測(cè)繪學(xué)概論資料

測(cè)繪學(xué)概論

目錄

第一章總論...................................................1

第二章大地測(cè)量學(xué)...................................................8

第三章攝影測(cè)量與遙感..............................................19

第四章地圖制圖學(xué)與地理信息工......................................43

第五章地理信息系統(tǒng)................................................51

第六章工程測(cè)量學(xué)..................................................71

第七章全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)及其應(yīng)用................................84

第八章數(shù)字地球與三S技術(shù).........................................101

第一章總論

一、測(cè)繪學(xué)的定義及歷史沿革

1.測(cè)繪學(xué)的定義：研究測(cè)定和推算地面的幾何位置、地球形狀及地球重力場(chǎng)，據(jù)此測(cè)

量地球表面自然形態(tài)和人工設(shè)施的幾何分布，并結(jié)合某些社會(huì)信息和臼然信息的地球分布,

編制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地圖和專題地圖的理論和技術(shù)的學(xué)科。它是地球科學(xué)的一

個(gè)分支學(xué)科。

2.測(cè)繪學(xué)的歷史沿革

測(cè)繪學(xué)有悠久的歷史。古埃及尼羅河洪水泛濫，水退之后重新劃界，開(kāi)始了測(cè)量工作。

公元前2世紀(jì)我國(guó)司馬遷在《史記?受本紀(jì)》中敘述了禹受命治理洪水而進(jìn)行測(cè)量工作的情

況，說(shuō)明在公元前很久，中國(guó)已開(kāi)始研究重力研究地球形狀的理論。1873年利斯廷創(chuàng)造出大

地水準(zhǔn)面一詞，用大地水準(zhǔn)面表示地球形狀。直到1945年原蘇聯(lián)的莫洛金斯基創(chuàng)立了研究

真實(shí)地球形狀的理論。

測(cè)繪學(xué)的研究結(jié)果主要是地圖。地圖的演變及其制作方法的進(jìn)步是測(cè)繪學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)

志。公元前25世紀(jì)至公元前3世紀(jì)開(kāi)始出現(xiàn)畫在或刻在陶片、銅板等材料上的地圖，可靠

性很差。公元前3世紀(jì)埃拉托斯尼最先在地圖上繪制經(jīng)緯線，公元前168年之前中國(guó)長(zhǎng)沙馬

王堆漢墓中繪在帛上的地圖有了方位和比例尺，具有一定的精度。公元2世紀(jì)古希臘的托勒

密提出地圖投影問(wèn)題，在此100多年后中國(guó)的西晉裴秀總結(jié)出“制圖六體”的制圖原則，使

地圖制圖有了標(biāo)準(zhǔn)，提高了地圖的可靠程度。從16世紀(jì)起，隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，可以根

據(jù)實(shí)地測(cè)量結(jié)果繪制國(guó)家規(guī)模的地形圖，不僅有方位和比例尺，精度較高，而且能在地圖上

描繪出地表形態(tài)的細(xì)節(jié)，并按不同用途，將實(shí)測(cè)地形圖縮制編繪成各種比例尺的地圖。到20

世紀(jì)60年代出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助地圖制圖的方法，從此出現(xiàn)了數(shù)字地圖和電子地圖，制圖的

精度和速度都有很大的提高，并且在計(jì)算機(jī)軟、硬件的支持下發(fā)展成為地理信息系統(tǒng)，形成

地圖制圖與地理信息系統(tǒng)學(xué)科。

測(cè)繪學(xué)獲取觀測(cè)成果的工具是測(cè)量?jī)x器，它的形成和發(fā)展在很大程度上依賴測(cè)繪方法和

測(cè)繪儀器的創(chuàng)造和變革。17世紀(jì)前使用簡(jiǎn)單的工具，如中國(guó)的繩尺、步弓、矩尺等，以量距

為主。17世紀(jì)初發(fā)明望遠(yuǎn)鏡，1730年英國(guó)西森制成測(cè)角用的第一臺(tái)經(jīng)緯儀，促進(jìn)了三角測(cè)

量的發(fā)展。隨后陸續(xù)出現(xiàn)小平板儀和大平板儀及水準(zhǔn)儀，用于野外直接測(cè)繪地形圖。16世紀(jì)

中葉起為歐美兩洲間的航海需要，許多國(guó)家相繼研究海上測(cè)定經(jīng)緯度，以定船位。直到18

世紀(jì)時(shí)鐘發(fā)明，此問(wèn)題得到圓滿解決，從此開(kāi)始了大地天文學(xué)的系統(tǒng)研究。隨著測(cè)量?jī)x器和

方法不斷改進(jìn)，測(cè)量數(shù)據(jù)精度的提高，要求有精確的計(jì)算方法，1809年法國(guó)的勒讓德和德國(guó)

的高斯分別提出了最小二乘準(zhǔn)則，為測(cè)量平差奠定了基礎(chǔ)。19世紀(jì)50年代，法國(guó)的洛斯達(dá)

首創(chuàng)攝影測(cè)量方法，到20世紀(jì)初形成地面立體攝影測(cè)量技術(shù)。1915年制造出自動(dòng)連續(xù)航空

攝影機(jī)，可將航攝象片在立體測(cè)圖儀上加工成地形圖，因而形成了航空攝影測(cè)量方法。到20

世紀(jì)50年代測(cè)繪儀器又朝著電子化和自動(dòng)化的方I句發(fā)展，1948年發(fā)展起來(lái)電磁波測(cè)距儀，

可精確測(cè)定遠(yuǎn)達(dá)兒十公里的距離。與此同時(shí)電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，發(fā)展成有電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)控

制的測(cè)繪儀器設(shè)備，使測(cè)繪工作更為簡(jiǎn)便、快速和精確。繼而在20世紀(jì)60年代又出現(xiàn)了計(jì)

算機(jī)控制的自動(dòng)繪圖機(jī)，可用以實(shí)現(xiàn)地圖制圖的自動(dòng)化。自1957年原蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星

發(fā)射成功，使測(cè)繪工作出現(xiàn)了新的飛躍，發(fā)展了人造衛(wèi)星的測(cè)繪工作。衛(wèi)星定位技術(shù)和遙感

技術(shù)在測(cè)繪學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用，并形成空間大地測(cè)量和攝影測(cè)量與遙感學(xué)科。

二、測(cè)繪學(xué)的研究?jī)?nèi)容

測(cè)繪學(xué)是主要研究測(cè)定和描繪地球及其表面的各種形態(tài)的理論和方法。為此測(cè)繪學(xué)的研

究?jī)?nèi)容和基本任務(wù)包括以下幾個(gè)方面：首先，要研究和測(cè)定地球的形狀、大小及其重力場(chǎng)，

并在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，用以表示地表任一點(diǎn)在地球上的準(zhǔn)確兒何位置。由

于地球的外形接近一個(gè)橢球，所以在測(cè)繪學(xué)中常用一個(gè)與地球外形極為接近的旋轉(zhuǎn)橢球來(lái)代

表地球，稱為地球橢球。地面上任一點(diǎn)的兒何位置即用這一點(diǎn)在地球橢球面上的經(jīng)緯度和點(diǎn)

的高程表示。其次，有了大量的地面點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，就可以此為基礎(chǔ)進(jìn)行地表形態(tài)的測(cè)繪

工作，其中包括地表的各種自然形態(tài)，如水系、地貌、土壤和植被的分布；也包括人類社會(huì)

活動(dòng)所產(chǎn)生的各種人工形態(tài)，如居民地、交通線和各種建筑物的位置，最終繪成各種地形原

圖。第三，各種經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和建筑物建成后的運(yùn)營(yíng)管理中，

都需要一定的測(cè)繪資料，并利用測(cè)繪手段來(lái)指導(dǎo)工程的進(jìn)行，監(jiān)視建筑物的變形，這些測(cè)繪

工程往往要根據(jù)具體工程的要求，采取專門的測(cè)量方法，有時(shí)需要特定的高精度或使用特種

測(cè)量?jī)x器。第四，在海洋環(huán)境中進(jìn)行測(cè)繪工作，同陸地測(cè)量有很大的區(qū)別。例如，測(cè)量工作

主要在船匕進(jìn)行，海上的測(cè)量環(huán)境復(fù)雜，所以大多數(shù)采用聲學(xué)或無(wú)線電測(cè)量方法，并需要有

特殊的儀器設(shè)備。第五，測(cè)圖過(guò)程所得到的成果只是地形原圖或海圖的原圖，還要經(jīng)過(guò)編繪、

整飾和制印，或增加某些專門要素，才能形成各種比例尺的地形圖或海圖以及各種專題地圖。

為此必須進(jìn)行地圖制圖工作。第六，測(cè)繪學(xué)的研究和工作成果最終要服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和

國(guó)防建設(shè)，因此要研究測(cè)繪學(xué)在社會(huì)發(fā)展的各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

三、測(cè)繪學(xué)的分支學(xué)科

從以上測(cè)繪學(xué)的兒項(xiàng)研究?jī)?nèi)容來(lái)看，測(cè)繪學(xué)是，級(jí)學(xué)科，下分大地測(cè)量學(xué)、攝影測(cè)量與

遙感學(xué)、工程測(cè)量學(xué)、海洋測(cè)繪學(xué)和地圖制圖學(xué)（地圖學(xué)）幾個(gè)分支學(xué)科。

1.大地測(cè)量學(xué)是研究和測(cè)定地球的形狀、大小、重力場(chǎng)、整體與局部運(yùn)動(dòng)和測(cè)定地面點(diǎn)

幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。

大地測(cè)量學(xué)中測(cè)定地球的大小，是指測(cè)定地球橢球的大小，研究地球形狀是指研究大地

水準(zhǔn)面的形狀（或地球橢球的扁率）；測(cè)定地面點(diǎn)的幾何位置，是指測(cè)定以地球橢球面為參考

的地面點(diǎn)位置。將地面點(diǎn)沿橢球法線方向投影到地球橢球面上，用投影點(diǎn)在橢球面上的大地

經(jīng)緯度表示該點(diǎn)的水平位置。用地面至地球橢球面上投影點(diǎn)的法線距離表示該點(diǎn)的大地高程。

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點(diǎn)的兒何位置也可以用一個(gè)以地球質(zhì)心為原點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)表示。

