大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)-緒論.ppt(郭)分解

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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,第一章 緒 論,1,大地測(cè)量學(xué)的定義和作用,1.1大地測(cè)量學(xué)的定義,大地測(cè)量學(xué),是指在一定的時(shí)間與空間參考系中，測(cè)量和描繪地球形狀及其重力場(chǎng)并監(jiān)測(cè)其變化，為人類活動(dòng)提供關(guān)于地球的空間信息的一門學(xué)科。,經(jīng)典大地測(cè)量,：地球剛體不變、均勻旋轉(zhuǎn)的球體或橢球體；范圍小。,現(xiàn)代大地測(cè)量,：空間測(cè)繪技術(shù),(,人造地球衛(wèi)星、空間探測(cè)器,),，空間大地測(cè)量為特征，范圍大。,1,1.2大地測(cè)量學(xué)的作用,建立地面控制網(wǎng)，精確測(cè)定大地控制點(diǎn)的空間三維位置及其重力場(chǎng)參數(shù)，具有重要的作用，表現(xiàn)如下：,大地測(cè)量學(xué)是一切測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟(jì)建

2、設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著決定性的基礎(chǔ)保證作用。,如,交通運(yùn)輸、工程建設(shè)、土地管理、城市建設(shè)等,大地測(cè)量學(xué)在防災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測(cè)與救援。,大地測(cè)量是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障。如,:,衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、宇宙探測(cè)器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作都需要大地測(cè)量作保證。,2,2,大地測(cè)量學(xué)基本體系和內(nèi)容,2.1大地測(cè)量學(xué)的基本體系,應(yīng)用大地測(cè)量、橢球大地測(cè)量、天文大地測(cè)量、大地重力測(cè)量、測(cè)量平差等；新分支：海樣大地測(cè)量、行星大地測(cè)量、衛(wèi)星大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、慣性大地測(cè)量。,幾何大地測(cè)量學(xué)（即天文大地測(cè)量學(xué)）,基本任務(wù)：,是確定

3、地球的形狀和大小及確定地面點(diǎn)的幾何位置。,主要內(nèi)容：,國家大地測(cè)量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立的基本原理和方法，精密角度測(cè)量，距離測(cè)量，水準(zhǔn)測(cè)量；地球橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測(cè)量計(jì)算，橢球數(shù)學(xué)投影變換以及地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學(xué)模型等。,3,物理大地測(cè)量學(xué)：即理論大地測(cè)量學(xué),基本任務(wù)：,是用物理方法(重力測(cè)量)確定地球形狀及其外部重力場(chǎng)。,主要內(nèi)容：,包括位理論，地球重力場(chǎng)，重力測(cè)量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場(chǎng)的理論與方法。,空間大地測(cè)量學(xué),：,主要研究以人造地球衛(wèi)星及其他空間探測(cè)器為代表的空間大地測(cè)量的理論、技術(shù)與方法。,4,2.2,大地測(cè)量學(xué)的基本內(nèi)容,確定地球形狀及外部重力

4、場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化，建立統(tǒng)一的大地測(cè)量坐標(biāo)系，研究地殼形變(包括垂直升降及水平位移)，測(cè)定極移以及海洋水面地形及其變化等。研究月球及太陽系行星的形狀及重力場(chǎng)。,建立和維持國家和全球的天文大地水平控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)，以滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的需要。,研究為獲得高精度測(cè)量成果的儀器和方法等。研究地球表面向橢球面或平面的投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)大地測(cè)量計(jì)算。,5,研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理論和方法，測(cè)量數(shù)據(jù)庫建立及應(yīng)用等。,現(xiàn)代大地測(cè)量的特征：,研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）,從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動(dòng)力過程。,觀測(cè)精度越高

5、，相對(duì)精度達(dá)到,10,-8,10,-9,，絕對(duì)精度,可到達(dá)毫米。,測(cè)量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復(fù)雜。,6,3,大地測(cè)量學(xué)發(fā)展簡史及展望,3.1,大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡史,第一階段：地球圓球階段,從遠(yuǎn)古至17世紀(jì)，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點(diǎn)的緯度差，用大地法得到對(duì)應(yīng)的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測(cè)量）,第二階段：地球橢球階段,從17世紀(jì)至19世紀(jì)下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到向兩極略扁的橢球。,7,大地測(cè)量儀器：望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測(cè)微器；,大地測(cè)量方法：1615年荷蘭斯涅耳(,W.Snell),首創(chuàng)三角測(cè)量法;,行星運(yùn)動(dòng)定律：1619

6、年德國的開普勒(,J.Kepler,),發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)三大定律；,重力測(cè)量：1673年荷蘭的惠更斯(,C.Huygens,),提出用擺進(jìn)行重力測(cè)量的原理；,英國物理學(xué)家牛頓(,L.Newton),提出地球特征：1）是兩極扁平的旋轉(zhuǎn)橢球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由赤道向兩極與,sin,(,地理緯度)成比例地增加。,8,幾何大地測(cè)量標(biāo)志性成果：,長度單位的建立：子午圈弧長的四千萬分之一作為長度單位，稱為1,m。,最小二乘法的提出：法國的勒讓德(,)，,德國的高斯(,C.F.Gauss)。,橢球大地測(cè)量學(xué)的形成：解決了橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)與測(cè)量計(jì)算，正形投影方法。在這個(gè)領(lǐng)域，高斯、勒讓德及貝塞爾

