《大地测量学》本科全册配套完整教学课件.pptx

1、大地测量学本科全册大地测量学本科全册配套完整教学课件配套完整教学课件12 大大 地地 测测 量量 学学 基基 础础3课程的基本要求课程的基本要求n本课程的性质本课程的性质 专业基础课，必修课；开课对象：测绘专业学生。专业基础课，必修课；开课对象：测绘专业学生。n 本课程的教学内容与特点本课程的教学内容与特点 为了适应新形势下教学的需要，在原有课程的基础上，为了适应新形势下教学的需要，在原有课程的基础上，删除了陈旧过时的内容，增添了大量的新理论、新技术，删除了陈旧过时的内容，增添了大量的新理论、新技术，内容广泛。如地球重力学、实用天文学、椭球大地测量学、内容广泛。如地球重力学、实用天文学、椭球大

2、地测量学、控制测量学、大地坐标系的建立与变换等相关内容。内容控制测量学、大地坐标系的建立与变换等相关内容。内容广难深，授课课时短等特点。广难深，授课课时短等特点。4n本课程的教学安排与要求本课程的教学安排与要求l教学时间：共13周，总学时48学时。l教学形式：以上课为主，包括课外讨论、上机计算、课间与课外实习、课堂练习等。加强课外自学，培养学生的自学能力。n本课程的重要参考文献本课程的重要参考文献 1）地球形状与地球重力场宁津生等编2）椭球大地测量学陈建等编3）大地坐标系的建立朱华统编4）应用大地测量学陈建等编5第一章第一章 绪绪 论论6 第一章第一章 绪绪 论论 71大地测量学的定义和作用大

3、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的定义 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，为人类活动提供地球空间信息的一门学科。场并监测其变化，为人类活动提供地球空间信息的一门学科。 经典大地测量经典大地测量：地球刚体不变、均匀旋转椭球体；在一定范围内测绘地：地球刚体不变、均匀旋转椭球体；在一定范围内测绘地球，研究其形状、大小及其外部重力场。范围小，不适动态监测。球，研究其形状、大小及其外部重力场。范围小，不适动态监测。 现代大地测量现代大地测量：空间测绘技术：空间测绘技术(人造地球卫星、空

4、间探测器人造地球卫星、空间探测器)，空间大地测，空间大地测量为特征，范围大。量为特征，范围大。 1.2大地测量学的作用大地测量学的作用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。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、如交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等土地管理、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。着特殊作用。如地震、山体滑

5、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、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。地测量作保证。82大地测量学基本体系和内容大地测量学基本体系和内容 2.1大地测量学的基本体系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、测量平差平差 等；新分支：等；新分支： 海样大地测量、行星大地测量、卫星大地测量、海样大地测

6、量、行星大地测量、卫星大地测量、地球动力学、惯性大地测量地球动力学、惯性大地测量。大地测量的基本体系概括为以下三个分支：大地测量的基本体系概括为以下三个分支： 几何大地测量学（即天文大地测量学）几何大地测量学（即天文大地测量学） 基本任务：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。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：主要内容：国家大地测量控制网国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程控制网包括平面控制网和高程控制网)建立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

7、上测量计算，椭球数学投影变换以及地球椭球几何数学性质，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。参数的数学模型等。9 物理大地测量学：即理论大地测量学物理大地测量学：即理论大地测量学 基本任务：基本任务：是用物理方法是用物理方法(重力测量重力测量)确定地球形状及其外部重确定地球形状及其外部重力场。力场。 主要内容：主要内容：包括位理论，地球重力场，重力测量及其归算，推包括位理论，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。求地球形状及外部重力场的理论与方法。 空间大地测量学空间大地测量学： 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主

8、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。地测量的理论、技术与方法。 102.2 大地测量学的基本内容大地测量学的基本内容 v 确定地球形状及外部重力场确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，研究地壳形变及其随时间的变化，研究地壳形变(包括垂直升降及水平位移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，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。等。 研究月球及太阳系行星的形状及重力场。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测绘基准、坐标系统建立和维持国家和全球的测绘基准、坐标系统（天文大地水平控（天文大地水平控制网、工程控制网

