物理大地测量学.pptx

物理大地测量学 ; 课程名称：物理大地测量学（Physical Geodesy） 授课对象与学分: 测绘工程专业本科生 学分：3.0（54学时） 教材：物理大地测量学基础（郭俊义编著）; 参考书 地球形状及外部重力场（管泽霖，宁津生 编） 物理大地测量学（W.A. Heiskanen and H. Moritz） 《地球重力学基础》（操华胜等 编著） 地球重力场在工程测量中的应用（管泽霖，宁津生 编）;主要学习内容;固体潮的基础理论 引潮力位及其展开式 各种可观测的潮汐现象 固体潮的调和分析方法 地球重力场的应用 地球重力场与测绘科学 地球重力场与地球科学 地球重力场与国防、军事;课程概述;一、学科任务;从自然科学的观点来看，重力场是地球最重要的物理特性，制约着在该行星上及其邻近空间发生的有关力学事件，引力是宇宙一切物质存在的最普遍属性，制约着宇宙的演化和发展。;二、发展进程;19世纪初，法国的拉普拉斯和德国的高斯、贝塞尔等都认识到椭球面不足以代表地球表面。;1873年，利斯廷(Listing)提出用大地水准面代表地球形状，由此可将斯托克斯理论用于研究大地水准面形状。但实际上由于大地水准面外部存在大陆，所以必须通过重力观测值的归算移去这些物质，这将使大地水准面发生形变，并且必须知道归算范围内岩层密度分布的数据，这是一个十分复杂而难以解决的问题。所以归算问题一直成为经典的斯托克斯理论的障碍。尽管如此，斯托克斯理论还是推动了大地水准面形状的研究工作。;1945年，苏联的莫洛坚斯基（Molodensky）提出了用地面重力观测来确定地球形状的理论，从而回避了长期无法解决的重力归算问题。但是在当时仍然存在资料（重力数据）不足的矛盾。在平原或丘陵地区应用经典方法，虽然归算在理论上不严密，但不足以影响大地水准面的计算精度。困难在于莫洛坚斯基理论虽然严密，但在高山地区所需要的数据众多，当时条件下很难满足。;1957年第一颗人造地球卫星发射成功，经典物理大地测量学（理论超前于技术）过度到现代物理大地测量学（技术超前于理论），其标志是开创了了卫星重力探测时代 根据卫星轨道摄动理论，观测卫星轨道摄动确定低阶位系数 利用卫星海洋雷达测高确定高精度高分辨率海洋重力场模型和大地水准面模型 GPS技术结合水准测量直接测定大陆大地水准面 本世纪初利用卫星跟踪卫星（如CHAMP和GRACE）和卫星重力梯度测量技术（如GOCE）可以确定全球更高精度和分辨率的静态重力场模型和时变重力场模型 卫星重力探测技术的发展，突破了人们过去获取重力场信息的局限性，使得物理大地测量的研究从局部或区域性扩展到全球，从测定静态地球重力场发展到测定时变重力场，从而丰富了物理大地测量学的内容，推动了物理大地测量学的发展。;球形地球;CQG2000;三、学科内容;区域性地球形状：按确定地球形状及其外部重力场的基本理论，采用局部地区的天文、大地和重力资料，将含有地球重力场影响的地面各种大地测量数据（如天文经纬度、方位角、水平角、高度角、距离和水准测量结果）归算到局部大地坐标系中，以此建立国家大地网和国家水准网。利用地面重力资料、卫星测高资料、卫星跟踪卫星数据及其他重力场信息，推求高精度高分辨率区域重力场和大地水准面模型。;四、主要应用领域; 在相关地球科学中的应用 地球深部结构及海洋洋流变化 固体地球均衡响应 冰后回弹 地幔和岩石圈密度变化 地球物理勘探 海洋洋流和大气质量分布变化等;国防和军事中的应用：为建立高技术信息作战平台和现代军事技术提供高分辨率高精度地球重力场信息，应用于 侦察低轨航天器轨道的设计和轨道确定 提高陆基远程战略武器的打击精度及生存能力 提高水下流动战略武器（潜艇载战略导弹）打击精度 对地观测卫星的精密定轨 重力辅助导航;思考题;水准测量;全球定位系统(GPS);卫星测高;;卫星重力探测技术;第一部分 重力测量的基本原理;1、重力的定义;;;;1590伽利略利用自由落体测定重力加速度;2、重力测量原理; 测量原理：静力法和动力法 动力法：观测物体的运动状态以测定重力，可应用于绝对重力测量或相对重力测量。 静力法：观测物体受力平衡，量测物体平衡位置受重力变化而产生的位移来测定两点的重力差，该方法只能用于相对重力测量。; 重力测量类型（按观测领域或载体划分） 陆地重力测量 海洋重力测量 航空（或机载）重力测量 卫星重力测量（地面跟踪观测卫星轨道摄动、卫星雷达测高、卫星跟踪卫星测量、卫星重力梯度测量）;（1）用自由落体测定绝对重力;;对称自由运动的方法（上抛法）;重力与观测值h和t之间的精度关系;（2）摆仪测定绝对重力和相对重力;可倒摆绝对重力测量;（2）用静力法测定相对重力;;弹性系统：在重力仪中用来受力作用的部分;3、重力基准;波茨坦重力系统;国际重力基准网;