7、,（,Bessel),作出了巨大貢獻(xiàn)。,弧度測(cè)量大規(guī)模展開。在這期間主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測(cè)量，以及德國、俄國、美國等為代表的三角測(cè)量。,推算了不同的地球橢球參數(shù)。如貝賽爾、,克拉克橢球參數(shù)。,9,物理大地測(cè)量標(biāo)志性成就：,克萊羅定理的提出：,法國學(xué)者克萊羅(,),假設(shè)地球是由許多密度不同的均勻物質(zhì)層圈組成的橢球體,，,這些橢球面都是重力等位面(即水準(zhǔn)面)。該橢球面上緯度,的一點(diǎn)的重力加速度按下式計(jì)算：,10,重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地球形狀的關(guān)系，法國的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這種性質(zhì)的函數(shù)：在一個(gè)參考坐標(biāo)系中，引力位對(duì)被吸引點(diǎn)三個(gè)坐標(biāo)方向的一階導(dǎo)

8、數(shù)等于引力在該方向上的分力。研究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形狀和重力場(chǎng)緊密地聯(lián)系在一起。,地殼均衡學(xué)說的提出：英國的普拉特(,J.H.Pratt),和艾黎,(,G.B.Airy),幾乎同時(shí)提出地殼均衡學(xué)說，根據(jù)地殼均衡學(xué)說可導(dǎo)出均衡重力異常以用于重力歸算,。,重力測(cè)量有了進(jìn)展。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了用于絕對(duì)重力測(cè)量以及用于相對(duì)重力測(cè)量的便攜式擺儀。極大地推動(dòng)了重力測(cè)量,的發(fā)展。,11,幾何大地測(cè)量學(xué)進(jìn)展：,天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立（,1800,1900,印度，一等三角網(wǎng),2,萬公里，平均邊長,45,公里；,1911,1935,美國一等,7,萬公里；,19

9、24-1950,蘇聯(lián)，,7,萬多公里,),因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測(cè)微器的水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用。,第三階段：大地水準(zhǔn)面階段,從19世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)40年代，人們將對(duì)橢球的認(rèn)識(shí)發(fā)展到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。,12,物理大地測(cè)量在這階段的進(jìn)展：,1.,大地測(cè)量邊值問題理論的提出：,英國學(xué)者斯托克司(,G.G.Stokes),把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動(dòng)位兩部分，實(shí)際的重力分為正常重力和重力異常兩部分，在某些假定條件下進(jìn)行簡化，通過重力異常的積分，提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動(dòng)位計(jì)算公式和大地水準(zhǔn)面起伏公式。后來，荷蘭學(xué)者維寧曼尼茲,(,Meinesz,),根據(jù)斯托克司公式推出

10、了以大地水準(zhǔn)面為參考面的垂線偏差公式。,2.,提出了新的橢球參數(shù)：,赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。,13,第四階段：現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期,20,世紀(jì)下半葉，以電磁波測(cè)距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長基線干涉測(cè)量等為代表的新的測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測(cè)量帶來了革命性的變革，使大地測(cè)量定位、確定地球參數(shù)及重力場(chǎng)，構(gòu)筑數(shù)字地球等基本測(cè)繪任務(wù)都以嶄新的理論和方法來進(jìn)行。從此大地測(cè)量學(xué)進(jìn)入了以空間測(cè)量技術(shù)為代表的現(xiàn)代大地測(cè)量發(fā)展的新時(shí)期。,14,我國高精度天文大地網(wǎng)的建立,1951-1975,年：一等三角點(diǎn),5,萬多個(gè)，全長,7.5,多萬公里，二等鎖，一等導(dǎo)線等，,1972,1982,年

11、平差數(shù)據(jù)處理，建立,1980,國家大地坐標(biāo)系。,我國高精度重力網(wǎng)的建立,1981,年開始絕對(duì)重力測(cè)量與相對(duì)重力測(cè)量，,11,個(gè)絕對(duì)重力點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)），,40,多個(gè)（基本點(diǎn)），重力網(wǎng)的平差，,1985,年國家重力基本網(wǎng)形成。,主要技術(shù)：,EDM：Electronic,Distance Measure;,GPS:Global Positioning System;,VLBI:Very Long Baseline,Interferometry,;,SLR：Satellite,Laser Ranging;,INS:Inertial Navigation System,15,3.2,大地測(cè)量的展望,全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(,GPS)，,激光測(cè)衛(wèi)(,SLR),以及甚長基線干涉測(cè)量(,VLBI),慣性測(cè)量統(tǒng)(,INS),是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要的,空間大地測(cè)量技術(shù),用衛(wèi)星測(cè)量、激光測(cè)衛(wèi)及甚長基線干涉測(cè)量等空間大地測(cè)量技術(shù)建立大規(guī)模、高精度、多用途的空間大地測(cè)量控制網(wǎng)，是確定地球基本參數(shù)及其重力場(chǎng)，建立大地基準(zhǔn)參考框架，監(jiān)測(cè)地殼形變，保證空間技術(shù)及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準(zhǔn)等科技任務(wù)的,基本技術(shù)方案,。,精化地球重力場(chǎng)模型是大地測(cè)量學(xué)的,重要發(fā)展目標(biāo),。,16,