9、和精密水准网以及海洋大地控制网），以满足国制网、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。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技术方法研究为获得高精度测量成果的仪器和技术方法。研究地球表面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。向椭球面或平面的投影数学变换及有关大地测量计算。v 研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网的研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网的数据处理的理数据处理的理论和方法论和方法，测量数据库建立及应用等。，测量数据库建立及应用等。 11现代大地测量的特征：现代大地测量的特征： 研究范围大（全

10、球：如地球两极、海洋）研究范围大（全球：如地球两极、海洋） 从静态到动态，从地球内部结构到动力过程。从静态到动态，从地球内部结构到动力过程。 观测精度越高，相对精度达到观测精度越高，相对精度达到10-810-9，绝对精度可到达毫米。，绝对精度可到达毫米。 测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。 123大地测量学发展简史及展望大地测量学发展简史及展望 3.1大地测量学的发展简史 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 ） 第二阶段：地球椭

11、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。 13球形地球公元前世纪希腊毕达哥拉斯提出“地圆说” 扁球形地球牛顿提出“地扁说”14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年德国的开普勒发表了行星运动三大定律； 重力测量：1673年荷兰的惠更斯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sin(地理纬度)成比例地增加。 几何大

12、地测量标志性成果：几何大地测量标志性成果： 1)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为1m。 2)最小二乘法的提出：法国的勒让德，德国的高斯. 3)椭球大地测量学的形成：解决了椭球上测量计算问题。 4)弧度测量大规模展开。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。 5)推算了不同的地球椭球参数。如贝赛尔、克拉克椭球参数。15物理大地测量标志性成就：物理大地测量标志性成就：1)克莱罗定理的提出：法国学者克莱罗(A.C.Clairaut)假设地球是由许多密度不同的均匀物质层圈组成的椭球体，这些椭球面都是重力等位面(即水准面)。该椭球面上纬度

13、的一点的重力加速度按下式计算：)sin1 (2eq25eaq2162)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。3)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。4)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

14、动了重力测量的发展。17几何大地测量学进展：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（18001900印度，一等三角网2万公里，平均边长45公里；19111935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。 18物理大地测量在这阶段的进展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大地测量边值问题理论的提出 英国学者斯托克司(G.G.St

15、okes)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。 2.2.提出了新的椭球参数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。19 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

16、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。梨形地球梨形地球 20 20世纪世纪5050年代卫星大地测量年代卫星大地测量20 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，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。 l主要技术 EDM：Electronic Distance Measure; GPS: Global Positioning S

17、ystem; VLBI: Very Long Baseline Interferometry; SLR：Satellite Laser Ranging; INS: Inertial Navigation System21223.2 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

18、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。 大大 地地 测测 量量 学学 基基 础础 联系电话：联系电话：13627146757E-mail: S课程简介与基本要求课程简介与基本要求 课程简介课程简介 专业基础课，必修课；开课对象：测绘专业学生。专业基础课，必修课；开课对象：测绘专业学生。 为了适应新形势下教学的需要，在原有课程的基础上，为了适应新形势下教学的需要，在原有课程的基础上， 删除了陈旧过时的内容，增添了大量的新理论、新技术，删除了陈旧过时的内容，增添了大量的新理论、新技术，内容广泛。如地球重力学、实用天文学、椭球大地测量学、内容广泛。如地球重力学、实用天文学

