测量学基础的应用

大地测量中确定地球的大小是指确定地球椭球的大小；研究地球的形状就是研究大地水准面的形状；确定地面点的几何位置是指参照地球椭球体确定地面点的位置。地面点沿法线方向投影到椭球面上，该点的水平位置用椭球面上投影点的大地经纬度表示，该点的大地高程用地面点到投影点的法线距离表示。这个点的几何位置也可以用以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。大地测量工作为大比例尺地形测绘提供平面控制网和高程控制网；为开发矿山、兴修水利、发展交通等经济建设提供控制依据；为发射导弹和航天器提供精确的地面点坐标和重力场数据；它为地球物理学、地球动力学和地震学的研究任务提供测量数据。简史大地测量学有着悠久的历史。公元前3世纪，亚历山大的厄拉多塞通过观察两个地方的日影，首次计算出子午圈的周长，这也是弧度测量的最初形式。724年，中国唐代南宫朔等人在张遂(代表团)的指导下，在今河南境内测量了一条长约300公里的子午线弧长，同时测量了南北两点的日影长度，计算出纬度1的子午线弧长。这是世界上第一次实际测量圆弧。其他国家也相继做了类似的工作。17世纪以前，由于工具简单，技术水平不高，结果的准确性不高。1617年，荷兰的W. Snell首创了三角测量法，克服了直接测量距离的困难。然后是望远镜、水平仪、千分尺等的发明。测量仪器的制造逐渐完善，精度提高，为大地测量学的发展奠定了技术基础。17年底，英国人I牛顿和荷兰人C惠更斯从力学角度研究了地球的形状，提出地球是一个两极略扁的椭球体。从1735到1741，法国科学院派出了两个测量小组，分别在赤道附近的秘鲁和北极圈附近的拉普兰进行了圆弧测量，确认了地球是一个两极略微扁平的椭球体。清朝康熙年间，中国进行了大规模的天文大地测量，以编制帝国地图。本次调查发现，高纬度的东北每度子午线弧长于低纬度的河北，早于法国。1730年，西松发明了经纬仪，促进了三角测量的发展。1743年，Clairaux发表了《地球形状论》，指出了通过重力测量精确确定地球扁率的方法。1806年法国的A.-M .勒让德和1809年德国的C. F .高斯分别发表了最小二乘理论，产生了测量平差法。1849年，英国的G.G .斯托克斯爵士创立了用重力测量结果研究地平线形状的理论。1880年，瑞典耶德林提出了测量悬链线基线尺的方法，后又在法国制作了Inva基线尺，明显提高了测距的精度。19年底和20世纪30年代，先后出现了钟摆和重力仪，大大增加了重力点的数量，为研究地球的形状及其重力场提供了大量的重力数据。在1945中，苏联的M.C. Molodenski提出，可以严格地确定地面点到参考椭球面的大地高，并且可以直接确定地球表面的形状，而不需要任何缩减。这一理论已被许多国家采用。20世纪40年代，电磁波测距仪的发明，克服了测距的困难，使导线测量和三边测量得到重视和发展。1957年第一颗人造地球卫星成功发射后，卫星大地测量学应运而生，使大地测量学发展到一个新的阶段。导航卫星多普勒定位技术可以确定全球大地坐标中任意地面点的地心坐标，精度达到1米或更高。卫星雷达测高技术可以测量海洋大地水准面的起伏。新发展起来的卫星无线电干涉测量技术，可以在全球坐标系的三轴方向上，测量地面上相距几十公里的两点之间的基线向量的基线分量，即两点之间的三个坐标差。卫星大地测量仍在发展，潜力很大。分支大地测量包括几何大地测量、物理大地测量、卫星大地测量、海洋大地测量和动力大地测量。几何大地测量用一个与地球形状最接近的旋转椭球体来表示地球的形状，用几何方法确定其形状和大小，以这个椭球体为参考来研究和确定大地水准面，建立大地坐标系来计算地面点的几何位置。物理大地测量用一个等于全球平均海面势能的重力等势面，即大地水准面来表示地球的实际形状，在地球表面进行重力测量，用地面重力测量数据研究大地水准面相对于地球椭球的起伏。卫星大地测量利用卫星在地球重力场中的轨道运动，从尽可能均匀分布在整个地球表面的几十个到几十个跟踪站，观测卫星瞬时位置的方向、距离或距离差，积累不同高度和倾角的卫星长期(数年)观测数据，可以综合计算地球的几何和物理参数以及地面跟踪站相对于地球质心的几何位置。

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