現(xiàn)代大地控制測(cè)量

前言

自2003年《現(xiàn)代大地控制測(cè)量》（第一版）出版以來(lái)，作者在隨后的教研中不斷發(fā)現(xiàn)書(shū)中所存在的不足和疏漏之處，亟須進(jìn)行全面徹底的修改，尤其是我國(guó)的大地控制測(cè)量技術(shù)近年來(lái)進(jìn)展神速，面貌殊變，作為教材而言，在內(nèi)容上自當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)。新編之意既萌，又有幸獲準(zhǔn)列入國(guó)家級(jí)“十一五”規(guī)劃教材，故雖臨退休之年，仍不憚綿薄，欣然完篇，以奉獻(xiàn)于莘莘學(xué)子和廣大讀者。新編教材試圖反映當(dāng)今測(cè)繪技術(shù)的現(xiàn)代化進(jìn)程。在《現(xiàn)代大地控制測(cè)量》中雖列有“全國(guó)三維地心坐標(biāo)系統(tǒng)的建立”這一節(jié)，但因當(dāng)時(shí)還沒(méi)有真正建立起統(tǒng)一的、法定的國(guó)家三維地心坐標(biāo)系統(tǒng)，作者只是依據(jù)國(guó)內(nèi)外測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及有關(guān)學(xué)者、專(zhuān)家論文中的展望和建議寫(xiě)成的。而今我國(guó)已成功地建立了2000國(guó)家GPS控制網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)了與全國(guó)天文大地網(wǎng)聯(lián)合平差，從而實(shí)現(xiàn)了所定義的我國(guó)新一代地心坐標(biāo)系統(tǒng)，亦即作為全國(guó)現(xiàn)代大地基準(zhǔn)之重要組成部分的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000），這對(duì)我國(guó)測(cè)繪科學(xué)技術(shù)將產(chǎn)生直接而又深遠(yuǎn)的影響。為更好地適應(yīng)這一新的技術(shù)形勢(shì)，在新編教材中增加了現(xiàn)代大地基準(zhǔn)的建立，國(guó)家和地區(qū)似大地水準(zhǔn)面的精化以及國(guó)家和區(qū)域性導(dǎo)航衛(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站和綜合服務(wù)系統(tǒng)的建立等新內(nèi)容，有關(guān)章節(jié)的內(nèi)容也作了相應(yīng)的改動(dòng)。在此還需說(shuō)明的是，作者并未親身參加過(guò)這些國(guó)家大地測(cè)量的重大科學(xué)工程項(xiàng)目，書(shū)中的文字介紹主要是基于有關(guān)學(xué)者、專(zhuān)家的論文寫(xiě)成的，而為便于教學(xué)，免不了要加上一些分析和演繹，但這僅是作者個(gè)人的學(xué)習(xí)體會(huì)，若有畫(huà)蛇添足、理解有誤之處，敬請(qǐng)有關(guān)學(xué)者、專(zhuān)家不吝指正。隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，本書(shū)中修正了原書(shū)中一些已不合時(shí)宜的陳述。例如原書(shū)中將首級(jí)控制網(wǎng)必是獨(dú)立網(wǎng)作為城市及工程控制網(wǎng)測(cè)設(shè)特點(diǎn)之一，這是鑒于長(zhǎng)期以來(lái)二維國(guó)家控制點(diǎn)實(shí)際精度較低，不足以控制城市及工程控制網(wǎng)。而今隨著2000國(guó)家GPs控制網(wǎng)和一些省份的GPSc級(jí)網(wǎng)的建立，完全可以通過(guò)附合網(wǎng)平差定位來(lái)獲得城市及工程控制網(wǎng)首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)的三維地心坐標(biāo)。因此獨(dú)立網(wǎng)已不再是城市及工程控制網(wǎng)首級(jí)控制的唯一形式，而隨著空間技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求的提高，城市及工程網(wǎng)點(diǎn)也應(yīng)當(dāng)兼有三維地心坐標(biāo)，這正是實(shí)現(xiàn)城市控制網(wǎng)進(jìn)一步現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，從而更好地滿(mǎn)足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展各方面的需求。原書(shū)中有關(guān)“測(cè)地坐標(biāo)系”的陳述現(xiàn)已完全被新編教材中的§2-7所代替，所提出的一種新型的大地坐標(biāo)系是作者近年來(lái)的研究成果，新型大地坐標(biāo)系不僅克服了“測(cè)地坐標(biāo)系”在理論上的不足之處，在應(yīng)用上也有其一定的優(yōu)點(diǎn)。但作為理論上的一個(gè)探索，因尚未及推廣應(yīng)用，亦可不安排在課堂教學(xué)，供有興趣和有余力的學(xué)生參考，作者寄望于有志者日后能發(fā)揚(yáng)光大，進(jìn)一步發(fā)掘出其應(yīng)用潛力。隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的迅速發(fā)展，近年來(lái)大地測(cè)量學(xué)科和技術(shù)發(fā)生了根本性的變化?，F(xiàn)今以GPs衛(wèi)星定位技術(shù)為代表的空間大地測(cè)量技術(shù)，已經(jīng)成為建立大地控制網(wǎng)的主要手段。大地測(cè)量的應(yīng)用已日趨廣泛地深入到各行各業(yè)，已從專(zhuān)業(yè)化擴(kuò)展為大眾化的應(yīng)用技術(shù)。這就對(duì)大地控制測(cè)量的課程內(nèi)容提出了現(xiàn)代化的要求，作者雖有心于此久矣，亦身體力行，但因力有未逮，實(shí)難盡如人意，愿以本書(shū)為引玉之磚，希冀獲得各方面的批評(píng)和指教。