19、、椭球大地测量学、控制测量学、大地坐标系的建立与变换等相关内容。内容控制测量学、大地坐标系的建立与变换等相关内容。内容广难深，授课课时短等特点。广难深，授课课时短等特点。 课程的教学安排课程的教学安排教学时间教学时间：共：共13周，总学时周，总学时52学时。学时。教学形式教学形式：以上课为主，自学为辅，包括上机计算、：以上课为主，自学为辅，包括上机计算、课间与课外实习、课堂练习等。课间与课外实习、课堂练习等。主要参考文献主要参考文献1地球形状与地球重力场地球形状与地球重力场宁津生等编宁津生等编2椭球大地测量学椭球大地测量学陈建等编陈建等编3大地坐标系的建立大地坐标系的建立朱华统编朱华统编4应用

20、大地测量学应用大地测量学陈建等编陈建等编课程学习的具体要求课程学习的具体要求第一章第一章 绪绪 论论 第一章第一章 绪绪 论论 1 大地测量学的定义和作用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，为人类活动提供地绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供地球空间信息的一门学科。球空间信息的一门学科。 经典大地测量：经典大地测量：在一定范围内测绘地球，研究其形状、大在一定范围内测绘地球，研究其形状、大小及其外部重力场。但研究范围小，不适

21、动态监测。小及其外部重力场。但研究范围小，不适动态监测。 现代大地测量现代大地测量：以空间测绘技术以空间测绘技术(人造地球卫星、空间探测人造地球卫星、空间探测器器)为主要特征，研究空间精密定位理论、技术与方法。为主要特征，研究空间精密定位理论、技术与方法。 1.2大地测量学的作用大地测量学的作用大地测量学是一切测绘科学技术的基础，在国民经济建大地测量学是一切测绘科学技术的基础，在国民经济建设中发挥着基础性的作用。设中发挥着基础性的作用。如交通運輸、工程建設、土如交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等地管理、城市建設等 土地规划与城镇建设土地规划与城镇建设高速铁路建设高速铁路建设大地测量学在防

22、灾，减灾，救灾及环境监测、评价与保大地测量学在防灾，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。的監測與救援。三峡库区滑坡监测三峡库区滑坡监测GPS大坝监测大坝监测大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障。如大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障。如:卫卫星、导弹、航天飞机、宇宙探测器等发射、制导、跟踪、星、导弹、航天飞机、宇宙探测器等发射、制导、跟踪、返回工作需要大地测量作保证。返回工作需要大地测量作保证。大地测量在地球科学研究中的地位显得越来越重要。综大地测量在地球科学研究中的地位显得越来

23、越重要。综合各种大地测量技术与方法，能以高空间分辨率与时间分合各种大地测量技术与方法，能以高空间分辨率与时间分辨率测定全球、地区或局部的地壳运动，与其它地学学科辨率测定全球、地区或局部的地壳运动，与其它地学学科一起共同揭示地球内部的奥秘。一起共同揭示地球内部的奥秘。大地测量是其它测绘分支学科的基础。该学科的发展极大地测量是其它测绘分支学科的基础。该学科的发展极大的影响其它学科的发展。大的影响其它学科的发展。2 大地测量学基本体系和内容大地测量学基本体系和内容 2.1大地测量学的基本体系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、应用大地测量、椭球大地测量、天文

24、大地测量、大地重力测量、测量平差等；新分支：测量平差等；新分支： 海样大地测量、行星大地测量、卫星大地海样大地测量、行星大地测量、卫星大地测量、地球动力学、惯性大地测量。大地测量的基本体系概括为测量、地球动力学、惯性大地测量。大地测量的基本体系概括为以下三个分支以下三个分支l几何大地测量学（即天文大地测量学）几何大地测量学（即天文大地测量学） 基本任务：基本任务：确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。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：主要内容：国家大地测量控制网国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程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

25、量，距离测量，水准测量；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。地球椭球几何参数的数学模型等。l物理大地测量学：即理论大地测量学物理大地测量学：即理论大地测量学 基本任务：基本任务：是用物理方法是用物理方法(重力测量重力测量)确定地球形状及其确定地球形状及其外部重力场。外部重力场。 主要内容：主要内容：包括位理论，地球重力场，重力测量及其归包括位理论，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。算，推求地球形状及外