大地測(cè)量工作為大規(guī)模測(cè)繪地形圖提供地面的水平位置控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。解決大地

測(cè)量學(xué)所提出的任務(wù)，傳統(tǒng)上有兩種方法：幾何法和物理法。隨著20世紀(jì)50年代末人造地

球衛(wèi)星出現(xiàn)，又產(chǎn)生了衛(wèi)星法，所以大地測(cè)量學(xué)包括幾何大地測(cè)量學(xué)、物理大地測(cè)量學(xué)和衛(wèi)

星大地測(cè)量學(xué)（或空間大地測(cè)量學(xué)）三個(gè)主要分支學(xué)科。在現(xiàn)代隨著大地測(cè)量點(diǎn)位測(cè)定精度的

日益提高，又出現(xiàn)動(dòng)態(tài)大地測(cè)量學(xué)。

兒何大地測(cè)量學(xué)，是用兒何觀測(cè)量（長(zhǎng)度、方向、角度、高差）研究和解決大地測(cè)量學(xué)科

中的問(wèn)題。

物理大地測(cè)量學(xué)，是用重力等物理觀測(cè)量研究和解決大地測(cè)量學(xué)科，11的問(wèn)題。

衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)，是用人造地球衛(wèi)星觀測(cè)量研究和解決大地測(cè)量學(xué)科中的問(wèn)題。

動(dòng)態(tài)大地測(cè)量學(xué)，是用大地測(cè)量方法研究和測(cè)定地球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其地球物理機(jī)制的理論

和方法。

2.攝影測(cè)量與遙感學(xué)是研究利用攝影或遙感的手段獲取目標(biāo)物的影象數(shù)據(jù)，從中提取兒

何的或物理的信息，并用圖形、圖象和數(shù)字形式表達(dá)的學(xué)科。這一學(xué)科過(guò)去叫攝影測(cè)量學(xué),

它包含的主要內(nèi)容有：獲取目標(biāo)物的影象，對(duì)所攝象片進(jìn)行處理的理論、方法、設(shè)備和技術(shù)，

以及將所測(cè)得的成果用圖形、圖象或數(shù)字表示。由于現(xiàn)代航天技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,

當(dāng)代遙感技術(shù)可以提供比光學(xué)攝影所獲得的黑白象片更豐富的影象信息，因此在攝影測(cè)量學(xué)

中引進(jìn)了遙感技術(shù)，促使攝影測(cè)量學(xué)發(fā)展成為攝影測(cè)量與遙感學(xué)。

攝影測(cè)量與遙感學(xué)包括航空攝影、航天攝影和航空攝影測(cè)量、地面攝影測(cè)量等。航空攝

影測(cè)量是攝影測(cè)量學(xué)的主要內(nèi)容。

航空攝影是在飛機(jī)或其他航空々行器上利用航攝機(jī)攝取地面景物影象的技術(shù)。

航天攝影是在航天飛行器（衛(wèi)星、航天飛機(jī)、宇宙飛船）中利用攝影機(jī)或其他遙感探測(cè)器

（傳感器）獲取地球的圖像資料和有關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)，它是航空攝影的擴(kuò)充和發(fā)展。

航空攝影測(cè)量是根據(jù)在航空飛行器上拍攝的象片獲取地面信息，測(cè)繪地形圖。主要用于

測(cè)繪1:1000-1:100,000各類比例尺的地形圖。

地面攝影測(cè)量是利用安置在地面上基線兩端點(diǎn)處的專用攝影機(jī)拍攝的立體象對(duì)，對(duì)所攝

目標(biāo)物進(jìn)行測(cè)繪的技術(shù)。

3.工程測(cè)量學(xué)是研究工程建設(shè)和自然資源開(kāi)發(fā)中各個(gè)階段進(jìn)行控制、地形測(cè)繪、施工放

樣和變形監(jiān)測(cè)的理論和技術(shù)的學(xué)科，它是測(cè)繪學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的直接應(yīng)用，因此

它包括規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測(cè)量、施工興建階段的測(cè)量和竣工后的運(yùn)營(yíng)管理階段的測(cè)量。每個(gè)階

段測(cè)量工作的重點(diǎn)和要求各不相同。

?規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測(cè)量，主要是提供地形資料和配合地質(zhì)勘探，水文測(cè)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量。

?施工興建階段的測(cè)量，主要是按照設(shè)計(jì)要求，在實(shí)地準(zhǔn)確地標(biāo)定出建筑物各部分的平

面和高程測(cè)量作為施工和安裝的依據(jù)。

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?運(yùn)營(yíng)管理階段的測(cè)量，工程竣工后為監(jiān)視工程的狀況，保證安全，需進(jìn)行周期性的重

復(fù)測(cè)量，即變形觀測(cè)，它的基本內(nèi)容是觀測(cè)垂直位移和水平位移。

高精度工程測(cè)量（或精密工程測(cè)量）是采用非常規(guī)的測(cè)量?jī)x器和方法，使其測(cè)量的絕對(duì)精

度達(dá)到毫米級(jí)以上要求的測(cè)量工作，用于大型、精密設(shè)備的精確定位和變形觀測(cè)等。高精度

工程測(cè)量技術(shù)包括高精度準(zhǔn)直測(cè)量、高精度方向觀測(cè)、高精度距離測(cè)量、高精度高差測(cè)量以

及相當(dāng)?shù)母呔葴y(cè)量標(biāo)志的設(shè)計(jì)、制作和安裝等。因此高精度工程測(cè)量不僅限于使用經(jīng)緯儀、

水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀等傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，而且還要應(yīng)用當(dāng)代的一些高新技術(shù)，如衛(wèi)星定位技術(shù)、

激光技術(shù)和遙感技術(shù)等。

4.地圖制圖學(xué)（地圖學(xué)）是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的技術(shù)方

法及應(yīng)用的學(xué)科。它是用地圖圖形反映自然界和人類社會(huì)各種現(xiàn)象的空間分布，相互聯(lián)系及

其動(dòng)態(tài)變化。具體內(nèi)容是：

地圖投影，研究依據(jù)數(shù)學(xué)原理將地球橢球面上的經(jīng)緯度線網(wǎng)描繪在平面上相應(yīng)的經(jīng)緯網(wǎng)

的理論和方法。因?yàn)榈貓D是一個(gè)平面，而地球橢球表面是不可展的曲面，把不可展曲面上的

經(jīng)緯線網(wǎng)描繪成平面上的圖形，必然會(huì)發(fā)生各種變形。地圖投影就是研究這種變形的特性和

大小以及地圖投影的方法等。

地圖編制，研究制作地圖的理論和技術(shù)。主要包括制圖資料的選擇、分析和評(píng)價(jià)，制圖

區(qū)域的地理研究，圖幅范圍和比例尺的確定，地圖投影的選擇和計(jì)算，地圖內(nèi)容各要素的表

示方法，地圖制圖綜合原則和實(shí)施方法，制作地圖工藝和程序以及擬定地圖編輯大綱。

地圖整飾，研究地圖的表現(xiàn)形式，包括地圖符號(hào)和色彩設(shè)計(jì)、地貌立體表示、出版原圖

繪制以及地圖集裝幀設(shè)計(jì)等。

地圖制印，研究地圖復(fù)制的理論和技術(shù)，包括地圖復(fù)照、翻版、分涂、制版、打樣、印

刷、裝幀等工藝技術(shù)。

地圖應(yīng)用，研究地圖分析、地圖評(píng)價(jià)、地圖閱讀、地圖量算和圖上作業(yè)等.

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到地圖制圖中，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)地圖制圖技術(shù)，它是根據(jù)地圖制圖原

理和地圖編輯過(guò)程的要求，利用計(jì)算機(jī)及輸入、輸出等設(shè)備，通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和圖形的

數(shù)字處理方法，實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的獲取、處理、顯示、存儲(chǔ)和輸出。此時(shí)地圖是以數(shù)字的形式

存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，稱之為數(shù)字地圖。有了數(shù)字地圖就能生成能在屏幕上顯示的電子地圖。計(jì)

算機(jī)地圖制圖的實(shí)現(xiàn)，改變了地圖的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式、節(jié)約人力、縮短成圖周期，提高了生產(chǎn)

效率和地圖制作質(zhì)量，使得地圖手工生產(chǎn)方式逐漸被數(shù)字化地圖生產(chǎn)所取代。

5.海洋測(cè)繪學(xué)是研究以海洋水體和海底為對(duì)象所進(jìn)行的測(cè)量和海圖編制的理論和方法

的學(xué)科，主要包括海道測(cè)量、海洋大地測(cè)量、海底地形測(cè)量、海洋專題測(cè)量以及航海圖、海

底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等的編制。

海洋測(cè)繪的基本理論、技術(shù)方法和測(cè)量?jī)x器設(shè)備等，同陸地測(cè)量相比，有它自己的許多

特點(diǎn)，主要是測(cè)量?jī)?nèi)容綜合性強(qiáng)，需多種儀器配合施測(cè)，同時(shí)完成多種觀測(cè)項(xiàng)目，測(cè)區(qū)條件

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比較復(fù)雜，海面受潮汐、氣象等影響起伏不定，大多數(shù)為動(dòng)態(tài)作業(yè)，觀測(cè)者不能用肉眼通視

水域底部，精確測(cè)量難度較大，一般均采用無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)、電磁波測(cè)距儀器、水聲定位系

統(tǒng)、衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)以及天文方法等進(jìn)行控制點(diǎn)的測(cè)定和測(cè)點(diǎn)的定位；

采用水聲儀器、激光儀器以及水下攝影測(cè)量方法等進(jìn)行水深和海底地形測(cè)量；采用衛(wèi)星技術(shù)、

航空測(cè)量以及海洋重力測(cè)量、磁力測(cè)量等進(jìn)行海洋地球物理測(cè)量.

