慕課網址：https://www.icourse163.org/course/WHU-1464124180?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_https://www.icourse163.org/course/WHU-1464124180?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_

---

1. 大地測量學的定義

大地測量學是專門研究精確測量和描繪地球形狀的科學。

2. 大地測量學的任務與作用

2.1 大地測量學的任務

技術任務：精確確定地面點的位置及其隨時間的變化，包括經度、緯度、高程等信息。

科學任務：深入研究地球的重力場、形狀、大小以及地球動力學現象，為地球科學和其他相關學科提供基礎數據。

2.2 大地測量學的作用

【地形圖測繪】：大地測量學為地形圖測繪提供了精確的基礎數據。通過運用各種大地測量技術和方法，如衛星遙感、激光雷達等，可以高效地獲取地面的高程模型、地形特征等信息，進而繪制出高精度的地形圖。這些地形圖不僅為城市規劃、交通建設等提供了重要的基礎資料，也為環境保護、資源開發等領域提供了有力的數據支持。

【地球動力學研究】：通過長期監測地球表面的運動和變形，可以建立地球板塊的實測運動模型，揭示地球內部的應力場、應變場等動力學特征。這些研究成果對于地震預測、板塊運動研究等具有重要的科學價值，也為地球科學的整體發展提供了重要的推動力。

【空間技術】：在衛星精密定軌、地球定向參數確定等方面，大地測量學提供了高精度的觀測數據和計算方法，確保了空間技術的準確性和可靠性。這些技術不僅為航天器導航、通信、遙感等領域提供了強大的支持，也為深空探測、星際航行等前沿科技領域提供了重要的保障。

【工程建設】：通過測量工程場地的地形、地貌、地質等信息，可以確保工程設計和施工的準確性和安全性。同時，大地測量學還為工程建設過程中的變形監測、沉降預測等提供了有效的技術手段，為工程的安全運營提供了重要保障。

【工程監測】：通過對工程結構物的變形情況進行長期監測和分析，可以及時發現潛在的安全隱患，并采取相應的措施進行預防和處理。這種監測不僅確保了工程的安全運營，也為工程維護和改造提供了重要的數據支持。

【作戰保障】：通過大地測量技術，可以確定目標位置、地形地貌、敵方部署等信息，為軍事決策提供重要的參考依據。同時，大地測量學還為導航、定位、打擊等軍事行動提供了精確的技術支持，確保了軍事行動的準確性和有效性。

【產業發展】：在車輛監控、運輸調度領域，大地測量技術為智能交通系統的建設提供了基礎數據和技術支持；在船舶導航領域，大地測量學為海上航行提供了精確的定位和導航服務；在精準農業和精準物流領域，大地測量技術為農業生產和物流運輸提供了精細化的管理和優化方案；在儀器制造領域，大地測量技術的發展也推動了相關儀器設備的創新和改進。

3. 大地測量學的發展

3.1 大地測量學的發展簡史

大地測量學發展簡史大致可以分為四個階段：地球圓球階段、地球橢球階段、大地水準面階段和現代大地測量新時期。

【地球圓球階段（遠古-17世紀末）】：在這一時期，人們對于地球的形狀還處于初步的探索階段。古希臘數學家畢達哥拉斯首次提出地球為圓球形狀，這一觀點奠定了人們對于地球形狀認識的基礎。

【地球橢球階段（17世紀末-19世紀下半葉）】：隨著天文學和力學的飛速發展，人們對于地球的認識逐漸深入。從哥白尼的日心說開始，到開普勒的行星運動三大定律，再到伽利略的第一次重力測量，都為地球橢球形狀的認識提供了理論支持。隨后，惠更斯利用數學擺公式進一步論證了地球為兩極扁平的旋轉橢球，而牛頓則推導出地球的扁率，為地球橢球模型的建立提供了科學依據。

【大地水準面階段（19世紀下半葉-20世紀40年代）】：在這一階段，人們對于地球的認識進一步深化。大地水準面的概念逐漸形成，標志著大地測量學進入了新的發展階段。大地水準面是一個假想的、與靜止海水面相重合的重力等位面，它包圍了地球的大部分，為大地測量學提供了更為準確的參考面。

【現代大地測量新時期（20世紀40年代-至今）】：隨著科技的快速發展，大地測量學也迎來了新的變革。在這一階段，大地測量學逐漸從傳統的地面測量向空間大地測量轉變。距離測量、衛星多普勒測量、海洋衛星雷達測高、激光衛星測距、衛星重力測量、全球衛星導航定位系統等新技術的出現和應用，極大地推動了大地測量學的發展。尤其是全球衛星導航定位系統（如GPS、GLONASS、BDS、Galileo等）的廣泛應用，使得大地測量學在精度、范圍和實時性等方面都有了質的飛躍。