26、部重力场的理论与方法。l空间大地测量学：空间大地测量学： 主要研究以人造地球卫星、空间探测器为代表的空间主要研究以人造地球卫星、空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。大地测量的理论、技术与方法。 2.2 大地测量学的基本内容大地测量学的基本内容 v 确定地球形状及外部重力场确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，研究地壳及其随时间的变化，研究地壳形变形变(包括垂直升降及水平位移包括垂直升降及水平位移)，测定极移以及海洋水面地形，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。及其变化等。 研究月球及太阳系行星的形状及重力场。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测绘基

27、准、坐标系统建立和维持国家和全球的测绘基准、坐标系统（天文大地（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），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。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技术方法研究为获得高精度测量成果的仪器和技术方法。研究地球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。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。v 研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网的研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网的数据处数据处理的理论和方法理的理论和方法，测量数据库建

28、立及应用等。，测量数据库建立及应用等。 现代大地测量的特征：现代大地测量的特征： 研究范围大（全球：如地球两极、海洋）研究范围大（全球：如地球两极、海洋） 从静态到动态，从地球内部结构到动力过程。从静态到动态，从地球内部结构到动力过程。 观测精度高，相对精度达到观测精度高，相对精度达到10-810-9，绝对精度毫米。，绝对精度毫米。 测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。 3 大地测量学发展简史及展望大地测量学发展简史及展望 3.1大地测量学的发展简史大地测量学的发展简史 第一阶段：地球圆球阶段第一阶段：地球圆球阶段 从远古至从远古至17世纪，

29、人们用天文方法得到地面上同一子午线上世纪，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（弧度测量地球半径（弧度测量 ）。）。 第二阶段：地球椭球阶段第二阶段：地球椭球阶段 从从17世纪至世纪至19世纪下半叶，在这将近世纪下半叶，在这将近200年期间，人们把地球年期间，人们把地球作为圆球的认识推进到向两极略扁的椭球。作为圆球的认识推进到向两极略扁的椭球。 球形地球球形地球公元前世纪希腊毕达公元前世纪希腊毕达哥拉斯提出哥拉斯提出“地圆说地圆说” 扁球形地球扁球形地球牛顿提出牛顿提出“地扁说地扁说

30、”大地测量仪器：望远镜，游标尺，十字丝，测微器；大地测量仪器：望远镜，游标尺，十字丝，测微器； 大地测量方法：大地测量方法：1615年荷兰斯涅耳年荷兰斯涅耳(W.Snell)首创三角测量法首创三角测量法; 行星运动定律：行星运动定律：1619年德国的开普勒发表了行星运动三大定律；年德国的开普勒发表了行星运动三大定律； 重力测量：重力测量：1673年荷兰的惠更斯提出用摆进行重力测量的原理；年荷兰的惠更斯提出用摆进行重力测量的原理； 英国物理学家牛顿英国物理学家牛顿(L.Newton)提出地球特征：提出地球特征：1）是两极扁平的旋）是两极扁平的旋转椭球，其扁率等于转椭球，其扁率等于1/230；2）

31、重力加速度由赤道向两极与）重力加速度由赤道向两极与sin(地理纬度地理纬度)成比例地增加。成比例地增加。 几何大地测量标志性成果：几何大地测量标志性成果： 1)1)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为长度单位的建立：子午圈弧长的四千万分之一作为长度单位为1 1m m。 2) 2)最小二乘法的提出：法国的勒让德最小二乘法的提出：法国的勒让德，德国的高斯德国的高斯. . 3) 3)椭球大地测量学的形成：解决了椭球上测量计算问题。椭球大地测量学的形成：解决了椭球上测量计算问题。 4) 4)弧度测量大规模展开。主要有以英、法、西班牙为代表的西欧弧度测弧度测量大规模展开。主要有以英、法

