基本介紹
- 中文名：動力大地測量學
- 外文名：dynamic geodesy
- 分類：學科
- 相關學科：地理
- 詞性：名詞
- 性質：大地測量學
概念,大地測量學,大地測量方法,天文測量,重力測量,空間大地測量方法,甚長基線干涉測量,衛星雷射測距,衛星雷達測高,
概念
動力大地測量學是大地測量學的一個新分支。用大地測量方法監測、研究地球動態變化的學科。現代大地測量可精確測定地球整體運動、地麵點位置和地球重力場要素隨時間的變化，並研究這些變化和做出物理的解釋。動態大地測量中所測定的地球運動狀態可分為三類，即地球重力的變化以及由此產生的大地水準面形狀和垂線方向的變化；地球自轉軸方向在空間的變化(歲差和章動)和在地球體內的變化(極移)以及地球自轉速度的變化(日長變化)；地球形變運動，它包括全球性板塊運動和板塊內的地殼運動以及潮汐引起的地球形變。為了測定地球運動狀態，需要採用多種高精度的測量手段。除了用傳統的大地測量方法外，還要採用新的空間大地測量手段。前者包括高精度重複水準測量、天文測量、重力測量等，後者包括甚長基線干涉測量、衛星雷射測距、衛星都卜勒定位和GPS衛星定位、衛星雷達測高、衛星跟蹤技術等。
大地測量學
研究在廣大地面上建立國家大地控制網，測定地球形狀、大小和重力場的 理論、技術與方法的科學。測量學與地球物理學相互交叉的學科。它以地球和空間星球為測量對象。
在17世紀以前，大地測量只是處於萌芽狀態， 但是人類對於地球形狀的認識有了較大的突破。繼牛頓 (I.Newton，1642～1727) 於1687年發表萬有引力 定律之後，荷蘭的惠更斯 (C.Huygens，1629～ 1695) 於1690年在其著作《論重力起因》中，根據 地球表面的重力值從赤道向兩級增大的規律，得出地 球的外形為兩極略扁的論斷。1743年法國的克萊洛發表了《地球形狀理論》，提出了克萊洛定律。惠更斯和克萊洛的研究為物理學觀點研究地球形狀奠定了理論基礎。隨後又有望遠鏡、測微器、水準器等的發明，測量儀器精度大幅度地提高，為大地測量學的發展奠定了技術基礎。因此可以說大地測量學是在17 世紀末葉形成的。到了20世紀中葉，幾何大地測量學和物理大地測量學都已發展到了相當完善的程度。 但是，由於天文大地測量工作只能在陸地上實施，無法跨越海洋；重力測量在海洋、高山和荒漠地區也僅有少量資料，因此對地球形狀和地球重力場的測定都未得到滿意的結果。直到1957年第一顆人造地球衛星發射成功之後，產生了衛星大地測量學，才使大地測量學發展到一個嶄新的階段。在人造衛星出現後的不長時間內，利用衛星法就精密地測定了地球橢球的扁率。而且不少國家在地面建立了衛星跟蹤站，從而為建立全球大地坐標系奠定了基礎。此外，利用衛星雷達測高技術測定海洋大地水準面的起伏也取得了很好的成果；利用發射至月球和行星的太空飛行器，成功地測定了月球和行星的簡單的幾何參數和物理參數。衛星大地測量學仍在發展中，並且有很大的潛力。
大地測量學的主要研究內容：①常規大地測量學。包括三角測量、導線測量、水準測量、天文測 量、重力測量、慣性測量、橢球面大地測量、地球形狀理論和測量平差計算；②衛星大地測量學。它是採用在地面上測定宇宙空間的人造衛星位置的方法來解決大地測量學的問題，即以衛星大地測量幾何法來建立衛星大地網，作為國家基本控制網的高一級控制， 或直接建立全球衛星大地網，求定測站點的大地坐標；以衛星大地測量動力法來推求固定的和隨時間變化的地球引力場參數，確定地球形狀和大小、大地水 準面差距、重力異常、垂線偏差和地心坐標等。其特點是： 視野寬廣，覆蓋面大，速度快，精度高；受大 氣折光和垂線偏差影響小，可全天候觀測；各測站之間無需通視，邊長不受通視條件限制；建立全球地心坐標系，避免常規大地測量數據的兩重性和局部性。 電子計算技術廣泛用於測量平差計算及大地測量計算以後，不僅解決了大規模數據的嚴密平差計算問題， 而且對測量計算的方法也產生了影響。過去按最小二乘法平差，要求各觀測數據是獨立的，現在平差可以考慮相關數據。
大地測量方法
天文測量
