关于近代大地测量学发展及其意义的概述

(江苏师范大学科文学院 江苏 徐州 221116)

一、大地测量学的简史

大地测量学具有悠久的历史。早在公元前3世纪，埃拉托色尼首先应用几何学，计算地球的半径长度。公元724年，我国唐代的南宫说等人在张遂的指导下，第一次在现在的河南省境内，实际测量出了一条大约300千米的子午弧。由于当时不仅测量工具简陋，而且技术也不够成熟，所以导致结果精度不高，只是局限于测量地球大小。外国历史中，英国的物理学家艾萨克·牛顿于1687年发现万有引力定律，1690年的惠更斯在《论重力起因》中，根据地球表面的重力值从赤道向南北两极逐渐增加的规律，得出了地球的外形为两极略扁的扁球体的结论。1743年，法国克菜罗发表《地球形状理论》，进一步的确定了地球扁率的克莱罗定理。此外，17世纪初，荷兰的斯涅耳首创三角测量。随后测微器、水准器等发明，测量仪器的精度变得越来越高，无疑的为大地测量学的发展奠定了基本技术基础。主要标志是以地面测角、测距、水准测量和重力测量为技术手段解决陆地区域性大地测量问题。弧度测量、三角测量、几何高程测量以及椭球面大地测量理论的发展，形成几何大地测量学；建立了重力场的位理论并发展了地面重力测量，形成物理大地测量学。经典大地测量由于其主要测量技术手段(测角和测边)和方法本身的局限性，测量精度已近极限，测量范围也难于达到占地球面积70%的海洋和陆地自然条件恶劣的地区(高原、沙漠和原始森林等)。直到1957年第一颗人造地球卫星发射成功后，利用人造卫星进行大地测量成为主要技术手段，大地测量从此才发展到现代大地测量。其标志是产生卫星大地测量，突破了米级测量精度，从区域性相对大地测量发展到全球的大地测量，从测量静态地球发展到可测量地球的动力学效应

二、大地测量学中的基本任务

大地测量学顾名思义是测绘学的一部分，按照任务来说，可以分为科学性任务和实用性任务，科学性任务包括平面控制测量、高程控制测量、(似)大地水准面精化，重力测量等相关工作；实用性任务是根据大地测量在全国范围内高等级控制网，进行经济建设、科学研究、国防建设等工作。两个任务相互联系、密不可分，共同服务于现代化建设。

我们所熟知的大地测量学具有全球性，所以其基本任务，就是研究全球，建立一个与现代所适应的参考坐标系框架，来研究地球的形状及其外部重力场。它是在基础理论上以工程建设测量为主要的服务对象，进而发展形成的一种信息学科，所以本质上说这是一门为人类的社会活动提供空间信息的学科。

三、现代大地测量学的特点

(1)范围广，距离长。现代测量学的量测的范围可以从之前的几十公里扩展到几千公里,视线长度不受制约。所以现代大地测量学能提供全球性大地测量数据,现在可以测定板块之间的相对运动趋势,冰原和冰川的流动,海平面的涨沉变化等等,因此过去总在局部地域中进行的大地测量现在已扩展为大陆性全球性的。

(2)高精度。现代大地测量的量测精度比以往的测量已提高了2到3个数量级。

(3)实时,快速，经典大地测量的外业测量和内业处理是两个不同时段的工序。而现代大地测量的这两个工序,几乎可以在同一时间段内完成。例如对静态或动态目标的实时定位(导航),对形变的实时监测,可以准实时测定由于大气和海洋角动量的变化与地球自转的关系。

(4)“时间维”现代大地测量的第四维是时间或历元。现代大地测量能提供在合理复测周期内有时间序列的,高于107精度的大地测量数据。这些测量成果,必然一必须要以时间作为大地测量学数掾效库金员四个坐标(第四维),否则高精度测定在不断运动的物质世界中就没有意义。

(5)从地球表面到内部的反演。从赫尔默特定义开始，传统的大地测量学只局限于表面。而现在大地测量学是以空间大地测量为标志的。所以现在无论是空间尺度还是精度水平，都有能力去了解地球内部的构造，以及动力学过程。

四、大地测量学的战略意义

(1)大地测量学是人类的活动提供地球空间信息的科学所以现代社会经济发展战略的重要环节是获取地球空间信息来合理地利用空间资源。现代大地测量学在经济和社会发展的作用将持续扩大。例如GPS大量用于交通运输导航，海资源的开发与利用，快速自动和半自动测图，以及各种建筑物的设计和放样。

(2)大地测量技术在防灾救灾和各种救援活动中的作用。大地测量学可以为人类提供监测信息,监测预报地震，泥石流，滑坡尤为有效。再加上可以配合卫星通讯,GPS定位技术，来建立灾难事件救援系统。

(3)大地测量技术在环境监测与评价和保护环境措施等领域发挥重要作用。可以用于监测极地冰地和海平面的变化，对全球性的环境监测系统提供大地测量信息,对于环境破坏的全球分布程度进行确切评估。

(4)现代大地测量将继续为研究地球科学面临的重大问题提供更丰富、更准确的信息,并逐步提高该学科在地球科学中的重要性地位。

五、展望

根据大地测量的日益发展趋势，并从我国的基本国情出发，所取得的技术成就其实际意义出发，对我国测量的些许展望:

(1)完善国家三维空间大地网,建立 GPS 综合服务体系；

(2)进一步对中国地区重力场参数进行精化；

(3)复测国家一等水准。

目前，gnss与卫星激光测距`、甚长基线干涉测量结合的现代空间大地测量技术正在向扩大应用面的发展方向。建立了大地测量学地心坐标系，测定地球重力场，用于动力学现象的监测。建立各类控制网用于各种工程好和海洋工程。