32、、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。量，以及德国、俄国、美国等为代表的三角测量。 5) 5)推算了不同的地球椭球参数。如贝赛尔、推算了不同的地球椭球参数。如贝赛尔、克拉克椭球参数。克拉克椭球参数。物理大地测量标志性成就：物理大地测量标志性成就：1)克莱罗定理的提出：法国学者克莱罗(A.C.Clairaut)假设地球是由许多密度不同的均匀物质层圈组成的椭球体，这些椭球面都是重力等位面(即水准面)。该椭球面上纬度的一点的重力加速度按下式计算：)sin1 (2eq25eaq22)2)重力位函数的提出：为了确定重力与地球形状的关系，法重力位函数的提出：为了确定重力与地

33、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。状和重力场紧密地联系在一起。3)3)地壳均衡学说的提出：英国的普拉特地壳均衡学说的提出：英国的普拉特( (J.H.Pratt)J.H.Pratt)和艾黎和艾

34、黎( (G.B.Airy)G.B.Airy)几乎同时提出地壳均衡学说，根据地壳均衡学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说可导出均衡重力异常以用于重力归算。4)4)重力测量有了进展。设计和生产了用于绝对重力测量以及重力测量有了进展。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的发展。几何大地测量学进展：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（18001900印度，一等三角网

35、印度，一等三角网2万公里，平均边长万公里，平均边长45公里；公里；19111935美国一等美国一等7万公里；万公里；1924-1950苏联，苏联，7万多公里万多公里) 因瓦基线尺出现，平行玻璃板测微器水准仪及因瓦水准尺使用。因瓦基线尺出现，平行玻璃板测微器水准仪及因瓦水准尺使用。 l第三阶段：大地水准面阶段第三阶段：大地水准面阶段 从从19世纪下半叶至世纪下半叶至20世纪世纪40年代，人们将对椭球的认识发展年代，人们将对椭球的认识发展到是大地水准面包围的大地体。到是大地水准面包围的大地体。 梨形地球梨形地球 20 20世纪世纪5050年代卫星大地测量年代卫星大地测量 物理大地测量在这阶段的进展

36、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大地测量边值问题理论的提出 英国学者斯托克司英国学者斯托克司( (G.G.Stokes)G.G.Stokes)把真正的地球重力位分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，荷兰学者维宁和大地水准面起伏公式。后来，荷兰学者维宁

37、曼尼兹曼尼兹(F.A.Vening Meinesz)根据斯托克司公式推出了以大地水准面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。为参考面的垂线偏差公式。 2.2.提出了新的椭球参数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。赫尔默特椭球、海福特椭球、克拉索夫斯基椭球等。我国高精度天文大地网的建立我国高精度天文大地网的建立 1951-1975年：一等三角点年：一等三角点5万多个，全长万多个，全长7.5多万公里，二等锁，一多万公里，二等锁，一等导线等，等导线等，19721982年平差数据处理，年平差数据处理，1980国家大地坐标系。国家大地坐标系。我国高精度重

38、力网的建立我国高精度重力网的建立 1981年开始绝对与相对重力测量，年开始绝对与相对重力测量，11个绝对重力点（基准点），个绝对重力点（基准点），40多个（基本点），重力网的平差，多个（基本点），重力网的平差，1985年国家重力基本网形年国家重力基本网形成。成。 主要技术主要技术 EDM, GPS, VLBI: SLR; INS: 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

39、量技术为代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。表的现代大地测量发展的新时期。l第四阶段第四阶段：现代大地测量新时期现代大地测量新时期 3.2 大地测量的展望大地测量的展望 全球卫星定位系统全球卫星定位系统( (GPS)GPS)，激光测卫激光测卫( (SLR)SLR)以及甚长基线干涉以及甚长基线干涉测量测量( (VLBI),VLBI),惯性测量统惯性测量统( (INS)INS)是主导本学科发展的主要是主导本学科发展的主要空间空间大地测量技术大地测量技术 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用卫星测量、激光测卫及甚长基线干涉测量等空