海洋測(cè)繪具有以下幾個(gè)方面內(nèi)容：

海道測(cè)量，以保證航行安全為目的對(duì)地球表面水域及毗鄰陸地所進(jìn)行的水深和岸線測(cè)量

以及底質(zhì)、障礙物的探測(cè)等工作。

海洋大地測(cè)量為確定海面地形、海底地形以及海洋重力及其變化所進(jìn)行的大地測(cè)量工作。

主要包括海洋范圍內(nèi)布設(shè)大地控制網(wǎng)、海面和水下定位、確定海面地形和海洋大地水準(zhǔn)面等。

海底地形測(cè)量為測(cè)定海底起伏、沉積物結(jié)構(gòu)和地物的測(cè)量工作。

海洋專題測(cè)量是以海洋區(qū)域的地理專題要素為對(duì)象的測(cè)量工作。

海圖制圖為設(shè)計(jì)、編繪、整飾和印刷海圖的工作，同地圖編制基本一致。

四、測(cè)繪學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展

隨著空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)以及通訊技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪學(xué)這一古老的學(xué)科在

這些新技術(shù)的支撐和推動(dòng)下，出現(xiàn)了以“3S”技術(shù)為代表的現(xiàn)代測(cè)繪科學(xué)技術(shù)，使測(cè)繪學(xué)科

從理論到手段發(fā)生了根本性的變化。

1.測(cè)繪學(xué)中的3s新技術(shù)

全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國(guó)軍方在1973年開(kāi)始發(fā)展的新一

代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位軍事系統(tǒng)，由分布在六個(gè)軌道上的21+3個(gè)衛(wèi)星組成。民用限制使用。大

約1983年開(kāi)始用于解決大地測(cè)量問(wèn)題。它的基本導(dǎo)航原理是依據(jù)用戶和四顆衛(wèi)星之間的偽

距測(cè)量，根據(jù)衛(wèi)星在適當(dāng)參考框架中的已知坐標(biāo)確定用戶接收機(jī)天線的坐標(biāo)。信號(hào)由衛(wèi)星發(fā)

出，基本觀測(cè)值是信號(hào)由衛(wèi)星天線到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間間隔，然后用信號(hào)傳播速度將信

號(hào)傳播時(shí)間換算成距離。按照原理，只要同步觀測(cè)三顆衛(wèi)星即可交會(huì)出測(cè)站的三維坐標(biāo)。

遙感RS(RemoteSensing)是不接觸物體本身，用傳感器收集目標(biāo)物的電磁波信息，經(jīng)

處理、分析后，識(shí)別目標(biāo)物，揭示其幾何、物理性質(zhì)和相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的現(xiàn)代科學(xué)技

術(shù)。

對(duì)目標(biāo)進(jìn)行采集主要是利用從目標(biāo)反射或輻射的電磁波。接收從目標(biāo)反射或輻射的電磁

波的裝置叫作遙感器，照相機(jī)及掃描儀等即屬于此類。此外，搭載這些遙感器的移動(dòng)體叫作

遙感平臺(tái)，如現(xiàn)在使用的飛機(jī)及人造衛(wèi)星等。

“一切物體，由于其種類及環(huán)境條件不同，因而具有反射或輻射不同波長(zhǎng)的電磁波的特

性。”遙感技術(shù)就是利用物體的這種電磁波特性，通過(guò)觀測(cè)電磁波，從而判讀和分析地表的

目標(biāo)及現(xiàn)象，達(dá)到識(shí)別物體及物體存在的環(huán)境條件的技術(shù)。

地理信息系統(tǒng)GIS(GeographicInformationSystem)在計(jì)算機(jī)軟件和硬件支持下，把

5

各種地理信息按照空間分布及屬性以一定的格式輸入、存貯、檢索、更新、顯示、制圖和綜

合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。

GIS本身是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)、遙感技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科

學(xué)、地球科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)為一體的新興邊緣學(xué)科，它是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間地理

分布數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過(guò)一系列空間操作和分析方法，為地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和工程設(shè)計(jì)，乃

至政府行政職能和企業(yè)經(jīng)營(yíng)提供對(duì)規(guī)劃、管理和決策有用的信息，并回答用戶提出的有關(guān)問(wèn)

題。

3s技術(shù)的集成。GPS、RS、GIS技術(shù)的發(fā)展，并走向集成，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)。

在3s技術(shù)的集成中，GPS主要用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)的空間位置；RS用于實(shí)時(shí)、快速

地提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與物理信息及各種變化；GIS則是對(duì)多種來(lái)源時(shí)空數(shù)

據(jù)的綜合處理分析和應(yīng)用的平臺(tái)。

2.3S技術(shù)對(duì)測(cè)繪學(xué)科發(fā)展的影響

傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)由于受到觀測(cè)儀器和方法的限制，只能在地球的某一局部區(qū)域進(jìn)行測(cè)量

工作，而空間技術(shù)，各類對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星則為我們提供了對(duì)地球整體進(jìn)行觀察和測(cè)繪的工具，

衛(wèi)星航天觀測(cè)技術(shù)能采集全球性、重復(fù)性的連續(xù)對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的覆蓋可達(dá)全球范圍內(nèi)，

因此這類數(shù)據(jù)可用于對(duì)地球作為一個(gè)整體進(jìn)行理解，這就好象可以把地球放在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行

觀察、測(cè)繪和研究一樣方便。正是由于以空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和信息技術(shù)為支

柱的現(xiàn)代測(cè)繪高新技術(shù)日新月異的迅猛發(fā)展，致使測(cè)繪學(xué)的理論基礎(chǔ)、測(cè)繪工程技術(shù)體系、

研究領(lǐng)域和科學(xué)目標(biāo)等正在適應(yīng)新形勢(shì)的需要而發(fā)生深刻的變化，因而影響到測(cè)繪生產(chǎn)任務(wù)

也由傳統(tǒng)的紙上或類似介質(zhì)的地圖編制、生產(chǎn)和更新發(fā)展到對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、

組織、管理、分析和顯示，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)已由遙感衛(wèi)星或數(shù)字?jǐn)z影獲得的數(shù)字影象所

代替。測(cè)繪工作和測(cè)繪行業(yè)正在向著數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，生產(chǎn)中

體力勞動(dòng)得到解放，生產(chǎn)力得到很大的提高。今天的光纜通訊、衛(wèi)星通訊、數(shù)字化多媒體網(wǎng)

絡(luò)技術(shù)可使測(cè)繪產(chǎn)品從單一的紙質(zhì)信息轉(zhuǎn)變?yōu)榇疟P和光盤等電子信息，因此測(cè)繪生產(chǎn)產(chǎn)品分

發(fā)方式從單一的郵路轉(zhuǎn)到''電路"（數(shù)字通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳真等），測(cè)繪產(chǎn)品的形式和服務(wù)

社會(huì)的方式由于信息技術(shù)的支持發(fā)生了很大的變化，進(jìn)入了信息化的發(fā)展階段，表現(xiàn)為正以

高新技術(shù)為支撐和動(dòng)力，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)求發(fā)展，測(cè)繪行業(yè)正在逐漸成為信息行業(yè)中的一個(gè)重

要組成部分。它的服務(wù)范圍和對(duì)象正在不斷擴(kuò)大，不僅是原來(lái)單純從控制到測(cè)圖，為國(guó)家制

作基本地形圖的任務(wù)，而是擴(kuò)大到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中與地理空間數(shù)據(jù)有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。

五、測(cè)繪學(xué)的科學(xué)地位和作用

從測(cè)繪學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展我們可以看出，測(cè)繪學(xué)是指空間數(shù)據(jù)的測(cè)量、分析、管理、儲(chǔ)存和

顯示的綜合研究，這些空間數(shù)據(jù)來(lái)源于地球衛(wèi)星、空載和船載的傳感器以及地面的各種測(cè)量

儀器。通過(guò)信息技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)的硬件和軟件對(duì)這些空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和使用。這是應(yīng)現(xiàn)

代社會(huì)對(duì)空間信息有極大需求這一特點(diǎn)形成的一個(gè)更全面且綜合的學(xué)科體系。它更準(zhǔn)確地描

6

述了測(cè)繪學(xué)科在現(xiàn)代信息——通訊社會(huì)中的作用。原來(lái)各個(gè)專門的測(cè)繪學(xué)科之間的界限已隨

著計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的發(fā)展逐漸變得模糊了。某一個(gè)或幾個(gè)測(cè)繪分支學(xué)科已不能滿足現(xiàn)代社

會(huì)對(duì)信息的需要，各個(gè)測(cè)繪分支學(xué)科都因計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而更加緊密的聯(lián)系在一起，

并結(jié)合地理和管理學(xué)等其他學(xué)科知識(shí)，為現(xiàn)代社會(huì)對(duì)空間信息的各種需求提出全面的優(yōu)化解

決方案，這就是我們現(xiàn)在的測(cè)繪工程專業(yè)所要完成的任務(wù)。這樣測(cè)繪學(xué)的現(xiàn)代定義就是研究

地球和其他實(shí)體的與空間分布有關(guān)的信息的采集、量測(cè)、分析顯示、管理和利用的科學(xué)和技

術(shù)。它的研究?jī)?nèi)容和科學(xué)地位則是確定地球和其他實(shí)體的形狀和重力場(chǎng)及空間定位，利用各

種測(cè)量?jī)x器、傳感器及其組合系統(tǒng)獲取地球及其他實(shí)體與空間分布有關(guān)的信息，制成各種地

形圖、專題圖和建立地理、土地等空間信息系統(tǒng)，為研究地球的自然和社會(huì)現(xiàn)象、解決人口、

資源、環(huán)境和災(zāi)害等社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中的重大問(wèn)題以及為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供技術(shù)支撐

和數(shù)據(jù)保障。測(cè)繪學(xué)有著廣泛的應(yīng)用，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、土地資源調(diào)查和利用、海洋開(kāi)發(fā)、

農(nóng)林牧漁業(yè)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、疆界的劃定以及各種工程、礦山和城鎮(zhèn)建設(shè)等各個(gè)方面

