關于近代大地測量學發(fā)展及其意義的概述

(江蘇師范大學科文學院 江蘇 徐州 221116)

一、大地測量學的簡史

大地測量學具有悠久的歷史。早在公元前3世紀，埃拉托色尼首先應用幾何學，計算地球的半徑長度。公元724年，我國唐代的南宮說等人在張遂的指導下，第一次在現在的河南省境內，實際測量出了一條大約300千米的子午弧。由于當時不僅測量工具簡陋，而且技術也不夠成熟，所以導致結果精度不高，只是局限于測量地球大小。外國歷史中，英國的物理學家艾薩克·牛頓于1687年發(fā)現萬有引力定律，1690年的惠更斯在《論重力起因》中，根據地球表面的重力值從赤道向南北兩極逐漸增加的規(guī)律，得出了地球的外形為兩極略扁的扁球體的結論。1743年，法國克菜羅發(fā)表《地球形狀理論》，進一步的確定了地球扁率的克萊羅定理。此外，17世紀初，荷蘭的斯涅耳首創(chuàng)三角測量。隨后測微器、水準器等發(fā)明，測量儀器的精度變得越來越高，無疑的為大地測量學的發(fā)展奠定了基本技術基礎。主要標志是以地面測角、測距、水準測量和重力測量為技術手段解決陸地區(qū)域性大地測量問題?；《葴y量、三角測量、幾何高程測量以及橢球面大地測量理論的發(fā)展，形成幾何大地測量學；建立了重力場的位理論并發(fā)展了地面重力測量，形成物理大地測量學。經典大地測量由于其主要測量技術手段(測角和測邊)和方法本身的局限性，測量精度已近極限，測量范圍也難于達到占地球面積70%的海洋和陸地自然條件惡劣的地區(qū)(高原、沙漠和原始森林等)。直到1957年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功后，利用人造衛(wèi)星進行大地測量成為主要技術手段，大地測量從此才發(fā)展到現代大地測量。其標志是產生衛(wèi)星大地測量，突破了米級測量精度，從區(qū)域性相對大地測量發(fā)展到全球的大地測量，從測量靜態(tài)地球發(fā)展到可測量地球的動力學效應

二、大地測量學中的基本任務

大地測量學顧名思義是測繪學的一部分，按照任務來說，可以分為科學性任務和實用性任務，科學性任務包括平面控制測量、高程控制測量、(似)大地水準面精化，重力測量等相關工作；實用性任務是根據大地測量在全國范圍內高等級控制網，進行經濟建設、科學研究、國防建設等工作。兩個任務相互聯(lián)系、密不可分，共同服務于現代化建設。

我們所熟知的大地測量學具有全球性，所以其基本任務，就是研究全球，建立一個與現代所適應的參考坐標系框架，來研究地球的形狀及其外部重力場。它是在基礎理論上以工程建設測量為主要的服務對象，進而發(fā)展形成的一種信息學科，所以本質上說這是一門為人類的社會活動提供空間信息的學科。

三、現代大地測量學的特點

(1)范圍廣，距離長?，F代測量學的量測的范圍可以從之前的幾十公里擴展到幾千公里,視線長度不受制約。所以現代大地測量學能提供全球性大地測量數據,現在可以測定板塊之間的相對運動趨勢,冰原和冰川的流動,海平面的漲沉變化等等,因此過去總在局部地域中進行的大地測量現在已擴展為大陸性全球性的。

(2)高精度。現代大地測量的量測精度比以往的測量已提高了2到3個數量級。

(3)實時,快速，經典大地測量的外業(yè)測量和內業(yè)處理是兩個不同時段的工序。而現代大地測量的這兩個工序,幾乎可以在同一時間段內完成。例如對靜態(tài)或動態(tài)目標的實時定位(導航),對形變的實時監(jiān)測,可以準實時測定由于大氣和海洋角動量的變化與地球自轉的關系。

(4)“時間維”現代大地測量的第四維是時間或歷元?，F代大地測量能提供在合理復測周期內有時間序列的,高于107精度的大地測量數據。這些測量成果,必然一必須要以時間作為大地測量學數掾效庫金員四個坐標(第四維),否則高精度測定在不斷運動的物質世界中就沒有意義。

(5)從地球表面到內部的反演。從赫爾默特定義開始，傳統(tǒng)的大地測量學只局限于表面。而現在大地測量學是以空間大地測量為標志的。所以現在無論是空間尺度還是精度水平，都有能力去了解地球內部的構造，以及動力學過程。

四、大地測量學的戰(zhàn)略意義

(1)大地測量學是人類的活動提供地球空間信息的科學所以現代社會經濟發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)是獲取地球空間信息來合理地利用空間資源。現代大地測量學在經濟和社會發(fā)展的作用將持續(xù)擴大。例如GPS大量用于交通運輸導航，海資源的開發(fā)與利用，快速自動和半自動測圖，以及各種建筑物的設計和放樣。

(2)大地測量技術在防災救災和各種救援活動中的作用。大地測量學可以為人類提供監(jiān)測信息,監(jiān)測預報地震，泥石流，滑坡尤為有效。再加上可以配合衛(wèi)星通訊,GPS定位技術，來建立災難事件救援系統(tǒng)。

(3)大地測量技術在環(huán)境監(jiān)測與評價和保護環(huán)境措施等領域發(fā)揮重要作用?？梢杂糜诒O(jiān)測極地冰地和海平面的變化，對全球性的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)提供大地測量信息,對于環(huán)境破壞的全球分布程度進行確切評估。

(4)現代大地測量將繼續(xù)為研究地球科學面臨的重大問題提供更豐富、更準確的信息,并逐步提高該學科在地球科學中的重要性地位。

五、展望

根據大地測量的日益發(fā)展趨勢，并從我國的基本國情出發(fā)，所取得的技術成就其實際意義出發(fā)，對我國測量的些許展望:

(1)完善國家三維空間大地網,建立 GPS 綜合服務體系；

(2)進一步對中國地區(qū)重力場參數進行精化；

(3)復測國家一等水準。

目前，gnss與衛(wèi)星激光測距`、甚長基線干涉測量結合的現代空間大地測量技術正在向擴大應用面的發(fā)展方向。建立了大地測量學地心坐標系，測定地球重力場，用于動力學現象的監(jiān)測。建立各類控制網用于各種工程好和海洋工程。