40、间大地测量技术建立大规模、高精度、多用途的技术建立大规模、高精度、多用途的空间大地测量控制网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，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科技任务的主要技术方案。主要技术方案。 精化地球重力场模型是大地测量学的精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标重要发展目标。 第二章第二章 坐标与时间系统坐标与时间系统l天文学的基本概念天文学的基本概念地球运转可分为四类：地球运转可分为四类：1 1）与银河系一起在

41、宇宙中运动；与银河系一起在宇宙中运动；2)2)在银河在银河系内与太阳一起旋转；系内与太阳一起旋转；3)3)与其它行星一起绕太阳旋转与其它行星一起绕太阳旋转( (地球公转地球公转- -周周年视运动）；年视运动）；4)4)地球的自转（周日视运动）。地球的自转（周日视运动）。2.1 地球的运动地球的运动所谓天球，是指以地球质心所谓天球，是指以地球质心O O为中心，为中心，半径半径 r r为任意长度的一个假想的球体。为任意长度的一个假想的球体。在天文学中，通常把天体投影到天球在天文学中，通常把天体投影到天球的球面上，并利用球面坐标来表达或的球面上，并利用球面坐标来表达或研究天体的位置及天体之间的关系。

42、研究天体的位置及天体之间的关系。天球的概念天球的概念l地球的运转地球的运转2.1 2.1 地球的运动地球的运动 天轴与天极天轴与天极: 地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点 PN 和和 PS 称为称为天极天极，其中，其中 PN 称为北天极，称为北天极， PS 为南天极。为南天极。 天球赤道面与天球赤道天球赤道面与天球赤道: 通过地球质心通过地球质心 O 与天轴垂直的平面称为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相重合。该赤道面与天球天球赤道面。天球赤道面与地球赤道面相重合。该赤道面与天球相交的大圆称为天球赤道。相交的大圆称为天

43、球赤道。天球的参考点、线、面天球的参考点、线、面2.1 2.1 地球的运动地球的运动（续续）天球子午面与子午圈天球子午面与子午圈: 含天轴并通过任含天轴并通过任一点铅垂线的平面，称为天球子午面，一点铅垂线的平面，称为天球子午面，天球子午面与天球相交的大园称为天球天球子午面与天球相交的大园称为天球子午圈。子午圈。时圈时圈: 通过天轴的平面与天球相交的大通过天轴的平面与天球相交的大圆均称为时圈。圆均称为时圈。 黄道黄道: 地球公转的轨道面地球公转的轨道面(黄道面黄道面)与天球相交的大园称为与天球相交的大园称为黄道黄道。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为23

44、.5度。度。 黄极黄极: 通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点，通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点，称为称为黄极黄极。其中靠近北天极的交点称为。其中靠近北天极的交点称为北黄极北黄极，靠近南天极的，靠近南天极的交点称为交点称为南黄极南黄极。 春分点与秋分点春分点与秋分点: 黄道与赤道的两个交点称为黄道与赤道的两个交点称为春分点春分点和和秋分点秋分点。视太阳在黄道上从南半球向北半球运动时，黄道与天球赤道的视太阳在黄道上从南半球向北半球运动时，黄道与天球赤道的交点称为春分点，用交点称为春分点，用 表示。表示。 在天文学中和研究卫星运动时，在天文学中和研究卫星运动时，春分点春分点

45、和和天球赤道面天球赤道面，是建立，是建立参考系的重要参考系的重要基准点基准点和和基准面基准面 赤经与赤纬赤经与赤纬: 地球的中心至天体的连线与天球赤道面的夹角称为地球的中心至天体的连线与天球赤道面的夹角称为赤纬赤纬, 春分点的天球子午面与过天体的天球子午面的夹角为春分点的天球子午面与过天体的天球子午面的夹角为赤经赤经。2.1 2.1 地球的运动地球的运动（续续）北北天天极极南黄极南黄极北黄极北黄极天球子午圈天球子午圈天轴天轴南天极南天极春分点春分点赤纬赤纬赤经赤经黄赤交角黄赤交角天球的参考点、线、面和园天球的参考点、线、面和园 1、地球的公转地球的公转 开普勒三大运动定律：开普勒三大运动定律：

