大地测量学详解

大地测量学

大地测量学，又称为测地学。根据德国著名大地测量学家F.R. Helmert的经典定义，大地测量学是一门量测和描绘地球表面的科学。也就是研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。它也包括确定地球重力场和海底地形，是测绘学的一个分支。英文解释：A subdivision of geophysics which includes determination of the size and shape of the earth, the earth`s gravitational field, and the location of points fixed to the earth`s crust in an earth-referred coordinate system. (Source: MGH)"

简介编辑

大地测量学是测绘学的一个分支。研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。

大地测量学中测定地球的大小，是指测定地球椭球的大小;研究地球形状,是指研究大地水准面的形状；测定地面点的几何位置，是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置。将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上，用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置，用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。

大地测量工作是为大规模测制地形图提供地面的水平位置控制网和高程控制网，为用重力勘探地下矿藏提供重力控制点，同时也为发射人造地球卫星、导弹和各种航天器提供地面站的精确坐标和地球重力场资料。

任务编辑

它的基本任务是研究全球，建立与时相依的地球参考坐标框架，研究地球形状及其外部重力场的理论与方法，研究描述极移固体潮及地壳运动等地球动力学问题，研究高精度定位理论与方法。

测地学

测地学

确定地球形状及其外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水面地形及其变化等。·研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。

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，以满足国民经济和国防建设的需要。

研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。

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。

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。

分支编辑

几何大地测量学亦即天文大地测量学：它的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。

物理大地测量学也称理论大地测量学：它的基本任务是用物理方法（重力测量）确定地球形状及其外部重力场。

空间大地测量学：主要研究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。

方法编辑

测地方程

测地方程

解决大地测量学的任务传统上有两种方法，几何法和物理法。所谓几何法是用几何观测量通过三角测量等方法建立水平控制网，提供地面点的水平位置；通过水准测量方法，获得几何量高差，建立高程控制网提供点的高程。物理法是用地球的重力等物理观测量通过地球重力场的理论和方法推推求大地水准面相对于地球椭球的距离、地球椭球的扁率等。

简史编辑

萌芽阶段

17世纪以前，大地测量学处于萌芽状态。公元前3世纪，埃拉托色尼首先应用几何学中圆周上一段弧的长度、对应的中心角同圆半径的关系，计算地球的半径长度。公元724年，中国唐代的南宫说等人在张遂（一行）的指导下，首次在今河南省境内实测一条长约300千米的子午弧。其他国家也进行过类似的工作。但当时测量工具简陋，技术粗糙，所得结果精度不高，只是测量地球大小的尝试。

大地测量学形成

1687年I.牛顿发表万有引力定律之后，1690年荷兰c.惠更斯在其著作《论重力起因》中，根据地球表面的重力值从赤道向两极增加的规律，得出地球的外形为两极略扁的扁球体论断。1743年法国A.一C.克菜罗发表《地球形状理论》，进一步给出由重力数据和地球自转角速度确定地球扁率的克莱罗定理。此外，17世纪初，荷兰的w.斯涅耳首创三角测量。随后望远镜、测微器、水准器等发明，测量仪器精度大幅度提高，为大地测量学的发展奠定技术基础。17世纪末，大地测量学形成至卫星大地测量的出现，这一阶段的大地测量学通常称为经典大地测量学。主要标志是以地面测角、测距、水准测量和重力测量为技术手段解决陆地区域性大地测量问题。弧度测量、三角测量、几何高程测量以及椭球面大地测量理论的发展，形成几何大地测量学；建立了重力场的位理论并发展了地面重力测量，形成物理大地测量学。

弧度测量

1683～1718年，法国卡西尼父子（G.D.Cassini和J.Cassini）在通过巴黎的子午圈上用三角测量法测量弧幅达8°20’的弧长，推算出地球椭球的长半轴和扁率。由于天文纬度观测没有达到必要的精度，加之两个弧段相近，以致得出了负的扁率值，即地球形状是两极伸长的椭球，与惠更斯根据力学定律作出的推断正好相反。为了解决这一疑问，法国科学院于1735年派遣两个测量队分别赴高纬度地区拉普兰（位于瑞典和芬兰的边界上）和近赤道地区秘鲁进行子午弧度测量，全部工作于1744年结束。两处的测量结果证实纬度愈高，每度子午弧愈长，即地球形状是两极略扁的椭球。至此，关于地球形状的物理学论断得到了弧度测量结果的有力支持。

另一个著名的弧度测量是J.B.J.德朗布尔于1792～1798年间进行的弧幅达9°40’的法国子午弧的测量。由这个新子午弧和1735～1744年间测量的秘鲁子午弧的数据，推算了子午圈一象限的弧长，取其千万分之一作为长度单位，命名为一米。这是米制的起源。

从18世纪起，继法国之后，一些欧洲国家也都先后开展了弧度测量工作，并把布设方式由沿子午线方向发展为纵横交叉的三角锁或三角网。这种工作不再称为弧度测量，而称为天文大地测量。中国清代康熙年间（1708～1718）为编制《皇舆全览图》，曾实施大规模的天文大地测量。在这次测量中，也证实高纬度的每度子午弧比低纬度的每度子午弧长。另外，清代康熙皇帝还决定以每度子午弧长为200里来确定里的长度。