觀測恆星測定地麵點的天文經度、天文緯度和該占至另一測站點方位角的工作。用於天文測量的主要儀器設備有：天文觀測儀器、守時儀器、記時儀器和無線電收訊機。天文經度、緯度用於推算天文大地垂線偏差， 以供將地面上的觀測值歸算到橢球面上；由幾何法測定橢球參數和確定橢球在地球體中的定位；由天文水準或天文重力水準方法推算大地水準面差距。天文經度和方位角，可以推算國家大地網中一等三角鎖段各起始邊(間隔約200千米)的大地方位角，用來控制大地網中由於水平角觀測誤差所引起的誤差積累。
重力測量
由於地球質量分布不均勻、不恆定以 及地球在空間的運動和自身的變形，所以地球物理基本場之一的重力場產生空間和時間兩種類型的變化。 利用所測得的這些變化可以研究地球質量分布和地球的運動及變形規律。觀測重力場的變化就是測量重力 加速度的工作。重力測量分絕對重力測量和相對重力測量。前者測定重力場某一點的絕對重力值，後者即測定兩點的重力差值。重力測量結果廣泛地用於測繪，地 質勘探，地球物理研究以及空間科學技術等方面。
中國早在1895年就在上海徐家匯觀象台測定了 第一個重力值，到1949年全國共測定了200多個重力 點。1956—1957年在全國範圍內建立了第一個國家測 量網，1984年重建了國家重力基本網。1966年邢台地 震後，開始有計畫，有組織地展開了探索重力場的時間 變化與地震預報關係的研究。目前已經形成了一個相 當規模的觀測科研隊伍，並在全國各主要地震活動區 布設了固定重力台和重力測量網。固定重力測量台共 設17個。此外全國地震系統有19個單位開展流動重力測量，有測點2292個，測網33個，測線57條。重力測量儀器都是用引進的石英彈簧重力儀：W型，CG -2型和國產ZSM型，1983年以後開始使用引進的 LCR型重力儀。
從幾個震例的重力觀測清理結果來看，大地震形成過程中將伴生區域重力場的趨勢性變化。這種現象與震源物理過程和重力場變化理論是協調的。
空間大地測量方法
甚長基線干涉測量
甚長基線干涉測量是一種獨立站射電干涉測量技術。在地面幾千千米的長基線兩端點上，射電望遠鏡各自獨立的在同一時刻接收同一個射電源發射到地球的微弱信號，並記錄於磁帶上，經處理機進行相關處理求出觀測量。這種技術基本不涉及地球重力場，沒有系統性的誤差源，可用來研究世界時、極移、歲差等的變化，建立新的慣性坐標系。這種技術測量速度快，觀測不受氣象條件限制，可以全天候工作，是大地測量、地球動態測量和天體測量的重要方法。
衛星雷射測距
利用雷射技術測量天體距離的方法。出現於60年代雷射技術問世之後。目前僅限於測定月球和人造天體的距離。基本原理是將雷射發生器產生的雷射光束通過望遠鏡發射到天體上，然後用望遠鏡接收由天體反射回來的雷射回波，並用計數器測出雷射束往返的時間間隔t，便可算出天體距離S，顯然S=1/2tc，其中c為光速。所用儀器稱雷射測距儀，它包括：①雷射器。目前僅採用固體脈衝雷射器，如紅寶石雷射器、釔鋁石榴石雷射器等。脈衝功率高達千兆瓦，脈衝寬度為2～4毫微秒。②發射光學系統。通過望遠鏡對發射雷射束進行準直，使其以很窄的發散角集中射向天體。③接收光學系統。可與發射使用同一架望遠鏡，口徑通常大於1米。④跟蹤機架和控制系統。機架多用地平式裝置;控制系統用電子計算機。⑤光電檢測器。用以檢測自後向反射器反射回來的光子，通常用能快速回響的光電倍增管。⑥時間間隔記數器。其精度可達0.1毫微秒左右。⑦數據記錄系統。由於月球和人造天體都可安裝後向反射器，可使反射的雷射訊號沿原發射方向返回地面站，回波強度大增，使測距精度大大提高。目前用雷射測定月球和人造衛星的測距精度已達8厘米左右，幾年內可望達到2～3厘米。另外，由於大氣折射對雷射測距的影響甚小，在地面高度10°以上時，大氣改正誤差小於1厘米，大大勝過經典測距法，是一種很有前途的測距方法。
衛星雷達測高
測量衛星與其正下方地球表面之間的垂直距離的儀器。為星載雷達的一種。其原理是利用地面跟蹤站測定衛星在參考橢球體上的高度，星載雷達發出一個時間寬度相對窄的脈衝量，在地球表面引起能量擴散，從半徑的圓光斑上得出平均高度。通過測量從衛星上發射出的雷達信號到達地面再返回衛星所需時間，再對觀測值進行測高儀偏差和海洋潮汐改正，從而得到大地水準面的起伏。
