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Fundation of Geodesy 第一章 绪 论 §1大地测量学的定义和作用 1.1大地测量学的定义 大地测量学 是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。 经典大地测量：地球刚体不变、均匀旋转的球体或椭球体；范围小。 现代大地测量：空间测绘技术(人造地球卫星、空间探测器)，空间大地测量为特征，范围大。 1.2大地测量学的作用 大地测量学是一切测绘科学技术的基础，在国民经济建设和社会发展中发挥着决定性的基础保证作用。如 交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等 大地测量学在防灾，减灾，救灾及环境监测、评价与保护中发挥着特殊作用。如地震、山体滑坡、交通事故等的監測與救援。 大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障。如: 卫星、导弹、航天飞机、宇宙探测器等发射、制导、跟踪、返回工作都需要大地测量作保证。 §2大地测量学基本体系和内容 2.1大地测量学的基本体系 应用大地测量、椭球大地测量、天文大地测量、大地重力测量、测量平差等；新分支： 海样大地测量、行星大地测量、卫星大地测量、地球动力学、惯性大地测量。 几何大地测量学（即天文大地测量学） 基本任务：是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。 主要内容：国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程控制网)建立的基本原理和方法，精密角度测量，距离测量，水准测量；地球椭球数学性质，椭球面上测量计算，椭球数学投影变换以及地球椭球几何参数的数学模型等。 物理大地测量学：即理论大地测量学 基本任务：是用物理方法(重力测量)确定地球形状及其外部重力场。 主要内容：包括位理论，地球重力场，重力测量及其归算，推求地球形状及外部重力场的理论与方法。 空间大地测量学： 主要研究以人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。 2.2 大地测量学的基本内容 研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数据处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。 现代大地测量的特征： ⑴ 研究范围大（全球：如地球两极、海洋） ⑵ 从静态到动态，从地球内部结构到动力过程。 ⑶ 观测精度越高，相对精度达到10-8~10-9，绝对精度 可到达毫米。 ⑷ 测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。 §3大地测量学发展简史及展望 3.1大地测量学的发展简史 第一阶段：地球圆球阶段 从远古至17世纪，人们用天文方法得到地面上同一子午线上两点的纬度差，用大地法得到对应的子午圈弧长，从而推得地球半径（弧度测量 ） 第二阶段：地球椭球阶段 从17世纪至19世纪下半叶，在这将近200年期间，人们把地球作为圆球的认识推进到向两极略扁的椭球。 大地测量仪器：望远镜，游标尺，十字丝，测微器； 大地测量方法：1615年荷兰斯涅耳(W.Snell)首创三角测量法; 行星运动定律：1619年德国的开普勒(J.Kepler)发表了行星运动三大定律； 重力测量：1673年荷兰的惠更斯(C.Huygens)提出用摆进行重力测量的原理； 英国物理学家牛顿(L.Newton)提出地球特征：1）是两极扁平的旋转椭球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由赤道向两极与sin２φ(φ——地理纬度)成比例地增加。 几何大地测量标志性成果： 长度单位的建立：子午圈弧长的四千万分之一作为长度单位，称为1m。 最小二乘法的提出：法国的勒让德(A.M.Legendre)，德国的高斯(C.F.Gauss)。 椭球大地测量学的形成：解决了椭球数学性质与测量计算，正形投影方法。在这个领域，高斯、勒让德及贝塞尔（Bessel)作出了巨大贡献。 弧度测量大规模展开。在这期间主要有以英、法、西班牙为代表的西欧弧度测量，以及德国、俄国、美国等为代表的三角测量。 推算了不同的地球椭球参数。如贝赛尔、克拉克椭球参数。  物理大地测量标志性成就： 克莱罗定理的提出：法国学者克莱罗(A.C.Clairaut)假设地球是由许多密度不同的均匀物质层圈组成的椭球体，这些椭球面都是重力等位面(即水准面)。该椭球面上纬度φ的一点的重力加速度按下式计算： 重力位函数的提出：为了确定重力与地球形状的关系，法国的勒让德提出了位函数的概念。所谓位函数，即是有这种性质的函数：在一个参