地测量、地球动力学、惯性大地测量。 几何测地学(天文测地学)的基本任务是确定地球的形状和大小，确定地面点的几何位置。 主要内容：国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程控制网)所建立的基本原理和方法、精密角度测量、距离测量、水平测量地球椭球体的数学性质、椭球面上的测量计算、椭球体的数学射影变换以及地球椭球体几何参数的数学模

6、型等。 物理测地学：理论测地学的基本任务：通过物理方法(重力测量)确定地球的形状及其外部重力场。 主要内容：求出地球形状和外部重力场的理论和方法，包括位置理论、地球重力场、重力测量及其回归。 空间大地测量学：主要研究以人造地球卫星和其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术和方法。 物理测地学(理论测地学)的基本任务：通过物理方法(重力测量)确定地球的形状及其外部重力场。 主要内容： (1)位置理论(2)地球重力场(3)重力测量及其回归(4)求出地球形状和外部重力场，空间大地测量学主要研究以人造地球卫星和其他空间探测器位置为代表的空间大地测量的理论、技术和方法。 现代大地测量学和传统大地测

7、量学的比较特征(1)测量范围广(2)从静态测量发展到动态测量(3)观测精度高(4)测量周期大幅度短，2.2大地测量学的基本内容1 .确定地球形状和外部重力场及其时间变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳变形，极移2 .研究月球和太阳行星的形状和重力场3 .建立和维持高技术水平的国家和世界天文大地水平的控制网和精密水平的控制网和海洋大地水平的控制网4 .研究获得高精度测量结果的仪器、方法5 .研究地球表面向椭圆体面和平面的射影数学变换相关的大地测量计算6 .大规模、高精度、 空间网和联合网数学处理的理论和方法，测量数据库的建立和应用等，3大地测量学的发展简史和展望3.1大地测量学的发展简史(4

8、阶段)第一阶段：地球球阶段第二阶段：地球椭圆体阶段第三阶段：大地水准面阶段第四阶段：现代大地测量新时期， 第一阶段：地球球阶段从太古到17世纪人们用天文法得到了地面上同一子午线上的两点纬度差，用大地法得到了对应的子午线弧长，推定了地球半径(弧度测定)，第二阶段：地球椭圆体阶段从17世纪到19世纪后半，在这约200年间，以地球为球向两极略微平坦A:这个阶段几何大地测量的主要成绩(1)长度单位的建立：法国在1799年计算了新的椭圆体参数，其子午线弧长的四千万分之一为1m. (2)最小二乘法：法国文艺复兴(A.M.Legendre )、德国高斯(c.f ) (3)椭球体测地学的形成：解决了椭球体的数

9、学性质和测量计算、正形投影方法。 在这个领域，高斯、文艺复兴、贝塞尔(Bessel )作出了很大的贡献。 (4)弧度测量大规模展开：这期间，主要有以英、法、西班牙为代表的西欧弧度测量，和以德国、俄罗斯、美国等为代表的三角测量。(5)估计了不同地球椭圆体的参数贝塞尔椭圆体的参数： a=1:199.14.7克拉克椭圆体的参数： a=1:293.5，B:此阶段物理大地测量的基础理论(1)克莱罗定理：克莱罗定理的提案假设地球是由多种密度不同的均匀物质层轮组成的椭圆体，这些椭圆体都是重力等位面(即水准面)。 该椭圆体面上纬度的一点重力加速度通过下式计算：(2)重力位函数的建议为了确定重力与地球形状的关系

10、，法国文艺复兴提出了位函数的概念。 比特函数是指，在一个参照坐标系中，引力位置对被吸引点的三个坐标方向的一次导数具有与引力的该方向的分力相等的性质的函数。 研究地球的形状取决于研究等位面。 因此，比特函数把地球的形状和重力场紧密地联系在一起。 意义： (1)研究重力场是重力位的一次导数；(2)研究地球形状可以利用等位面，地壳均衡说是英国的普拉特(J.H.Pratt )和艾黎(G.B.Airy )几乎同时提出地壳均衡说，基于地壳均衡说均衡重力异常地球某一深度的压力相等，地球外侧在不受侵蚀和堆积作用的影响时处于均衡状态。 重力测量的进展：设计和生产了用于绝对重力测量和相对重力测量的便携式钟摆。 极

11、大地推动了重力测量的发展。 (1)椭球面为大地水准面阶段(2)外业测量的基准线的垂线(物理重力方向) (3)椭球计算的基准线的法线(几何垂直方向) (4)垂线偏差：重力方向相对于垂线方向的偏差。 (5)大地水准面、第三阶段：大地水准面阶段从19世纪后半到20世纪40年代，向被大地水准面包围的大地发展对椭圆体的认识。 A:几何大地测量学在这个阶段取得了进展(1)天文大地网布局取得了很大发展：世界三大天文大地网建设(1800-1900印度，一等三角网2万公里，平均边长45公里； 1911-1935因为出现了美国一等7万公里，基线间距离400km，天文点间距离150km，拉普拉斯点250km，192