都必須進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量工作，編制各種地圖和建立相應(yīng)的地理信息系統(tǒng)，以供規(guī)劃、設(shè)計(jì)、

施工、管理和決策使用。在國(guó)防建設(shè)和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中可持續(xù)、實(shí)時(shí)地提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，為作戰(zhàn)指

揮和武器定位與制導(dǎo)提供測(cè)繪保障。在科學(xué)研究方面，是測(cè)定地球的動(dòng)態(tài)變化，研究地殼運(yùn)

動(dòng)及其機(jī)制的重要手段。各種測(cè)繪資料又可用于探索某些自然規(guī)律，研究地球內(nèi)部構(gòu)造、環(huán)

境變化、資源勘探、災(zāi)害預(yù)測(cè)和防治等。各種非接觸式的測(cè)量方法還可用于工業(yè)過(guò)程質(zhì)量控

制、機(jī)器人工程、生物工程、醫(yī)療診斷、公安偵破、核反應(yīng)過(guò)程監(jiān)測(cè)等方面。測(cè)繪科學(xué)與技

術(shù)既有社會(huì)公益性，又具有市場(chǎng)價(jià)值。

測(cè)繪學(xué)和地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、海洋學(xué)、空間科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、計(jì)算

機(jī)科學(xué)和信息科學(xué)及其他許多工程學(xué)科有著密切的聯(lián)系。但測(cè)繪學(xué)更側(cè)重于研究地球表層和

物體的空間特性和變化。

7

第二章大地測(cè)量學(xué)

§1大地測(cè)量學(xué)的任務(wù)、體系和主要技術(shù)手段

大地測(cè)量學(xué)是地球科學(xué)（地學(xué)）的一個(gè)分支。它的主要任務(wù)是獲取和研究地球幾何空間的

和地球重力場(chǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息。如測(cè)定地球形狀和大?。簻y(cè)定地球（海、陸、空）任一考

慮點(diǎn)的空間坐標(biāo)及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；測(cè)定地球任一考慮點(diǎn)的重力加速度值等。

大地測(cè)量學(xué)的學(xué)科體系在我國(guó)習(xí)慣上分為以下幾個(gè)分支學(xué)科。它們是應(yīng)用（地面）大地測(cè)

量學(xué)；橢球面（幾何）大地測(cè)量學(xué)；物理（重力）大地測(cè)量學(xué)和空間（衛(wèi)星）大地測(cè)量學(xué)。

大地測(cè)量學(xué)的主要測(cè)量技術(shù)可以分為兩大類。一類主要采用地面技術(shù)，常稱為經(jīng)典大地

測(cè)量技術(shù)，其中包括經(jīng)緯儀角度測(cè)量、準(zhǔn)儀高程測(cè)量、激光測(cè)距儀距離測(cè)量和地面（海洋）重

力儀的重力測(cè)量等。另一類主要結(jié)合衛(wèi)星和空間技術(shù)，常稱為空間大地測(cè)量技術(shù)，其中包括

甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量、衛(wèi)星激光測(cè)距、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、衛(wèi)星海洋測(cè)高等。

大地測(cè)量學(xué)為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)提供地理信息的基礎(chǔ)框架。如坐標(biāo)

基準(zhǔn)，高程基準(zhǔn)，重力基準(zhǔn)、海深基準(zhǔn)等。它的具體應(yīng)用例如標(biāo)定國(guó)界和領(lǐng)海線，維護(hù)國(guó)家

主權(quán)：為地形圖測(cè)制提供點(diǎn)位坐標(biāo)框架：控制圖上地形、地物相對(duì)位置和海拔高程不受歪曲。

為工程形變、地質(zhì)和地震災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、減災(zāi)防災(zāi)提供服務(wù)。為資源和環(huán)境的管理、保護(hù)和合

理利用提供測(cè)繪服務(wù)；為國(guó)防提供測(cè)繪保障等。

§2應(yīng)用大地測(cè)量學(xué)

§2.1平面控制測(cè)量

進(jìn)行平面控制測(cè)量主要目的是完成點(diǎn)位（點(diǎn)的坐標(biāo)）

的傳遞和控制。

點(diǎn)位的傳遞：已知點(diǎn)A,B的坐標(biāo)X,和“，要求傳遞

至待定點(diǎn)P,即要求推定P點(diǎn)的坐標(biāo)X”常用的測(cè)量方法

是在A,B兩點(diǎn)上測(cè)角ZBAP和ZABP,即并在AB兩點(diǎn)間測(cè)

距離。然后計(jì)算出P點(diǎn)的坐標(biāo)X”至于在點(diǎn)P上測(cè)角NAPB,

則是為了檢核這三個(gè)角NBAP,ZAPB和NABP的量測(cè)值之

圖點(diǎn)位的傳遞

和是否滿足三角形三內(nèi)角之和的幾何條件。k

點(diǎn)位的控制：已知A,B,C三點(diǎn)坐標(biāo)X.,整和Xc,要求

推算待定點(diǎn)P的坐標(biāo)X。。從右圖可見(jiàn),根據(jù)點(diǎn)的傳遞方法，

可以從A,B點(diǎn)測(cè)量和推算P點(diǎn)的坐標(biāo)，得到P點(diǎn)的坐標(biāo)值

X」；同樣也可以從A,C點(diǎn)測(cè)量和推算P點(diǎn)的坐標(biāo)XJ。

根據(jù)這兩者的差值X」-X」可以估計(jì)和評(píng)價(jià)這兩次測(cè)圖點(diǎn)位的控制

8

量(即由AB點(diǎn)測(cè)定P點(diǎn)，和由AC點(diǎn)測(cè)定P點(diǎn))的精確度。取兩者和的平均值XP,即X,=(X/

+XJ)/2,則可提待定點(diǎn)P的坐標(biāo)X,的精度。

平面控制測(cè)量按測(cè)量的精度等級(jí)高低分為?等至四等4個(gè)級(jí)別的平面控制網(wǎng)類型。建立

平面控制測(cè)量必須逐級(jí)控制,最終布滿全國(guó)。

平面控制測(cè)量按施測(cè)所采用的測(cè)量技術(shù)可分為測(cè)角三角網(wǎng)，邊角導(dǎo)線網(wǎng)，和測(cè)邊網(wǎng)。

圖測(cè)角三角網(wǎng)邊角導(dǎo)線網(wǎng)測(cè)邊網(wǎng)

§2.2高程控制測(cè)量在高程控制測(cè)量中所使用的儀器主要是

兩點(diǎn)上進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。水準(zhǔn)儀的水平視線ab在置于A,B兩點(diǎn)的水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)分別為hA,hB,

因此AB兩點(diǎn)的高差就是ahAB=hA-hBo國(guó)家高程控制網(wǎng)的布設(shè)按高程測(cè)量的精度等級(jí)高低

分為一等至四等4個(gè)級(jí)別的高程控制網(wǎng)。建立高程控制測(cè)量也必須逐級(jí)控制,最終布滿全國(guó)。

§2.3大地天文學(xué)

大地天文學(xué)是用天文測(cè)量方法測(cè)定地面點(diǎn)的經(jīng)緯度。它以天文測(cè)量方法測(cè)定北極星來(lái)確

定地面點(diǎn)的緯度。以天文測(cè)量方法測(cè)定兩地時(shí)間差來(lái)推算兩地經(jīng)度差。

§3.橢球面大地測(cè)量學(xué)

9

橢球面大地測(cè)量學(xué)的主要內(nèi)容：研究地球形狀和大小;研究橢球面上幾何元素（點(diǎn)、線、

面）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；計(jì)算橢球面上考慮點(diǎn)的大地坐標(biāo)，邊長(zhǎng)和方位角；研究橢球面上幾何

元素變換到平面上的投影方法和理論；建立各類大地坐標(biāo)系的理論和方法。

§3.1研究地球形狀和大小

概括來(lái)說(shuō)，人類早期對(duì)地球形狀的認(rèn)識(shí)是地平說(shuō)，即認(rèn)為地球是平的。直到公元前6世

紀(jì)畢達(dá)哥拉斯提出地圓說(shuō)。公元前4世紀(jì)亞里士多德用物理方法驗(yàn)證了地圓說(shuō)的正確性。至

18世紀(jì)又證實(shí)了地球的扁球說(shuō)。為了準(zhǔn)確描述地球橢球的形狀，國(guó)際上綜合了天文、大地、

重力、人衛(wèi)等資料，給出了不同的地球參考橢球，以適應(yīng)于各個(gè)國(guó)家的測(cè)量需求?例如我國(guó)

建國(guó)初就采用克拉索夫斯基橢球作為我國(guó)的參考橢球，其參數(shù)為長(zhǎng)半軸（a）為6378257米，

扁率為298.3。相應(yīng)的大地坐標(biāo)系為

北京1954年坐標(biāo)系。至八十年代我國(guó)又采用新的參考橢球，其參數(shù)為長(zhǎng)半軸（a）為6378140

米，扁率為298.257。相應(yīng)的大地坐標(biāo)系為北京1980年坐標(biāo)系。

§3.2研究橢球面幾何元素的數(shù)學(xué)關(guān)系

研究橢球面幾何元素（點(diǎn)、線、面）的數(shù)學(xué)關(guān)系主要涉及以下幾個(gè)方面：（一）如何確定

橢球面上兩點(diǎn)間距離最短連線（大地線）及其長(zhǎng)度；（二）如何解算由大地線圍成的橢球面三

角形；（三）計(jì)算橢球面上點(diǎn)的坐標(biāo)和點(diǎn)間的邊長(zhǎng)和方位角。以上這些橢球面幾何元素?cái)?shù)學(xué)

關(guān)系的綜合就是在橢球面大地測(cè)量學(xué)中經(jīng)常會(huì)遇到的所謂大地測(cè)量主題，它包括正反兩個(gè)主

題。-反主題：已知點(diǎn)R（BJ）,和點(diǎn)端Pi和點(diǎn)間的邊長(zhǎng)弋和方位角A12A21

-正主題：已知點(diǎn)H（BJ）,點(diǎn)R

A12

至點(diǎn)P2間的邊長(zhǎng)甌和方位角A12O\

飛》^2A21

求點(diǎn)P?的坐標(biāo)（B?L）和點(diǎn)P2至點(diǎn)

