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现代大地测量--第1页

重力场与现代科技

1、大地测量学概述

大地测量学又叫测地学，是地球科学的一个分支学科，是一门研究地球形状及其行星几

何和物理形态（特征）的一门基础学科。它包括物理大地测量学、几何大地测量学、卫星大

地测量学和空间大地测量学，几何大地测量学和物理大地测量学构成了现代大地测量的基本

体系，它的基本任务是研究全球，建立与时相依的地球参考坐标框架、研究地球形状及其外

部重力场的理论与方法、研究描述极移、固体潮和地壳运动等地球动力学问题、研究高精度

的定位理论与方法。

大地测量学研究的对象，有地球形状学、有地球重力场、还有地球的运动，三者是相互

支持、密不可分的、不可孤立的一个整体。大地测量学的主要分支，有几何大地测量学、物

理大地测量学和卫星大地测量学。几何大地测量学和物理大地测量学是构成现代大地测量学

的一个重要基础，卫星大地测量学是现代大地测量发展的一个重要的标志，几何大地测量中

在我们传统大地测量主要是通过三角几何的关系，来传递大地测量坐标，方法主要有测角和

测距，有测角的经纬仪和测距的测距仪，在测距仪研制出来以前，我们主要是采用钢、线尺

来量测距离，然后通过角度来传递大地测量坐标，而高程测量，我们主要是利用精密水准测

量的方法，就是几何水准测量的方法来传递高程，现在大地测量的发展成为跨越时代的主要

的标志基础是在于空间技术、电子计算机技术和电子无线电技术等推动下，正是因为它们技

术的迅速和跨越式的发展，使大地测量学实现了里程碑的跨越，其标志是卫星和空间大地测

量的出现，这两种测量基本上取代了传统的几何大地测量和天文测量。

在经典大地测量中，坐标的维护和计算的过程中，我们主要是利用天球、天体天文学的

测量，也就是说我们利用恒星来作为标准的坐标框架，来传递我们地面点的大地测量坐标，

而随着卫星大地测量学的发展，特别是全球定位技术的发展，使我们大地测量坐标系，由原

先只局限于自然的天体而转移为依靠人造地球卫星，这也就是说，自1957苏联的第一颗人

造卫星上天以后，标志着我们大地测量也就在那一天诞生了。而全球定位GPS技术，从1973

年开始研制，共有24颗卫星、3颗备用卫星，其卫星轨道在20000公里，与我们的自然天

体离得相当近，GPS技术的先进性在于，与传统大地测量来比，它是全球的、全天候的。因

为以前我们在几何大地测量过程中，受到天气的制约很大，而GPS技术可以达到10的负8

次方到10的负6次方。所以高精度的GPS技术就取代了传统大地测量。并且GPS技术，有

着廉价、高效、实时的特点，这更是传统大地测量中所不能与之相比的。传统大地测量需要

周期非常长，例如我们国家，天文大地测量坐标系的建立，要历经30年，望远观测观测了

10年，而在当时，采用手摇的计算机进行计算，用了10年之久。GPS技术的水平精度，可

以达到米级、甚至毫米级，可以用来进行高精度、高动态的定位。

GPS技术大地高的精度垂直方向的分量，在椭球坐标系下，可以达到毫米级和分米级，

所以它可应用于测定精密的大地测量坐标框架，还可以测地壳运动和地球的自转，以及变化。

空间大地测量区别于传统大地测量的另外一个重要标志，在GPS出现以前，我们是采用甚长

基线干涉也就是在远距离6000到10000公里，架设设电望远镜所进行的干涉测量，进行了

重复的全天候的、全球的精密重复测距，而GPS在几千公里，甚至10000公里测距，精度可

以达到10的负8次方、负9次方，它的测距精度能达到两个厘米，所以它主要应用在大地

测量学和全球变化以及地球动力学方面，来研究大地测量坐标系的框架及其尺度变化和测定

板块漂移速率。因为我们地球是由若干个板块构成，它每个板块的运动速率，GPS技术出现