现代大地测量

现代大地测量

题目：现代大地测量课程报告

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专业：大地测量学与测量工程

本学期通过对现代大地测量这门课程的学习，使我对经典大地测量学和现代大地测量学的发展有了一些了解，尤其是现代大地测量学的发展及在其领域的应用有了深刻的认识。

按照 F , R 赫尔默特(1980)的经典定义，大地测量学是“测定和描绘地球表面的科学”。这是赫尔默特对“Geodesy"这个词的定义，但从这个定义的内涵去理解，倒不如说它是测绘学的定义更为恰当一些。实际上"Geodesy"这个词曾经有人译成测地学。就大地测量来说，这一定义一直沿用了很长的时期，它包括测定地面点位置、地球重力场和海底表面。通常按照这一定义，大地测量学具有两大任务：一是科学任务，即测定地球形状参数(形状和大小)和外部重力场;另一是工程技术任务，即建立全球的或区域的(国家的)高精度天文大地控制网，为测绘全国范围的各种比例尺地形图服务。而传统大地测量技术和手段，由于其定位的平均极限精度只能是10-5-10-6，一般不能分辨地球的动态变化，只能以刚性均匀旋转地球假设为前提，所以在完成以上两大任务时，其成果具有静态性、相对性、局限性，这就大大限制了大地测量学深人地球科学和工程科学去扩展其科学和工程应用目标的能力。

1．现代大地测量学的特点：

1．长距离，大范围现代大地测量学所量测的范围和间距，已可以从原来的几十公里扩展到几千公里，不再受经典大地测量中“视线”长度的制约，现代大地测量学能提供协调一致的全球性大地测量数据，例如测定全球的板块运动，冰原和冰川的流动，洋流和海平面的变化等等，因此过去总在局部地域中进行的大地测量现在已扩展为洲际的、全球的和星际的。

2．高精度现代大地测量的量测精度相对于经典大地测量而言，已提高了2 到3个数量级。例如我国天文大地网是中国60年代大地测量的最高精度，其相对精度约为3ppm，而目前GPS定位的相对精度一般情况下都可以做到0.1ppm。

3．实时，快速经典大地测量的外业观测和内业数据处理是在有相当时间间隔内完成的两个不同的工序。而现代大地测量的这两个工序，几乎可以在同一时间段内完成，即实时或准实时地完成。例如对静态或动态目标的实时定位（导航），对形变的实时监测，可以准实时测定由于大气和海洋角动量的变化与地球自转的关系。

4．“时间维”现代大地测量的第四维是时间或历元。现代大地测量能提供在合理复测周期内有时间序列的，高于10-7精度的大地测量数据。这些测量成果，必然或必须要以“时间”作为大地测量学数据中的第四个坐标（第四维），否则高精度和实时测定在不断运动的物质世界中就没有意义。也就是说大地测量学原来的三个方面的静态内容，在当前实时和高精度测量的条件下，必须与它们所相应的时间（历元）相联系。这是现代大地测量学的一个重要特点。

5．地心经典大地测量是在地面上进行，因此要以较高精度测定目标的地心三维坐标是很困难的。而现代大地测量的主体，即卫星大地测量所测得的定位、高程、影像等成果，都是以维系卫星运动的地球质心为坐标原点的三维的测量数据。因此现代大地测量以地心坐标系为主的这一特点，是卫星大地测量自身的物理特性所决定的。

6．学科的融合现代大地测量学的第六个特点是它的学术领域的扩大，以及与其他学科的融合。过去传统的看法是，大气折射对所有大地测量中的电磁波测量都是一种误差源，是一种自然的制约因素，而现代大地测量却要利用卫星和地面站之间，或卫星和卫星之间的电磁波定位测量技术，对大气中的电离层和对流层进行连续的，密集的测量，采用求逆技术，实时提供大气最主要物理性质的三维综合影像，这对天气预报和研究，电离层预报和研究都有一定作用。此外现代大地测量学除了对大气科学的贡献外，由于它能获得精确的、大量的，在空间和时间方面有很高分辨率的对地观测数据，因此对地球动力学、海洋学、地质学、地震学等地球科学的作用也越来越大。

2．大地测量学领域的扩大和交叉

现代大地测量已超过原来经典大地测量的目标，追求大地测量可以做更多的事，形成了学科交叉意义上的大地测量学。因此现代大地测量数据可以提供和处理原来是地球动力学、行星学、大气学、海洋学、板块运动学和冰川学的信息。

最好的例子是GPS。原先GPS的设计是用于米级精度的定位，但经过不懈的研究和改善，目前的GPS 已可以用于精度为毫米级的（相对）定位。若将GPS 站布设为网络形式，则人们可以得到前所未有的空间和时间的高分辨率来发现和测定地壳运动，例如日本有超过1000个GPS 连续运行站网，美国南加州有超过250

个GPS监测站，中国的地壳运动监测网络中有25个GPS连续运行站网，近1000个

GPS监测点，这些网站可以提供相应区域范围内丰富的地形变信息，因而可以成

为该区域地震和地质灾害的监测系统。GPS结合INSAR技术不仅可以提供网点的

地形变信息，还可以提供相应整个地表面的地形变信息。

长期以来是凡利用电磁波进行大地测量的技术中，大气中水气对电磁波信号

传播的影响，一直是一个需要在大地测量数据处理中加以剔除和削弱的对象。但

这样一个长期困惑大地测量的问题，在近十年来却转变成了大地测量工作的一个

新领域：用地面或星载GPS 测定电信号的总天顶延迟以计算大气可降水份。由于

这些GPS数据可以全天候获得，不受云量的影响（不像过去使用的水气幅射计），

并可以获得缺少陆地的南半球和海洋上的相应数据。以同样的原理GPS 也提供一

种新的途径来描述电离层的不均匀性质。这就形成了所谓的卫星大气学，它的开

拓和发展，还有待大地测量学家和大气学家的共同努力。

由于重力卫星持续的对地球重力场的观测，将必然可以提供地球重力场的时变值。重力场的时变是地球上各种物质重新分布的现象所引起的。这包括日月潮汐，后冰期回弹，大气移动、其中影响较大的是地球上水（海、湖、河、地下水、冰川、冰原、雪原等）质量分布的变化，因此今后重力场的时变测量，近期来说，将对海平面上升，冰川学、海洋动力学和大陆水量变化的研究做出独特的贡献。例如，全球海平面上升这一说法，至今仍有很多争议。其中关键点是它的水源问题。今后通过重力场的时变测量，可以排除海水随全球变暖的热膨胀因素，并确定是否有全球平均海水面0.1mm/a的上升率。若假设水源是从大陆流向海洋，则通过各大陆大地水准面或重力场的变化可以分辨出来，而假设水源是来自南极和格陵兰冰原，则这些重力卫星对该地区重力场的时变测量结果，结合在冰原上的卫星测高，可以比较准确地计算这些冰原消蚀对海平面上升的贡献。这一信息也有利于冰川学家确定该地区冰原消长的动力模型，也有利于对某些局部地区冰川、冰雪层质量的长期和周期变化的研究。这些对今后全球海平面上升的预测都是很重要的。

从上面卫星定位GPS和卫星重力CHAMP，GRACE的运行和它的多种功能的情况说明，大地测量可以并已经涉及多种学科领域，并提供多种学科领域长期以来很难取得的数值和有可能解决它们相应的困惑。事实业已证明大地测量学将与其他学科有更多的交叉，并将更大地影响和促进地球科学、环境科学和行星科学的发展。