Pi間方位角A

21OPl

圖大地測(cè)量主題

§3.3大地坐標(biāo)系

1()

上圖中P是地面點(diǎn)，PN是P點(diǎn)的橢球面法線，P'是該法線和橢球面的交點(diǎn)。常用的大地坐

標(biāo)系有兩類：一類是P點(diǎn)以大地緯度B,大地經(jīng)度L,大地高H來(lái)表示：另一類常用的大地

坐標(biāo)系是P點(diǎn)以空間直角坐標(biāo)X,Y,Z來(lái)表示。

§3.4大地測(cè)量投影

我國(guó)國(guó)家基本地形圖法定采用高斯一克呂格投影，所以在這里討論的大地測(cè)量投影就是

高斯-克呂格投影。這一投影目的是將橢球面展開(kāi)成平面。形象的理解可以設(shè)想將一個(gè)橢圓

柱面橫向套入橢球，必然與橢球的一條子午線（在投影平面中稱中央子午線）相切，而橢球的

赤道與該橢圓柱面相交于一點(diǎn)0。橢球經(jīng)度可以每相隔6。，或3°,1.5°…為一投影帶，該

橢圓柱面展開(kāi)后，中央子午線和赤道成互為垂直相交的直線，構(gòu)成平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，而

點(diǎn)為該坐標(biāo)系的原點(diǎn)。

§4.物理大地測(cè)量學(xué)

§4.1物理大地測(cè)量學(xué)主要任務(wù)

物理大地測(cè)量學(xué)的主要任務(wù)包括三個(gè)方面。一是建立國(guó)家重力基準(zhǔn)網(wǎng)，基本網(wǎng)；二是確定全

球重力場(chǎng)模型及其變化；三是確定區(qū)域的和地球的大地水準(zhǔn)面及其變化。

§4.2建立國(guó)家重力基準(zhǔn)網(wǎng)和基本網(wǎng)。

這包括對(duì)這些重力網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施測(cè)。其中包括地面重力測(cè)量，航空重力測(cè)量，海洋重力

測(cè)量等。其中的地面重力測(cè)量包括相對(duì)重力測(cè)量和絕對(duì)重力測(cè)量。

§4.3確定全球重力場(chǎng)模型及其變化。

利用上述重力測(cè)量資料，結(jié)合衛(wèi)星重力測(cè)量資料，地形資料?，地質(zhì)和地球物理資料，可

II

以推算全球重力場(chǎng)模型及其變化。

§4.4確定區(qū)域的和地球的大地水準(zhǔn)面及其變化。

大地水準(zhǔn)面的定義,概略的說(shuō)就是靜止(平均)的海水面向大陸伸延所形成的一個(gè)封閉曲

面；精確的說(shuō)，大地水準(zhǔn)面是?個(gè)重力等位面，它與不隨時(shí)間變化的平均海面相密合。利用

全球重力場(chǎng)模型，地形資料，重力資料，天文重力水準(zhǔn)和GPS水準(zhǔn)等數(shù)據(jù)，可以確定區(qū)域的

和地球的大地水準(zhǔn)面及其變化。

§5衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)

§5.1衛(wèi)星大地測(cè)量的技術(shù)手段和主要成果

衛(wèi)星大地測(cè)量主要利用空間技術(shù)進(jìn)行大地測(cè)量。它的主要技術(shù)手段是全球定位系統(tǒng)

(GPS一GlobalPositioningSystem),衛(wèi)星激光測(cè)距(SLR—SatelliteLaserRanging),

甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI—VeryLongBaselineInterferometry),衛(wèi)星測(cè)高(SA—Satellite

Altimetry,它所獲得的主要成果有以下幾個(gè)方面。一可以實(shí)時(shí)，快速，全天侯，全球范圍，

精密測(cè)定點(diǎn)位和導(dǎo)航；二在沙漠，海洋，原始森林等人類難于到達(dá)的地區(qū)進(jìn)行重力測(cè)量；三

測(cè)定海面地形，海平面變化；四其觀測(cè)數(shù)據(jù)是建立全球大地測(cè)量坐標(biāo)系的主要依據(jù)。下面主

要介紹衛(wèi)星定位系統(tǒng)及其應(yīng)用。

§5.2衛(wèi)星定位系統(tǒng)

衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星信號(hào)獲取地球空間三維坐標(biāo)信息，具有全球性、全天候、連續(xù)

性、精度高、快速實(shí)時(shí)、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外有三個(gè)實(shí)用的衛(wèi)星定位系

統(tǒng)，它們分別是美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS),俄羅斯的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GLONASS),

和中國(guó)的北斗雙星區(qū)域衛(wèi)星定位系統(tǒng)。

§5.2.1GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的服務(wù)是全球覆蓋、全天候、連續(xù)提供定位和導(dǎo)航信息。在地球上或

近地空間中任何一點(diǎn)，可以同步接收到4顆GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，以達(dá)到上述目的。GPS定

位速度快，可實(shí)時(shí)定位,接收機(jī)從開(kāi)機(jī)搜索衛(wèi)星到定位只需3分鐘。在導(dǎo)航狀態(tài)1秒鐘可完成一

次定位，最快為每秒鐘可完成20次定位.GPS能連續(xù)提供點(diǎn)的高精度三維坐標(biāo)，其相對(duì)精度

可達(dá)10J10*。同時(shí)還可以確定點(diǎn)的運(yùn)行速度、運(yùn)行方位、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、運(yùn)行軌跡。GPS能提

供精確時(shí)間訊息，精度高達(dá)10'0-10

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)有兩種服務(wù)：一種是標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS),一種是精密定位服務(wù)(PPS)。

PPS服務(wù)主要用于美國(guó)軍事目的，其實(shí)時(shí)單機(jī)定位精度可達(dá)到米級(jí)。這種服務(wù)將長(zhǎng)期保密，

并實(shí)施AS措施，將P碼加密成Y碼。

§5.2.2GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)有24顆衛(wèi)星,分布在三個(gè)軌道平面上,每個(gè)軌道平面上8顆衛(wèi)

星,衛(wèi)星高度為19100公里。繞地運(yùn)行一?圈的周期是11小時(shí)11分鐘,軌道傾角為64.8°,每

12

顆衛(wèi)星有兩個(gè)載波,在L1頻道的間隔是0.5625MHz,在L2頻道的間隔是0.4325MHz。目前

GLONASS的精密軌道在ITRF框架和GPS時(shí)間系統(tǒng)中，已高于20cm量級(jí)。相應(yīng)實(shí)時(shí)定位精度約

為±50米

由于GLONASS的軌道傾角相對(duì)較高，適用于高緯度地區(qū)的導(dǎo)航和定位。對(duì)于同時(shí)能接收

GPS和GLONASS的接收機(jī),應(yīng)能觀測(cè)到更多的導(dǎo)航衛(wèi)星，使衛(wèi)星定位和導(dǎo)航的結(jié)果更為可靠，

更易于解決初始模糊度。因此這二種導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合，使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)全球的覆蓋更為完

整。但目前GLONASS在空中的有效衛(wèi)星只有10顆。

§5.2.3北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是我國(guó)建立的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)空間部分是由兩顆地球靜止衛(wèi)星組成,

位于赤道上空36000公里，東經(jīng)80。和140。。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一種局域二維定位系統(tǒng)。它

的定位技術(shù)屬于主動(dòng)式定位系統(tǒng)。即用戶接收機(jī)都有收發(fā)兩線。用戶定位需要先發(fā)射一個(gè)請(qǐng)

求定位信號(hào)，通過(guò)北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給地面中心站，經(jīng)過(guò)這樣收發(fā)，中心站即可得到每顆衛(wèi)星至

用戶接收機(jī)的距離。若用戶接收機(jī)的高程已知，中心站即可求得用戶的二維平面坐標(biāo)。中心

站計(jì)算出用戶位置后通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。北斗定位系統(tǒng)的定位精度為20米。

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是所有用戶定位結(jié)果都是通過(guò)地面中心站解算。因此地面

中心站對(duì)于每個(gè)用戶所在位置一目了然。所以該系統(tǒng)適用于做移動(dòng)目標(biāo)的管理系統(tǒng)，特別是

長(zhǎng)距離移動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控，調(diào)度。不需要另外再建通信系統(tǒng)。

§5.3地基衛(wèi)星定位站網(wǎng)的應(yīng)用

安置于地表的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)，稱為地基衛(wèi)星定位站，多個(gè)互相聯(lián)系的站構(gòu)成地基

衛(wèi)星定位站網(wǎng)。

這些站網(wǎng)可對(duì)位于海域、陸域、空域的考慮點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)（含后處理）的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位和

導(dǎo)航（含各類差分技術(shù)）?？蓱?yīng)用于測(cè)定地殼形變，包括板塊，板塊邊緣、板內(nèi)地塊的形變和

運(yùn)動(dòng)等，為地震、火山、土地滑坡等災(zāi)害的前、中、后期的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)作出貢獻(xiàn)。這些站網(wǎng)

結(jié)合對(duì)驗(yàn)潮站或海洋上浮標(biāo)的定位和位移速度測(cè)定，可對(duì)海平面變化的進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

地基衛(wèi)星定位站網(wǎng)可應(yīng)用于守時(shí)和定時(shí)，同時(shí)還可進(jìn)行地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的測(cè)定和維持大地

坐標(biāo)參考框架。

地基衛(wèi)星定位站網(wǎng)可以用較好的平面分辨率測(cè)定大氣中可降水分和電離層離子濃度，有

助于中短期天氣預(yù)報(bào)和無(wú)線電通訊管理。

§5.4衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)綜合服務(wù)系統(tǒng)

在一定地域內(nèi)建立若干個(gè)地基衛(wèi)星定位（如GPS）連續(xù)運(yùn)行跟蹤站，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

將跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)在一個(gè)或若干個(gè)數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理，然后通過(guò)數(shù)據(jù)中心的通信網(wǎng)絡(luò)

分發(fā)或發(fā)布給用戶，向社會(huì)提供服務(wù)，這就是衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)綜合服務(wù)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱

衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)）。

13

衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)可以為用戶提供多種服務(wù)項(xiàng)目。如進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,測(cè)速,測(cè)時(shí),測(cè)

方位,測(cè)位移,提供氣象（降水）和電離層預(yù)報(bào)等服務(wù)，以滿足國(guó)土資源管理,環(huán)境監(jiān)測(cè),城市規(guī)

劃,工業(yè)建設(shè),基礎(chǔ)測(cè)繪,工程測(cè)量,精細(xì)農(nóng)業(yè),氣象預(yù)報(bào),交通管理等部門的要求。

星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成。（一）基準(zhǔn)站網(wǎng)：由衛(wèi)星定位連續(xù)觀

測(cè)跟蹤站和相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成；（二）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)通過(guò)市話網(wǎng)或采用

無(wú)線擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控中心；（三）數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控中心：接收基準(zhǔn)站傳輸回

來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控，形成用戶數(shù)據(jù)；（四）面向用戶的數(shù)據(jù)發(fā)播系統(tǒng)：目前有

不同類型和手段。如因特網(wǎng)，這主要用于需要精密定位、精密定時(shí)、電離層延遲參數(shù)、對(duì)流

層延遲參數(shù)等用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送：UHF/VHF電臺(tái)，在用戶密度高的地區(qū)，這類電分發(fā)送局部地

區(qū)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位數(shù)據(jù)，氣象預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù)；副載波，發(fā)送局域衛(wèi)星定位差分導(dǎo)航數(shù)據(jù)、氣象

預(yù)報(bào)。在與全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的條件成熟后，也可發(fā)射廣域衛(wèi)星定位的差分導(dǎo)航數(shù)據(jù)；GSM,CDMA移動(dòng)

電話，用戶通過(guò)GSM,CDMA移動(dòng)電話獲取衛(wèi)星定位,氣象預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù)。

這種集衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)處理和提供衛(wèi)星定位的各類信息服務(wù)于一體

的衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)綜合服務(wù)系統(tǒng)，是一種集成式的系統(tǒng)工程,是向國(guó)家和社會(huì)作全方位

開(kāi)放性的服務(wù)系統(tǒng)。

《國(guó)際GPS服務(wù)（IGS）》是衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)的范例。它無(wú)償向全球用戶提供GPS

各種信息，如GPS精密星歷，快速星歷，預(yù)報(bào)星歷；IGS站坐標(biāo)及其運(yùn)動(dòng)速率；IGS站所接收

的GPS信號(hào)的相位和偽距數(shù)據(jù)；時(shí)間；電離層參數(shù)與大氣可降水分等。

世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、英國(guó)、加拿大、日本、德國(guó)等都正在建設(shè)衛(wèi)星定位

綜合服務(wù)系統(tǒng)（主要是利用GPS）。我國(guó)在某些城市如深圳、上海、北京等也正在建立這類衛(wèi)

星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)。由于衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)所產(chǎn)生的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益巨大，因此我國(guó)應(yīng)在

結(jié)合我國(guó)地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)工程,聯(lián)合我國(guó)其他系統(tǒng)的衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)，完善相應(yīng)的

數(shù)據(jù)傳輸、通訊、處理和分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，積極發(fā)展我國(guó)衛(wèi)星定位綜合服務(wù)體系。

5.5空基或星基衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用

目前空基或星基衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要還是利用GPS。主要應(yīng)用于衛(wèi)星精確定軌；用（無(wú)線電

波）掩星法,對(duì)電離層離子濃度和大氣可降水份提供連續(xù)的水平截面的信息；提供地球重力場(chǎng)

信息；GPS信號(hào)在洋面，雪面和海面上的反射信號(hào)給空載或星載GPS接收機(jī)接收后，可以相當(dāng)

于衛(wèi)星測(cè)高儀。

§6.我國(guó)大地測(cè)量的回顧和展望

我國(guó)大地測(cè)量是隨著中華人民共和國(guó)誕生而起步的，經(jīng)過(guò)近五十年來(lái)大地測(cè)量工作者的

努力，大地測(cè)量取得了舉世矚目的成果，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)提供了及時(shí)的服務(wù)，為

科學(xué)研究提供了大量的精確數(shù)據(jù)。

14

在廿世紀(jì)五十年代至七十年代，我國(guó)在建立大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)方面，完成了北京1954

大地坐標(biāo)系的大地定位，施測(cè)了全國(guó)天文大地網(wǎng)并進(jìn)行了近似平差，向全國(guó)提供了大地（資

用）坐標(biāo)，其點(diǎn)位相對(duì)精度為10-20ppmo在國(guó)家高程基準(zhǔn)方面，測(cè)定和建立了黃海56高程

基準(zhǔn)，完成了全國(guó)第一期一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)（5萬(wàn)km）的施測(cè)和平差。在國(guó)家重力基準(zhǔn)方面，采

用當(dāng)時(shí)Potzdam的重力基準(zhǔn)，完成了國(guó)家57重力網(wǎng)的施測(cè)和計(jì)算。

在廿世紀(jì)七十年代至八十年代，我國(guó)大地測(cè)量在大地坐標(biāo)系統(tǒng)方面，完成了我國(guó)獨(dú)立的

大地定位（西安1980系），并在此定位基礎(chǔ)上進(jìn)行了當(dāng)時(shí)具有世界先進(jìn)水平的全國(guó)天文大地

網(wǎng)整體平差（5萬(wàn)點(diǎn)），平差后大地點(diǎn)具有3Ppm相對(duì)精度。在我國(guó)高程基準(zhǔn)的建設(shè)方面，計(jì)算

和采用了更科學(xué)的黃海85高程基準(zhǔn)，完成了國(guó)家第二期一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)（24萬(wàn)km）。在重

力基準(zhǔn)方面，采用了由我國(guó)用絕對(duì)重力儀直接測(cè)定的重力基準(zhǔn)，并完成了高精度的國(guó)家85

重力基本網(wǎng)和一等網(wǎng)（180點(diǎn)）。在衛(wèi)星大地測(cè)量方面，施測(cè)了國(guó)家衛(wèi)星多普勒網(wǎng)（35個(gè)點(diǎn)），

建成了VLBI站一個(gè)（上海），SLR站三個(gè)（上海、武漢、北京）。在建設(shè)我國(guó)的野外基線長(zhǎng)度

基準(zhǔn)方面，完成了具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的北京野外基線長(zhǎng)度基準(zhǔn)（Vesala基線），精度達(dá)Ippm；在這

期間還在全國(guó)建立了十余個(gè)光電測(cè)距儀的野外長(zhǎng)度檢定場(chǎng)。此外，為了建立在我國(guó)國(guó)土上的

天文經(jīng)度基準(zhǔn)，我國(guó)進(jìn)行了全國(guó)天文經(jīng)度基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)和計(jì)算。

在廿世紀(jì)八十年代至九十年代，我國(guó)大地測(cè)量在衛(wèi)星大地測(cè)量方面有較大進(jìn)展。在國(guó)家

級(jí)的大地網(wǎng)方面，建成了GPS網(wǎng)點(diǎn)約2200個(gè),精度達(dá)O.Olppm。全國(guó)完成了近60個(gè)GPS連續(xù)

運(yùn)行站及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。此外增建了VLBI站至3個(gè)，SLR站至6個(gè)。

從上一世紀(jì)九十年代以來(lái)，現(xiàn)代大地測(cè)量的發(fā)展呈現(xiàn)了如下特點(diǎn)：大地測(cè)量的對(duì)象從靜

止的轉(zhuǎn)變到動(dòng)態(tài)的，大地測(cè)量的工作范圍由陸地?cái)U(kuò)展到海洋，到地球內(nèi)部，大地測(cè)量的信息

獲取由地面系統(tǒng)發(fā)展到空間系統(tǒng)，大地測(cè)量的數(shù)據(jù)處理己由后處理發(fā)展到實(shí)時(shí)處理，大地測(cè)

量的工作距離由數(shù)十公里發(fā)展到幾千公里，大地測(cè)量由單一學(xué)科發(fā)展到和其他學(xué)科的綜合和

集成。我國(guó)大地測(cè)量在五十年代至七十年代是大地測(cè)量的初創(chuàng)階段，八十年代至九十年代是

按當(dāng)時(shí)的先進(jìn)技術(shù)對(duì)創(chuàng)建階段的大地基準(zhǔn)的更新、補(bǔ)充和發(fā)展。因此進(jìn)入廿一世紀(jì)的我國(guó)大

地測(cè)量一方面要面向新世紀(jì)前期的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和國(guó)防發(fā)展的需求，另一方面要根據(jù)大地測(cè)量

發(fā)展的特點(diǎn)，充分利用空間、電子和信息等技術(shù)發(fā)展我國(guó)的大地測(cè)量,特別要為中國(guó)的空間

數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、資源和環(huán)境的管理、保護(hù)和合理利用，減災(zāi)防災(zāi)作出貢獻(xiàn)。

§7在新世紀(jì)初期發(fā)展我國(guó)大地測(cè)量的目標(biāo)和任務(wù)

§7.1建立現(xiàn)代大地坐標(biāo)框架的“十五”目標(biāo)和任務(wù)

§7.1.1大地坐標(biāo)框架的現(xiàn)狀和問(wèn)題

對(duì)我國(guó)國(guó)土范圍內(nèi)所考慮對(duì)象的二維或三維空間位置（不論該對(duì)象是處于靜態(tài)還是動(dòng)

態(tài)），都需要一個(gè)全國(guó)統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的大地（地理）坐標(biāo)框架。這是大地坐標(biāo)系統(tǒng)的實(shí)

現(xiàn)，是國(guó)家測(cè)繪基準(zhǔn)的一個(gè)重要方面。目前提供全國(guó)使用的大地坐標(biāo)框架是用經(jīng)典大地測(cè)量