內(nèi)容概要

　　與2003年出版的《現(xiàn)代大地控制測(cè)量》（第一版）相比，在內(nèi)容和文字上都有較大的變動(dòng)，其一是反映了我國(guó)和國(guó)際上大地控制測(cè)量領(lǐng)域的最新進(jìn)展，其二是更如實(shí)地反映現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的新面貌，更緊密地結(jié)合當(dāng)前的測(cè)繪生產(chǎn)實(shí)際?！冬F(xiàn)代大地控制測(cè)量（第2版）》不再是以成為歷史的二維國(guó)家大地網(wǎng)的建立為主旨，而是按照現(xiàn)代測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化的要求來(lái)安排組織教學(xué)內(nèi)容，從空間定位及點(diǎn)位的幾何表述方面來(lái)為GPS、GIS、RS技術(shù)打基礎(chǔ)，力圖使之成為3s技術(shù)的理論基礎(chǔ)課?！冬F(xiàn)代大地控制測(cè)量（第2版）》內(nèi)容新穎，學(xué)術(shù)性強(qiáng)。在努力反映測(cè)繪技術(shù)國(guó)內(nèi)外最新發(fā)展的同時(shí)，還包括了編著者四十多年來(lái)從事大地控制測(cè)量及衛(wèi)星大地測(cè)量的教學(xué)、科研和生產(chǎn)的研究成果、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在內(nèi)容的取舍和敘述的詳略上又注意了實(shí)用性，還列舉有大量的測(cè)繪工程實(shí)例，兼顧了測(cè)繪界科技人員知識(shí)更新的迫切需要?！冬F(xiàn)代大地控制測(cè)量（第2版）》可作為測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科、研究生規(guī)劃教材，也可用于高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)。同時(shí)《現(xiàn)代大地控制測(cè)量（第2版）》較深入地論述了大地控制測(cè)量領(lǐng)域新舊技術(shù)的交替，全面系統(tǒng)地介紹了應(yīng)用甚廣的城市及工程控制網(wǎng)從測(cè)設(shè)到數(shù)據(jù)處理的整個(gè)過(guò)程。因此讀者對(duì)象除了高校師生外還可包括測(cè)繪界及有關(guān)部門(mén)的科技工作者。