46、 运动的轨迹是椭圆，太阳位于其椭圆的一个焦点上；运动的轨迹是椭圆，太阳位于其椭圆的一个焦点上； 在单位时间内扫过的面积相等；在单位时间内扫过的面积相等； 运动的周期的平方与轨道的长半轴的立方的比为常数。运动的周期的平方与轨道的长半轴的立方的比为常数。2.1 2.1 地球的运动地球的运动（续续）开普勒三大定律决定了地球绕太阳旋转的特征：开普勒三大定律决定了地球绕太阳旋转的特征：1 1）椭圆轨道（黄道）椭圆轨道（黄道）2 2）轨道上运动速度，近日点）轨道上运动速度，近日点14710km,14710km,远日点远日点15210km.15210km.3)3)运行时间由长半轴大小决定，一恒星年。运行时间

47、由长半轴大小决定，一恒星年。 2、地球的自转、地球的自转 (1) 地轴方向相对于空间变化岁差和章动地轴方向相对于空间变化岁差和章动 地球自转轴在空间的变化，是日月引力的共同结果。使得地球地球自转轴在空间的变化，是日月引力的共同结果。使得地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，类似于旋转陀螺，形的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，类似于旋转陀螺，形成一个倒圆锥体成一个倒圆锥体(见图见图),其锥角等于黄赤交角其锥角等于黄赤交角=23.5 ，旋转周，旋转周期为期为26000年，这种运动称为年，这种运动称为日月岁差日月岁差，其它行星对地球的微，其它行星对地球的微小引力，不足以改变地轴的方向，但使黄道面

48、产生微小变化，小引力，不足以改变地轴的方向，但使黄道面产生微小变化，导致春分点位置产生微小变化，这种现象为导致春分点位置产生微小变化，这种现象为行星岁差行星岁差，统称为，统称为岁差岁差，是地轴方向相对于空间的长周期运动是地轴方向相对于空间的长周期运动。岁差使春分点每。岁差使春分点每年向西移动年向西移动50.32.1 2.1 地球的运动地球的运动（续续）2.1 2.1 地球的运动地球的运动（续续） 月球绕地球旋转的轨道称为月球绕地球旋转的轨道称为白道白道，月球运行的轨道以及，月球运行的轨道以及月地之间距离是不断变化的，使得月球引力产生的大小和月地之间距离是不断变化的，使得月球引力产生的大小和方向

49、不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨方向不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小园，而是类似园的波浪曲线向西运动，即道不是平滑的小园，而是类似园的波浪曲线向西运动，即地球旋转轴在岁差的基础上叠加周期为地球旋转轴在岁差的基础上叠加周期为18.6年且振幅为年且振幅为9.21的的短周期运动短周期运动。这种现象称为这种现象称为章动章动。 考虑岁差和章动的共同影响：考虑岁差和章动的共同影响： 真（瞬时）旋转轴真（瞬时）旋转轴 真（瞬时）天极真（瞬时）天极 真（瞬时）天球赤道真（瞬时）天球赤道 真（瞬时）春分点真（瞬时）春分点 考虑岁差的影响：考虑岁差的影响：瞬时平天极瞬时平

50、天极。2.1 2.1 地球的运动地球的运动（续续） (2)地轴相对于地球本身相对位置变化（极移）地轴相对于地球本身相对位置变化（极移） 地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为这种现象称为极移极移。某一观测瞬间地球极所在的位置称为。某一观测瞬间地球极所在的位置称为瞬时极瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为，某段时间内地极的平均位置称为平极平极。 1967年天文联合会年天文联合会(IAU)和大地测量与地球物理联合会和大地测量与地球