
《大地测量学基础》课件1.ppt
19页课程开设意义与作用§ 是测绘专业一门重要专业基础课,主要讲授有关确定地面点位置的基准的技术和方法§ 是对于普通测量学及专业测量学起着支撑作用§ 是测绘先行性的保证§ 是减灾防灾、救灾、环境监测评价的基础§ 是国民经济的发展、空间技术和国防建设的重要保障1课程特点§ 理论较深(数学基础要求较高)§ 涉及知识面广(数学、物理、电子仪器、计算机等)§ 实践性强(所学知识直接面对工程)2教学要求§ 掌握理解基本概念、原理与方法§ 掌握分析、解决问题的主要点及思路§ 熟练基础的大地测量操作实验及规定过程§ 理解课程与其它测绘专业课程的异同点,提高分析、总结能力§ 了解空间大地测量3§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的时间与空间参考系中,测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化,为人类活动提 供关于地球的空间信息的一门学科v经典大地测量:地球刚体不变、均匀旋转的球体 或椭球体;范围小v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,范围大第一章 绪 论41.2大地测量学的作用v 大地测量学是一切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 。
如交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等 v 大地测量学在防灾,减灾,救灾及环境监测、评价 与保护中发挥着特殊作用如地震、山体滑坡、交 通事故等的監測與救援v 大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障 如:卫星、导弹、航天飞机、宇宙探测器等发射、制导、跟踪、返回工作都需要大地测量作保证5§2大地测量学基本体系和内容2.1大地测量学的基本体系 应用大地测量、椭球大地测量、天文大地测量、大地重力测量、测量平差等;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 几何大地测量学(即天文大地测量学)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: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6 物理大地测量学:即理论大地测量学基本任务:是用物理方法(重力测量)确定地球形 状及其外部重力场主要内容:包括位理论,地球重力场,重力测量 及其归算,推求地球形状及外部重力场的理论与方 法 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。
72.2 大地测量学的基本内 容v 确定地球形状及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重力场v 建立和维持国家和全球的天文大地水平控制网、工程 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v 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大地测量 计算8v 研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及 其联合网的数据处理的理论和方法,测量数据库建 立及应用等现代大地测量的特征:⑴ 研究范围大(全球:如地球两极、海洋)⑵ 从静态到动态,从地球内部结构到动力过程 ⑶ 观测精度越高,相对精度达到10-8~10-9,绝对精 度可到达毫米⑷ 测量与数据处理周期短,但数据处理越来越复杂 9§3大地测量学发展简史及展望3.1大地测量学的发展简史 v第一阶段:地球圆球阶段从远古至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 ) v 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进到向两极略扁的椭 球。
10• 大地测量仪器:望远镜,游标尺,十字丝,测微器; • 大地测量方法:1615年荷兰斯涅耳(W.Snell)首创三角 测量法; • 行星运动定律:1619年德国的开普勒(J.Kepler)发表了 行星运动三大定律; • 重力测量:1673年荷兰的惠更斯(C.Huygens)提出用摆 进行重力测量的原理; • 英国物理学家牛顿(L.Newton)提出地球特征:1)是两 极扁平的旋转椭球,其扁率等于1/230;2)重力加速 度由赤道向两极与sin2φ(φ——地理纬度)成比例地增 加11几何大地测量标志性成果: ¨ 长度单位的建立:子午圈弧长的四千万分之一作为长 度单位,称为1m ¨ 最小二乘法的提出:法国的勒让德(A.M.Legendre), 德国的高斯(C.F.Gauss) ¨ 椭球大地测量学的形成:解决了椭球数学性质与测量 计算,正形投影方法在这个领域,高斯、勒让德及 贝塞尔(Bessel)作出了巨大贡献 ¨ 弧度测量大规模展开在这期间主要有以英、法、西 班牙为代表的西欧弧度测量,以及德国、俄国、美国 等为代表的三角测量 ¨ 推算了不同的地球椭球参数如贝赛尔、克拉克椭椭球 参数。
12• 物理大地测量标志性成就: ¨ 克莱罗定理的提出:法国学者克莱罗罗(A.C.Clairaut) 假设设地球是由许许多密度不同的均匀物质层质层 圈组组成的 椭椭球体,这这些椭椭球面都是重力等位面(即水准面)该该 椭椭球面上纬纬度φ的一点的重力加速度按下式计计算:13¨ 重力位函数的提出:为了确定重力与地球形状的关系 ,法国的勒让德提出了位函数的概念所谓位函数, 即是有这种性质的函数:在一个参考坐标系中,引力 位对被吸引点三个坐标方向的一阶导数等于引力在该 方向上的分力研究地球形状可借助于研究等位面 因此,位函数把地球形状和重力场紧密地联系在一起 ¨ 地壳均衡学说的提出: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学说,根据地壳均衡学说可导出均衡重力异常以用于重力归算 ¨ 重力测量有了进展设计和生产了用于绝对重力测量 以及用于相对重力测量的便携式摆仪极大地推动了 重力测量的发展14几何大地测量学进展: ¯ 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(1800-1900印度,一等三角网2万公里,平 均边长45公里;1911-1935美国一等7万公里;1924- 1950苏联,7万多公里) ¯ 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。
l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 15• 物理大地测量在这阶段的进展: 1.大地测量边值问题理论的提出:英国学者斯托克司(G.G.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16§ 第四阶段:现代大地测量新时期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 技术为代表的现代大地测量发展的新时期17● 我国高精度天文大地网的建立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,1972-1982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 l主要技术:EDM:Electronic Distance Measure; GPS: Global Positioning System; VLBI: Very Long Baseline Interferometry; SLR:Satellite Laser Ranging; INS: Inertial Navigation System183.2 大地测量的展望§ 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),惯性测量统(INS)是主导本学科发 展的主要的空间大地测量技术 § 用卫星测量、激光测卫及甚长基线干涉测量等空间大 地测量技术建立大规模、高精度、多用途的空间大地 测量控制网,是确定地球基本参数及其重力场,建立 大地基准参考框架,监测地壳形变,保证空间技术及 战略武器发展的地面基准等科技任务的基本技术方案 § 精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标 19。