12、4-1950苏联，7万公里以上) (2)瓦基线尺，所以使用了带平行玻璃板测定器的水平仪和瓦水准尺。 b :物理大地测量学在这个阶段取得了进展： (1)大地测量极限值问题的提出英国学者斯托克斯(G.G.Stokes )将真正的地球重力位分为正常重力位和扰动位，实际重力分为正常重力和重力异常，在某些假设条件下进行了简化，通过重力异常的积分，以大地水平面为界面的扰动位计算之后，荷兰学者温宁需求(F.A.Vening Meinesz )在斯托克斯公式的基础上，发表了以大地水平面为参考面的垂线偏差式。 a地球重力位必须分为正常重力位和扰动位两部分b。 在某些假设条件下，通过重力异常的积分，可以提出以大地

13、水准面为界面的扰动位计算式和大地水准面起伏式。 c克拉索夫斯基的大地测量极限值问题：从在地面上观测到的重力值正确地求出地面点的扰动位置，直接利用地面的重力观测值求出地球形状和外部重力场边界不是椭球面也不是大地水平面，而是地球表面(2) 提出了新的椭球参数赫尔默： a=6378388m =1:298.3福特： a=637838835m，=1:297.0 0.5克拉索夫： a=6378245m，=1:298.3，第四阶段：现代大地新人造地球卫星定位系统和以很长的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，大地测量的定位、地球参数和重力场的确定、数字地球的建立等基本的

14、映射任务都用新的理论和方法进行了。从此，大地测量学进入了以空间测量技术为代表的现代大地测量发展的新时期。 现代大地测量的特征：研究范围广(地球的两极、海洋等)从静态到动态、从地球内部构造到动力过程。 观测精度越高，相对精度就越达到10-810-9，绝对精度就越达到毫米。 测量和数据处理的周期虽然短，但数据处理越来越复杂。 3.2大地测量的展望3.2.1全球卫星定位系统、激光测量卫星(SLR )和很长的基线干涉测量(VLBI ) 是主导本科发展的主要空间大地测量技术3.2.2空间大地网是实现本科科技任务的主要技术方案3.2.3精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标名词解释： GPS :全球

15、定位系统全球授时测距定位导航系统R: Satellite Laser Ranging，即激光测距卫星，使用激光测距技术测量卫星和地面激光测距仪、卫星和卫星之间以及卫星和地面点之间的距离(径向)。 VLBI:verylongbaselineintererometry或非常长的基线干扰测量利用干扰原理，在数千公里以外的非常长的基线的两端，同时从电波望远镜河外电波电源接收信号，并直接测量基线的长度和方向ins :国际导航系统利用惯性力学测量原理，通过测量运动物体加速度来测量地面点的三维坐标、重力异常、垂线偏差。 EDM :电子距离测量，第四章大地水准面和海拔系统4.1地球重力场的基本原理地球空间的任

16、何质点都受到地球引力和由地球自转产生的离心力的作用。 被其他天体(主要是月亮和太阳)所吸引。 但是，月球引力约为地球引力的一千万分之一，太阳引力更小，只能用特别高精度的研究来考虑。 本章只讨论由地球的重力和离心力形成的地球重力场的基本理论。 预备知识天球的基本概念“天球”是指以地球重心o为中心，半径r为任意长度的虚拟球体。 天文学将天体投影到天体的球面上，利用球面坐标来表现和研究天体的位置和天体之间的关系。 为了建立球面坐标系，必须确定图像球面上的几个基准点、线、面和园。 图2-8天球坐标系，图2-1天球的概念，(1)天球轴和天球的旋转轴的延伸直线称为天球轴，天球轴和天球的交点PN和PS称为天

17、球，其中PN称为北极，PS称为南极。 (2)天球赤道面和天球赤道通过地球重心o与天轴垂直的平面称为天球赤道面。 天球赤道面与地球赤道面重叠。 赤道面与天球相交的大圆称为天球赤道。 (3)包含天轴在天球面和午圈上，通过任意点的平面称为天球子午面，上球面和天球相交的大园称为天球子午轮。 (4)通过时轮天轴的平面与天球相交的大圆全部称为时轮。 (5)黄道和黄极地球公转的轨道面(黄道面)和天球相交的大园称为黄道。 黄道面和赤道面成的角称为黄赤交角，约23.5。 穿过天球中心，垂直于黄道面的直线与天球的交点称为黄极。 其中，靠近北天极的交点称为北黄极，靠近南天极的交点称为南黄极。 (6)春分点和秋分点黄道和赤道两个交点称为春分点和秋分点。 其中，太阳在黄道从南半球向北半球移动时，黄道和天球赤道的交点称为春分点，用表示。 用天文学研究卫