書(shū)籍目錄

第一章 緒論§1-1 大地測(cè)量學(xué)的定義、分類(lèi)和任務(wù)§1-2 空間大地測(cè)量技術(shù)概述§1-3 地球形狀表述的數(shù)學(xué)模型和物理模型第二章 地球坐標(biāo)系和地球橢球§2-1 概述§2-2 地球橢球面的數(shù)學(xué)性質(zhì)和有關(guān)計(jì)算§2-3 橢球面上大地坐標(biāo)的計(jì)算§2-4 空間大地直角坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換模型§2-5 參心坐標(biāo)系和參考橢球§2-6 協(xié)議地球參考系和平均地球橢球§2-7 一種新型的大地坐標(biāo)系的確定及其應(yīng)用第三章 高斯投影及高斯平面直角坐標(biāo)§3-1 地圖投影概述§3-2 正形投影與高斯一克呂格投影§3-3 高斯投影坐標(biāo)正算和反算公式§3-4 平面子午線收斂角和長(zhǎng)度比§3-5 高斯投影距離與方向改化以及坐標(biāo)方位角§3-6 通用橫軸墨卡托投影§3-7 局部區(qū)域中的高斯投影及相應(yīng)的區(qū)域性橢球第四章 國(guó)家坐標(biāo)系的建立與國(guó)家控制網(wǎng)的平差§4-1 國(guó)家現(xiàn)有二維大地坐標(biāo)系的建立及天文大地網(wǎng)整體平差§4-2 協(xié)議天球和地球參考框架的建立§4-3 我國(guó)新一代地心坐標(biāo)系統(tǒng)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的定義、建立和維持§4-4 2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)的整體平差§4-5 2000國(guó)家GPS控制網(wǎng)與全國(guó)天文大地網(wǎng)的聯(lián)合平差第五章 城市及工程平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)與數(shù)據(jù)處理§5-1 工程平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)特點(diǎn)與布設(shè)形式§5-2 平面坐標(biāo)系的選擇與確定§5-3 工程控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)、選點(diǎn)與埋石§5-4 平差前各類(lèi)觀測(cè)值的歸算改化與質(zhì)量檢驗(yàn)§5-5 觀測(cè)權(quán)之確定和赫爾默特方差分量估計(jì)§5-6 按條件平差解算單導(dǎo)線和導(dǎo)線網(wǎng)§5-7 邊角網(wǎng)的按坐標(biāo)參數(shù)平差§5-8 GPS工程控制網(wǎng)的平差與轉(zhuǎn)換§5-9 城市及工程控制網(wǎng)平面點(diǎn)位精度的合理評(píng)定§5-10 現(xiàn)代技術(shù)條件下的區(qū)域性控制網(wǎng)第六章 高程控制網(wǎng)的建立§6-1 我國(guó)的高程系統(tǒng)§6-2 國(guó)家高程基準(zhǔn)§6-3 國(guó)家與工程精密水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)與解算§6-4 電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量§6-5 國(guó)家和地區(qū)似大地水準(zhǔn)面的精化§6-6 用GPS水準(zhǔn)幾何方法測(cè)定正常高參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：大地測(cè)量學(xué)是地球科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，即為人類(lèi)的活動(dòng)提供地球空間信息的科學(xué)。它著重于研究地球形狀大小的幾何特征及其最基本的物理特征——地球重力場(chǎng)，這是它作為一門(mén)地學(xué)基礎(chǔ)性學(xué)科的內(nèi)涵。同時(shí)它又是一門(mén)應(yīng)用地學(xué)學(xué)科，作為其主要應(yīng)用，大地控制測(cè)量的基本任務(wù)是建立一個(gè)協(xié)議地球參考坐標(biāo)系并將國(guó)家三維地心坐標(biāo)系納入到這個(gè)坐標(biāo)框架；建立國(guó)家測(cè)量控制網(wǎng)乃至不同形式的城市及工程控制網(wǎng)，精確地測(cè)定控制網(wǎng)點(diǎn)之間相對(duì)的空間位置，據(jù)此就能為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)技術(shù)和國(guó)防提供豐富的空間信息。