3.2 大地測量學的發展趨勢

【空間大地測量發展】：從傳統的二維或三維大地測量逐漸發展為包括時間變量的四維大地測量，實現對地球動態變化的監測。

【地球科學基礎性研究領域】：深入研究和建立高精度的地球參考系，監測和解釋各種地球動力學現象，對地球形狀和重力場進行精細的測定和解釋。

【空間大地測量主導學科發展】：GNSS、VLBI、SLR、DORIS、SA、衛星重力測量等空間大地測量技術將成為未來大地測量學的主導。

【衛星導航定位技術】：衛星導航定位技術是現代大地測量學的重要組成部分，它利用人造地球衛星作為導航和定位的基準，通過接收衛星信號來確定用戶的位置、速度和時間。這項技術廣泛應用于軍事、交通、農業、氣象、科研等領域，極大地提高了定位精度和效率。

——全球系統——

①GPS（全球定位系統）：由美國國防部開發，于1973年開始建設，1995年完全建成并對外開放使用。GPS由24顆衛星組成，覆蓋全球98%的地區，提供全天候、連續、實時的三維位置、三維速度和精確時間信息。

②GLONASS（格洛納斯）：由俄羅斯聯邦航天局開發，是世界上第一個成熟的衛星導航系統。GLONASS由24顆衛星組成，覆蓋全球范圍，提供定位、導航和授時服務。

③BDS（北斗衛星導航系統）：由中國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統。BDS由空間段、地面段和用戶段三部分組成，提供全球搜救增強服務、國際搜救衛星組織COSPAS-SARSAT等特色服務。

④Galileo（伽利略）：由歐洲聯盟和歐洲空間局共同開發，是一個全球性的衛星導航系統。Galileo旨在提供高度可靠和安全的定位、導航和授時服務，并具備搜索與救援能力。

——區域系統——

①QZSS（日本準天頂衛星系統）：由日本宇宙航空研究開發機構開發，是一個區域性的衛星導航系統。QZSS旨在提高日本國內及周邊地區的定位精度和可靠性。

②IRNSS（印度區域導航衛星系統）：由印度空間研究組織開發，旨在為印度及其周邊地區提供導航和定位服務。IRNSS的建成增強了印度在航天領域的自主能力。

——增強系統——

①WAAS（廣域增強系統）：由美國聯邦航空局開發，用于提高GPS的定位精度和可靠性，尤其在航空領域。WAAS通過地面站接收GPS信號并進行處理，然后廣播給用戶，從而提高定位精度。

②MSAS（多功能運輸衛星增強系統）：由日本開發，用于增強GPS在日本國內的定位精度和可靠性。MSAS通過地面站接收和處理GPS信號，提供給用戶更精確的定位信息。

③EGNOS（歐洲地球靜止導航重疊系統）：由歐洲聯盟開發，旨在提高GPS和Galileo在歐洲地區的定位精度和可靠性。EGNOS通過地面站接收和處理衛星信號，然后廣播給用戶，提供更安全、更準確的導航服務。

④GAGAN（印度地球同步軌道增強導航系統）：由印度開發，用于增強IRNSS在印度及其周邊地區的定位精度和可靠性。GAGAN通過地面站接收和處理IRNSS信號，提供給用戶更精確的定位信息。

⑤NIGCOM SAT-1（尼日利亞通信衛星-1增強系統）：由尼日利亞開發，旨在提高該國及其周邊地區的定位精度和可靠性。NIGCOM SAT-1通過接收和處理GPS或其他全球導航衛星系統的信號，提供增強的導航和定位服務。

【地球重力場研究】：致力于發展衛星和航空重力探測技術，以獲取高分辨率的地球重力場數據。

3.3 現代大地測量學的特點

【長距離大范圍測量】：通過衛星導航系統、激光雷達、干涉測量等技術手段，現代大地測量學能夠實現對地球上任意兩點間的高精度距離測量，這種能力在國土資源調查、地形測繪、城市規劃等領域具有重要的應用價值。

【高精度】：利用先進的衛星導航系統和地面接收設備，可以實現毫米級甚至亞毫米級的定位精度。這種高精度測量不僅提高了大地測量的準確性，也為地球科學研究、地質災害預警、城市規劃等領域提供了有力的數據支持。

【實時、快速】：通過衛星導航系統、實時數據處理技術等手段，可以在短時間內獲取并處理大量的測量數據，實現實時定位和監測。這種實時快速的特點使得現代大地測量學在災害預警、氣象監測、交通導航等領域具有廣泛的應用前景。

【時間維】：通過時間序列的測量數據，可以分析地球表面和內部的動態變化過程，揭示地球的自然現象和演化規律。這種時間維的研究對于理解地球科學問題、預測自然災害等方面具有重要意義。

【高精度測定目標的地心三維坐標】：通過衛星導航系統和地面接收設備，可以實現對地球上任意點的三維位置進行精確測定。這種能力在航空航天、軍事定位、交通導航等領域具有重要的應用價值。

【學科的融合】：現代大地測量學的發展離不開與其他學科的融合。它與地球物理學、地質學、氣象學、海洋學等學科緊密相關，共同構成了地球科學的完整體系。