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1、椭球大地测量 2 第一讲 绪 论 1.1 大地测量学的定义、分类和任务 定义：大地测量学是为人类活动提供空间信息的科 学，着重研究地球的几何特征（形状和大小）和 基本物理特性（重力场）及其变化。 分类：空间大地测量、物理大地测量 空间大地测量：以卫星大地测量为主 物理大地测量：地面重力、航空重力、卫星重力 按实现其基本任务的技术手段来分 地面（常规）大地测量学 空间大地测量学 惯性大地测量学 3 按所研究的具体内容来分 误差理论与测量平差 卫星定位与导航 控制测量学 地球重力场理论 椭球大地测量学 大地天文学等 4 椭球面大地测量学 ellipsoidal geodesy 定义： 研究椭球面的
2、数学性质以及以该面 为参考的大地测量解算理论与方法的大地 测量学分支。 应用学科： 测绘学（一级学科）； 大地测量学（二级学科） 5 6 大地测量学的任务 经济建设中的任务： 统一全国坐标框架，建立国家和精密城市控制网 ，精确测定控制点的坐标，为经济建设服务。 地学研究中的任务： 1. 建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的 三维大地网，长期监测网点随时间的变化； 2. 监测和分析各种地球动力学现象； 3. 测定地球形状和外部重力场的精细结构及其随时 间的变化。 椭球面大地测量学基本任务 椭球面大地测量学是实用大地测量数据处 理的数学基础，其基本任务是研究大地控 制网的地面数据向椭球面的归
3、算问题，椭 球面三角形的解算方法，不同坐标系之间 的转换问题. 7 椭球面大地测量学研究的 主要问题 椭球面上大地线和法截线的性质；椭球面 三角形的解算；大地测量主题的解算；椭 球面投影到平面上的问题，以便将大地坐 标换算为平面坐标;一椭球面同另一椭球面 的关系,以实现不同大地坐标系的换算。 8 9 1.2 空间大地测量技术 一、原理 观测量：站星矢量、卫地距 离、相邻时刻的卫地距离 差、卫地距离变化率 P S 10 协议地固坐标系与协议惯性系的关系 协议地固坐标系与协议惯性系之间的坐 标转换需要加岁差, 章动, 地球自转角和极移 改正. 岁差：A slow gyration of Earth
4、s axis around the pole of the ecliptic, caused mainly by the gravitational pull of the sun, moon, and other planets on Earths equatorial bulge. 章动：A small periodic motion of the celestial pole of Earth with respect to the pole of the ecliptic. 极移：地球自转轴相对于地球的晃动 11 空间大地测量的观测方法 1、卫星摄影法 2、卫星多普勒 3、卫星激光测距
5、 4、甚长基线干涉测量 5、卫星测高 6、全球定位系统（ GPS） 12 卫星激光测距 测定激光由地面站发射经卫星反射到地 面站接收的时间间隔 , 计算观测时刻地面到 卫星的距离. 目前的距离测量精度已经达到厘米级. Lageos卫星 的人卫激光观测资料对目前低阶重力场的确定起到重 要作用. 13 人卫激光仪 14 装有激光发射棱镜的卫星 15 甚长基线干涉测量 观测对象：河外类星体 观测仪器：射电望远镜 观测量：射电源到同步 观测的射电望远镜的 时间差 解算量：同步观测的射 电望远镜之间的坐标 差等 射电源电磁波 射电望远镜 射电望远镜 16 卫星测高 17 H 海面 椭球面 卫星测高原理
6、18 全球定位系统（GPS） 1989年发射工作卫星 1994年部署完24颗卫星 系统由三大部分组成： 1、GPS卫星 2、地面控制部分 3、用户部分 19 GPS接收机 20 1.3 地球形状表述的数学模型和物理模型 1.3.1 大地水准面具有物理意义的地球形状表述 即贴近于平均海水面的重力等位面。 What we call in the geometric sense the surface of the earth is nothing else but that surface which intersects the direction of gravity at right ang
7、les and from which the surface of the worlds ocean is a part. C. Gauss 1828 We shall call the previously defined mathematical surface of the Earth, of which the ocean surface is a part, geoidal surface of the Earth or the geoid. J.Listing 1873了 21 大地水准面 椭球面 大地水准面 大地水准面 差距 1. 与重力线垂直，是重力等位面 2. 贴近于平均海水
8、面 22 全球大地水准面图 23 1.3.2 参考椭球面 定义：与区域性大地水准面吻合的旋转椭球面。 参数：长半径 a ，扁率 起始子午面 椭球的定位与定向：确定参考椭球与区域性大 地水准面的相对关系。 24 我国的参考椭球 1、1954北京坐标系 椭球参数：克拉索夫斯基椭球， 长半径 a = 6378245米，扁率 =1/298.3 定位：从前苏联远东控制网引入。 2、 1980西安坐标系 椭球参数：IAG1967椭球， 长半径 a = 6378137米，扁率 =1/298.257 定位：由我国的天文大地网数据。 25 1.3.3 平均地球椭球面 定义：与全球大地水准面吻合的旋转椭球面。 1
9、、正常椭球：其椭球面上的正常重力位与大地水 准面上的重力位相同。 参数：a，GM， 若采用1980大地参考系统（GRS80)，则有： 椭球面上的正常重力为： 大地高H处的正常重力为： 26 2、平均地球椭球 平均地球椭球：与全球大地水准面吻合，即使 全球范围内的大地水准面差距最小。 1. 平均椭球是正常椭球，重力位与大地水准面重力位相 同 2. 中心与地球重心重合，质量等于地球质量 3. 短轴与地球自转轴重合 27 3、平均海水面与大地水准面 平均海水面与大地水准面之间相差稳态 海面地形 28 习 题 1、椭球大地测量的主要研究对象是什么？ 2、近代大地测量主要有哪些新的观测手段？ 3、平均椭球体与参考椭球体的区别？ 4、平均椭球的几何参数与物理参数是什么？ 作业 29