按照研究對(duì)象的不同，大地測(cè)量學(xué)可分為幾何大地測(cè)量學(xué)和物理大地測(cè)量學(xué)兩個(gè)學(xué)科分支，幾何大地測(cè)量學(xué)是以地球形狀大小的幾何特征為研究對(duì)象，物理大地測(cè)量學(xué)則是致力于地球重力場(chǎng)及其變化的研究。經(jīng)典大地測(cè)量的技術(shù)手段是使用光電儀器進(jìn)行地面幾何測(cè)量（邊、角測(cè)量，水準(zhǔn)測(cè)量）、天文測(cè)量和地面重力測(cè)量，分別以間接的方式確定地面控制點(diǎn)的二維坐標(biāo)及高程、求解局部重力場(chǎng)參數(shù)。由于地面幾何測(cè)量是以?xún)牲c(diǎn)間可通視為實(shí)施條件，這就限制了邊角測(cè)量的最大邊長(zhǎng)一般不超過(guò)40km。相對(duì)定位測(cè)量的平均精度只能達(dá)到10，作業(yè)效率低下，定位的分離性、相對(duì)性、局部性正是經(jīng)典大地測(cè)量本身固有的局限性，這不僅限制了它深入到地球科學(xué)領(lǐng)域作出其應(yīng)有的貢獻(xiàn)，而且在工程應(yīng)用中也殊屬不易，完成一個(gè)地區(qū)的大地控制測(cè)量常需要花費(fèi)數(shù)年甚至數(shù)十年的時(shí)間。20世紀(jì)下半葉，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是1957年第一顆人造地球衛(wèi)星上天以來(lái)，產(chǎn)生了以衛(wèi)星大地測(cè)量為主的各種空間大地測(cè)量技術(shù)，導(dǎo)致大地測(cè)量出現(xiàn)了革命性的突破：空間大地測(cè)量的精度比經(jīng)典大地測(cè)量提高了1～3個(gè)數(shù)量級(jí)，從根本上突破了經(jīng)典大地測(cè)量的時(shí)空局限性。以空間大地測(cè)量為標(biāo)志的現(xiàn)代大地測(cè)量將擴(kuò)大其直接服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的應(yīng)用面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的測(cè)量領(lǐng)域；并且向地球科學(xué)的縱深層次發(fā)展，加大了與地學(xué)其他學(xué)科的交叉滲透，將成為推動(dòng)地球?qū)W科發(fā)展的一個(gè)前沿學(xué)科，在地學(xué)研究上，它能承擔(dān)以下的基本任務(wù)：（1）建立和維持高精度的協(xié)議慣性坐標(biāo)系（CIS）和協(xié)議地球坐標(biāo)系（CTS），建立和維持區(qū)域性和全球的三維大地網(wǎng)，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)隨時(shí)間的變化，為大地測(cè)量定位和研究地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象提供一個(gè)高精度的地球參考框架和地面基準(zhǔn)站網(wǎng)。（2）監(jiān)測(cè)和分析各種地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，諸如極移和地球自轉(zhuǎn)速率的變化以及板塊運(yùn)動(dòng)和區(qū)域地殼形變，地球潮汐，海面地形和海平面變化。（3）測(cè)定地球形狀和地球外部重力場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)及其隨時(shí)間的變化，使全球重力場(chǎng)模型獲得更精密、更高階次的系數(shù)，通過(guò)局部重力場(chǎng)模型的研究使大地水準(zhǔn)面的確定達(dá)到分米乃至厘米級(jí)精度，并且具有更高的分辨率。

編輯推薦

《現(xiàn)代大地控制測(cè)量(第2版)》是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。

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