15

技術(shù)所測(cè)定的全國(guó)天文大地網(wǎng)。它由48000余個(gè)大地點(diǎn)組成,這些點(diǎn)間的相對(duì)精度為3X10：

在我國(guó)大陸的分布密度約為1：15kmX15km。這就是說(shuō)，在一幅1：5萬(wàn)比例尺地形圖中，可

能有1-3個(gè)屬于這一坐標(biāo)框架的大地控制點(diǎn)。

我國(guó)大地坐標(biāo)框架近年來(lái)遇到的問(wèn)題主要有三個(gè)方面。一是近五萬(wàn)個(gè)全國(guó)天文大地網(wǎng)點(diǎn),

歷經(jīng)兒十年滄桑，已損毀了近1/3；二是衛(wèi)星定位技術(shù)，如GPS技術(shù)，已得到了廣泛的應(yīng)用，

其點(diǎn)位平面位置的相對(duì)定位精度已可高達(dá)107量級(jí)以上，要比現(xiàn)行的全國(guó)大地坐標(biāo)框架高出

近一至二個(gè)量級(jí)；三是衛(wèi)星定位的測(cè)量成果是三維的，立體的，而現(xiàn)行的大地坐標(biāo)框架是二

維的，平面的。因此，高精度的衛(wèi)星定位技術(shù)所確定的局部三維測(cè)量成果，與較低精度的，

二維全國(guó)大地坐標(biāo)框架，不能互相配適，存在很難調(diào)整的矛盾和沖突。

目前正在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的全國(guó)GPS-2000網(wǎng)，其點(diǎn)數(shù)可達(dá)2200余個(gè)，其中GPS連續(xù)運(yùn)行

站為25個(gè)。該網(wǎng)點(diǎn)的相對(duì)精度預(yù)計(jì)可達(dá)IO-以上。這個(gè)網(wǎng)若在2002年啟用后，將使我國(guó)

大地坐標(biāo)框架在三維和高精度方面走上一個(gè)新的臺(tái)階。但是GPS2000網(wǎng)的平均密度僅為

l:70kmX70km。平均9幅1:5萬(wàn)比例尺地形圖中才能找到一個(gè)GPS2000網(wǎng)點(diǎn)。與目前使用的

大地坐標(biāo)框架即天文大地網(wǎng)相比，低了近廿倍。

由此可見(jiàn),GPS2000網(wǎng)要真正成為實(shí)用的國(guó)家大地坐標(biāo)框架，要服務(wù)于全國(guó)廣大（靜態(tài)）

定位用戶，面臨的主要問(wèn)題是GPS2000的點(diǎn)數(shù)過(guò)少，分布密度太低。而要服務(wù)于全國(guó)動(dòng)態(tài)或

高精度定位用戶，則要在中國(guó)建立遠(yuǎn)比25個(gè)更多的GPS連續(xù)運(yùn)行站和相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸、處

理和分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

因此加密GPS2000網(wǎng)和增加GPS連續(xù)運(yùn)行站及其相應(yīng)配套的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在我國(guó)“十

五”建立一個(gè)地心、三維、動(dòng)態(tài)的現(xiàn)代大地坐標(biāo)框架所要解決的基本問(wèn)題。

§7.1.2建立現(xiàn)代大地坐標(biāo)框架的“十五”目標(biāo)

數(shù)字中國(guó)、信息社會(huì)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)化和國(guó)防建設(shè)的需求，都要求我國(guó)建立的大地坐標(biāo)框架

是地心的,三維的,高精度,動(dòng)態(tài)的,實(shí)用的大地坐標(biāo)框架。三維，就是該框架是由具有地心三

維直角坐標(biāo)的點(diǎn)所構(gòu)成；高精度，表示構(gòu)成該框架的點(diǎn)位相對(duì)精度不低于10-7,相對(duì)地心的

絕對(duì)精度不低于10-7；動(dòng)態(tài)，框架點(diǎn)位應(yīng)是時(shí)間的函數(shù)：實(shí)用意味著框架點(diǎn)的數(shù)量和分布密

度能滿足今后至少十年間用戶使用的基本需求。

§7.1.3建立現(xiàn)代大地坐標(biāo)框架的“十五”任務(wù)

建立現(xiàn)代大地坐標(biāo)框架的“十五”任務(wù)可以分為幾個(gè)方面。第一方面是GPS2000網(wǎng)和我

國(guó)天文大地網(wǎng)的聯(lián)合平差。雖然我國(guó)天文大地網(wǎng)點(diǎn)遭到了嚴(yán)重?fù)p毀，但聯(lián)合平差后仍有幾萬(wàn)

個(gè)具有三維坐標(biāo)的點(diǎn)，當(dāng)然它的精度要比高精度網(wǎng)差，但布設(shè)有較高分辮率的全國(guó)網(wǎng)是需要

兒年時(shí)間來(lái)完成。因此這?聯(lián)合平差可以暫時(shí)滿足部分用戶對(duì)三維大地坐標(biāo)框架的急需。

第二方面是增加GPS2000網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量以達(dá)到一定的分布密度。衛(wèi)星定位點(diǎn)間連測(cè)的距離

原則上是不受限制的。但從中國(guó)的實(shí)際情況和方便用戶考慮，GPS2000加密網(wǎng)的點(diǎn)距縮短至

50km左右為宜。加密該網(wǎng)至上述分布密度，估計(jì)需增加的GPS點(diǎn)數(shù)約3000個(gè)。設(shè)計(jì)GPS2000

16

加密網(wǎng)點(diǎn)位時(shí)，要顧及在這些加密點(diǎn)處施測(cè)水準(zhǔn)和重力的需求，同時(shí)還應(yīng)充分利用地殼運(yùn)動(dòng)

監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)第二期工程中GPS的點(diǎn)位，和天文大地網(wǎng)點(diǎn)、水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)、重力網(wǎng)點(diǎn)的點(diǎn)位。GPS2000

加密網(wǎng)應(yīng)力爭(zhēng)在“十五”期間完成。

第三方面是增加我國(guó)GPS連續(xù)運(yùn)行站的數(shù)量和分布密度。GPS連續(xù)運(yùn)行站的數(shù)量和分布

密度是上述框架中點(diǎn)位精度和現(xiàn)勢(shì)性（動(dòng)態(tài)）的基本保證?？级轚大地測(cè)量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、

氣象予報(bào)和國(guó)防的需要和可能，GPS連續(xù)運(yùn)行站的數(shù)量在近幾年中，可考慮增加到260站左

右。在建設(shè)GPS連續(xù)運(yùn)行站的同時(shí)，還應(yīng)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸、處理、分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

完成了了以上這些工作，我國(guó)就建成了以260個(gè)左右GPS連續(xù)運(yùn)行站為樞紐點(diǎn)、有分布

合理的5000個(gè)高精度的GPS加密網(wǎng)點(diǎn)，構(gòu)成了我國(guó)現(xiàn)代三維、地心、高精度、動(dòng)態(tài)和實(shí)用

的大地坐標(biāo)框架。

§7.2建立中國(guó)新一代大地坐標(biāo)系統(tǒng)

§7.2.1大地坐標(biāo)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問(wèn)題

從技術(shù)和應(yīng)用方面考慮，西安80坐標(biāo)系存在下面兒個(gè)問(wèn)題：一是橢球大小。西安80系采

用的橢球是IAG1975橢球。它的橢球長(zhǎng)半軸a為6378140m,要比現(xiàn)在國(guó)際公認(rèn)的或是GPS定

位中所采用的相應(yīng)值6378137m要大3m。它可能引起的長(zhǎng)度誤差在5X107水平。二是橢球定

位。我國(guó)目前采用的西安80系不是地心坐標(biāo)系,而是由（中國(guó)）局域高程異常最佳符合（即[C

2]=min）方法定位的坐標(biāo)系。三是橢球短軸的指向。西安80系采用指向JYD1968.0極原點(diǎn),

與國(guó)際上包括GPS定位中通用的橢球短軸的指向BIH1984.0不同。此外原來(lái)定義我國(guó)大地坐

標(biāo)系的物理和兒何常數(shù)也已有了更新和改善，空間和信息技術(shù)及其應(yīng)用的飛速發(fā)展,社會(huì)可

持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化的需求，我國(guó)單純采用局部、二維、低精度、靜態(tài)的大地坐標(biāo)系統(tǒng)（西

安80系）作為大地基準(zhǔn)所帶來(lái)的不協(xié)調(diào)的矛盾將會(huì)愈來(lái)愈多，愈來(lái)愈不適應(yīng)。

§7.2.2建立中國(guó)新一代大地坐標(biāo)系統(tǒng)的前景

數(shù)字中國(guó)、信息社會(huì)、經(jīng)濟(jì)全球化和國(guó)防建設(shè)的需求，都要求我們的大地坐標(biāo)系是地心

的,三維的，動(dòng)態(tài)的。改變大地坐標(biāo)系統(tǒng)是改變整個(gè)基礎(chǔ)地理信息的基礎(chǔ)載體，涉及面廣，工

作量大，當(dāng)然要慎重對(duì)待，大地坐標(biāo)系統(tǒng)不經(jīng)深思熟慮的改變是不恰當(dāng)?shù)?，如果?shí)踐業(yè)已證

明坐標(biāo)系確實(shí)需改變，而我國(guó)的大地測(cè)量科技的發(fā)展又提供了改變坐標(biāo)系的條件，大地坐標(biāo)

系統(tǒng)應(yīng)考慮作必要的改進(jìn)是符合歷史發(fā)展的規(guī)律的。

§7.2.3發(fā)展GPS連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)綜合服務(wù)系統(tǒng)

在“十五”期間結(jié)合我國(guó)應(yīng)聯(lián)合全國(guó)各部門各系統(tǒng)的的GPS連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)，發(fā)展和完善

相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸、通訊、處理和分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，由此發(fā)展成為我國(guó)GPS綜合服務(wù)體系。這

一?體系的基本任務(wù)可有四個(gè)方面：（1）提供與GPS自身有關(guān)的信息，如坐標(biāo)框架，星歷，鐘

差，站坐標(biāo)及其變化等信息服務(wù)；（2）提供時(shí)間信息；（3）提供定位和導(dǎo)航的信號(hào)（含標(biāo)準(zhǔn)差

分信息）；（4）提供地殼形變，電離層離子濃度，大氣水汽含量等服務(wù)。

§7.3建設(shè)現(xiàn)代高程基準(zhǔn)

17

由于高程施測(cè)的手段主要還是水準(zhǔn)測(cè)量，雖然儀器設(shè)備有了改進(jìn)，但費(fèi)時(shí)費(fèi)工的現(xiàn)象從

根本上說(shuō)，還是沒(méi)有很大改變。國(guó)家二期水準(zhǔn)前后持續(xù)十余年的現(xiàn)象，無(wú)論從科學(xué)還是社會(huì)

需求考慮，都不能再現(xiàn)。另一方面，省級(jí)單位的人財(cái)物也不是當(dāng)年的水平。因此建議今后建

設(shè)現(xiàn)代高程基準(zhǔn)時(shí)，國(guó)家主要負(fù)責(zé)一等水準(zhǔn)網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施測(cè)。二等及二等以下水準(zhǔn)網(wǎng)由省級(jí)

（含）以下單位負(fù)責(zé)實(shí)施。由國(guó)家負(fù)責(zé)的國(guó)家三期高程控制網(wǎng)中的一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)該考慮加密。

建議一等水準(zhǔn)網(wǎng)由100環(huán)增加至120-130環(huán)。加密后的一等水準(zhǔn)網(wǎng)總環(huán)長(zhǎng)可能增至12-13萬(wàn)

km,相應(yīng)水準(zhǔn)標(biāo)石可增至2.5個(gè)左右，它的平均分布密度為1：30kmX30km,即在平均每2幅

1：5萬(wàn)圖幅中至少有一個(gè)國(guó)家三期高程控制網(wǎng)的點(diǎn)。完成這樣的國(guó)家三期高程控制網(wǎng)的作業(yè)

周期可望縮短至5年至6年內(nèi)完成。

§7.4建設(shè)現(xiàn)代重力基準(zhǔn)的“十五”任務(wù)

§7.4.1建成國(guó)家2000重力基準(zhǔn)網(wǎng)

國(guó)家2000重力基準(zhǔn)網(wǎng)由120余個(gè)絕對(duì)和相對(duì)重力點(diǎn)組成，由于該網(wǎng)使用了FG5絕對(duì)重

力儀施測(cè)，并增加了絕對(duì)重力點(diǎn)的數(shù)量，2000重力基準(zhǔn)網(wǎng)的精度有所提高，預(yù)計(jì)在±10X10-6

cmsec-2左右。目前正在施測(cè)的國(guó)家2000基本重力網(wǎng)予期在2003年可以建成并提供使用。

§7.4.2國(guó)家2000大地水準(zhǔn)面

國(guó)家2000大地水準(zhǔn)面已正式提供使用。它的絕對(duì)精度為±0.3-0.6m,分辯率為30kmX30km,

覆蓋范圍包括了我國(guó)全部陸海國(guó)土。這些指標(biāo)相對(duì)于1980大地水準(zhǔn)網(wǎng)提高了近一個(gè)量級(jí)。

目前用戶在重力基準(zhǔn)方面比較迫切的需求是如何快捷準(zhǔn)確的將GPS測(cè)得的大地高轉(zhuǎn)換為正常

高（海拔高），這個(gè)需求的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是用戶要求提供不低于20kmX20km分辯率，和±5T0cm精

度的似大地水準(zhǔn)面。建議有關(guān)部門應(yīng)有計(jì)劃的在按省和地區(qū)加密GPS水準(zhǔn)和重力測(cè)量，推算

和提供具有上述精度和分辨率的似大地水準(zhǔn)面。

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第三章攝影測(cè)量與遙感

1.攝影測(cè)量與遙感的定義、任務(wù)和發(fā)展過(guò)程

（-）攝影測(cè)量與遙感的定義與任務(wù)

傳統(tǒng)的攝影測(cè)量學(xué)是利用光學(xué)攝影機(jī)攝影的像片，研究和確定被攝物體的形狀、大小、

位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門科學(xué)和技術(shù)。它包括的內(nèi)容有：獲取被攝物體的影像，研究單

張和多張像片影像的處理方法，包括理論、設(shè)備和技術(shù)，以及將所測(cè)得成果以圖解形式或數(shù)

字形式輸出的方法和設(shè)備。

攝影測(cè)量與遙感的主要任務(wù)是用于測(cè)制各種比例尺地形圖、建立地形數(shù)據(jù)庫(kù)，并為各種

地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，攝影測(cè)量與遙感在理論、方法和儀器設(shè)

備方面的發(fā)展都受到地形測(cè)量、地圖制圖、數(shù)字測(cè)圖、測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)的影響。

攝影測(cè)量與遙感的主要特點(diǎn)是在像片上進(jìn)行量測(cè)和解譯，無(wú)需接觸物體本身，因而很少

受自然和地理?xiàng)l件的限制，而且可攝得瞬間的動(dòng)態(tài)物體影像。像片及其它各種類型影像均是

客觀物體或目標(biāo)的真實(shí)反映，信息豐富、逼真，人們可以從中獲得所研究物體的大量幾何信

息和物理信息。

由于現(xiàn)代航天技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，攝影測(cè)量的學(xué)科領(lǐng)域更加擴(kuò)大了，可

以這樣說(shuō)，只要物體能夠被攝成影像，都可以使用攝影測(cè)量技術(shù)，以解決某一方面的問(wèn)題，

這些被攝物體可以是固體的、液體的，也可以是氣體的；可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的；

可以是微小的（電子顯微鏡下放大幾千倍的細(xì)胞），也可以是巨大的（宇宙星體）。這些靈活

性使得攝影測(cè)量學(xué)成為可以多方面應(yīng)用的一種測(cè)量手段和數(shù)據(jù)系統(tǒng)集與分析的方法。由于具

有非接觸傳感的特點(diǎn)，自70年代以來(lái)，從側(cè)重于解譯和應(yīng)用角度，又提出了“遙感一詞”。

70年代以來(lái)，美國(guó)陸地資源衛(wèi)星（Landsat）上天后，遙感技術(shù)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。

由于它對(duì)資源勘察和環(huán)境監(jiān)護(hù)等方面效益很高，很快地得到了全世界的重視。在遙感技術(shù)中，

除了使用可進(jìn)行黑白攝影、彩色攝影、彩紅外攝影的框幅式攝影機(jī)外，還使用了全景攝影機(jī)、

光機(jī)掃描儀（紅外、多光譜）、CCD（電荷耦合器件）固體掃描儀及合成孔徑側(cè)視雷達(dá)（SAR）

等。它們提供比黑白像片豐富得多的影像信息。各種空間飛行器作為傳感平臺(tái)，圍繞地球長(zhǎng)

期運(yùn)轉(zhuǎn)，為我們提供大量的多時(shí)相、多光譜、多分辨率的豐富影像信息。而且所有的航天傳

感也可以用于航空遙感。于是攝影測(cè)量發(fā)展為攝影測(cè)量與遙感。為此，國(guó)際攝影測(cè)量與遙感

學(xué)會(huì)（ISPRS）于1988年在日本京都召開(kāi)的第十六屆大會(huì)上做出定義：“攝影測(cè)量與遙感乃

是對(duì)非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達(dá)進(jìn)行記錄、量測(cè)和解譯，從而獲得自然物體

和環(huán)境的可靠信息的一門工藝、科學(xué)和技術(shù)?！焙?jiǎn)言之，它乃是影像信息獲取、處理、分析

和成果表達(dá)的一門信息科學(xué)。

可以從不同角度對(duì)攝影測(cè)量與遙感進(jìn)行分類。按距離遠(yuǎn)近有航空攝影測(cè)量與遙感、航天

19

攝影測(cè)量與遙感、地面攝影測(cè)量與遙感、近景攝影測(cè)量與遙感和顯微攝影測(cè)量與遙感。按用

途分有地形攝影測(cè)量與遙感與?非地形攝影測(cè)量與遙感，地形攝影測(cè)量與遙感主要用于測(cè)繪國(guó)

家基本地形圖，工程勘察設(shè)計(jì)和城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、鐵路、交通等各部門的規(guī)劃與資源調(diào)查

用及建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)：非地形攝影測(cè)量與遙感是將攝影測(cè)量方法用于解決資源調(diào)查、變形

觀測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵察、彈道軌道、爆破以及工業(yè)、建筑、考古、地質(zhì)工程以及生物和

醫(yī)學(xué)等各方面的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。按技術(shù)處理手段分有模擬攝影測(cè)量、解析攝影測(cè)量和數(shù)字?jǐn)z

影測(cè)量。解析和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量可以直接為各種數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)地理信息，模

擬攝影測(cè)量的直接成果為各種圖件（地形圖、專題圖等），它們必須經(jīng)過(guò)數(shù)字化才能進(jìn)入計(jì)

算機(jī)中。

（-）攝影測(cè)量與遙感的發(fā)展歷史

（1）攝影測(cè)量與自身的三個(gè)發(fā)展階段

若從1839年尼普斯和達(dá)意爾發(fā)明攝影術(shù)算起，攝影測(cè)量學(xué)（Photogrammetry）已有150

多年的歷史，1851?1859年法軒陸軍上校勞賽達(dá)特提出和進(jìn)行的交會(huì)攝影測(cè)量，被稱為攝影

測(cè)量學(xué)的真正起點(diǎn)。由于當(dāng)時(shí)飛機(jī)尚未發(fā)明，攝影測(cè)量的幾何交會(huì)原理僅限于處理地面的正

直攝影，主要用來(lái)做建筑物攝影測(cè)量，而并不是用來(lái)進(jìn)行地形測(cè)量。

從空中拍攝地面的照片，最早是1858年納達(dá)在地球上進(jìn)行的。1903年萊特兄弟發(fā)明