本書(shū)全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)理論及建立方法。全書(shū)包括現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)理論和現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)建立與維持兩部分內(nèi)容,分別對(duì)現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)的特點(diǎn)、大地測(cè)量基準(zhǔn)地球動(dòng)力學(xué)影響因素、地球參考系統(tǒng)與參考框架、地球重力場(chǎng)基本理論、高程基準(zhǔn)與深度基準(zhǔn)、地球參考框架建立與維持、垂直參考系統(tǒng)、垂直參考框架建立與維持等進(jìn)行了全面的介紹。
本書(shū)可作為高等院校測(cè)繪類(lèi)研究生教材,也可作大地測(cè)量、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、遙感、地震及地球科學(xué)等生產(chǎn)和科研單位技術(shù)人員的專業(yè)參考用書(shū)。
大地測(cè)量基準(zhǔn)是為描述地球及其空間點(diǎn)位坐標(biāo)、高程、深度和重力而建立的一種度量體系和標(biāo)準(zhǔn)。大地測(cè)量基準(zhǔn)是大地測(cè)量學(xué)的重要內(nèi)容,也是精確測(cè)繪地理信息及其變化、監(jiān)測(cè)地球資源環(huán)境及全球變化的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)大地測(cè)量基準(zhǔn)不考慮板塊運(yùn)動(dòng)和地球形變等地球動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對(duì)地面點(diǎn)坐標(biāo)、高程和重力值的時(shí)變影響,難以滿足實(shí)時(shí)、高精度應(yīng)用需求。隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、衛(wèi)星重力與衛(wèi)星測(cè)高、衛(wèi)星激光測(cè)距(SLR)及甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI)等空間大地測(cè)量技術(shù)的廣泛應(yīng)用,給大地測(cè)量基準(zhǔn)理論和技術(shù)方法帶來(lái)了一系列變革,國(guó)際組織和世界各國(guó)相繼建立了基于空間大地測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)。自1988年起,國(guó)際地球自轉(zhuǎn)與參考系統(tǒng)服務(wù)組織(IERS)負(fù)責(zé)構(gòu)建和維持國(guó)際地球參考框架(ITRF)、國(guó)際天球參考框架(ICRF)及兩者轉(zhuǎn)換所需的地球定向參數(shù)。2003年,國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)(IAG)啟動(dòng)全球大地測(cè)量觀測(cè)系統(tǒng)(GGOS)項(xiàng)目,旨在融合幾何大地測(cè)量、物理大地測(cè)量和地球定向等大地測(cè)量觀測(cè)信息,形成面向動(dòng)態(tài)地球監(jiān)測(cè)服務(wù)和應(yīng)用的現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)和服務(wù)產(chǎn)品。國(guó)際地球參考框架綜合了多種空間大地測(cè)量觀測(cè)信息,是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的高精度全球參考框架。國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)所屬國(guó)際GNSS服務(wù)中心(IGS)適時(shí)向全球發(fā)布IGS全球參考框架產(chǎn)品,在建立區(qū)域地心坐標(biāo)參考框架等方面發(fā)揮重要作用。世界各國(guó)也相繼建立了國(guó)家和區(qū)域地心坐標(biāo)系統(tǒng),2008年,我國(guó)也建立并啟用了2000國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)(CGCS2000)。衛(wèi)星重力、衛(wèi)星測(cè)高和航空重力測(cè)量技術(shù)的廣泛應(yīng)用,促進(jìn)了傳統(tǒng)高程基準(zhǔn)向全球統(tǒng)一的垂直基準(zhǔn)方向發(fā)展。本書(shū)主要由兩部分構(gòu)成,第一部分介紹現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)的基礎(chǔ)理論(第2~8章),第二部分介紹現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)建立和維持的主要技術(shù)方法(第9~12章)。第1章,簡(jiǎn)要介紹大地測(cè)量基準(zhǔn)的內(nèi)容、作用、特點(diǎn)和進(jìn)展;第2章,介紹大地測(cè)量基準(zhǔn)基本概念和構(gòu)成;第3章,介紹天球參考系統(tǒng)與參考框架、地球參考系統(tǒng)與參考框架、參心大地坐標(biāo)系統(tǒng)和地心大地坐標(biāo)系統(tǒng),以及常用坐標(biāo)系統(tǒng)變換;第4章,介紹時(shí)間系統(tǒng)及其變換;第5章,介紹地球重力場(chǎng)基本概念和重力場(chǎng)邊值問(wèn)題,闡述地球重力場(chǎng)測(cè)量和逼近的基本原理與方法;第6章,介紹高程基準(zhǔn)與深度基準(zhǔn)的基本概念、理論及方法,重點(diǎn)闡述高精度重力(似)大地水準(zhǔn)面精化方法;第7章,介紹大地測(cè)量基準(zhǔn)的地球動(dòng)力學(xué)影響,討論了潮汐、地球極移與地心運(yùn)動(dòng)、板塊運(yùn)動(dòng)與冰后回彈及其對(duì)大地測(cè)量基準(zhǔn)的影響;第8章,介紹垂直參考系統(tǒng)與參考框架基本理論;第9章,介紹地球參考框架觀測(cè)技術(shù)、協(xié)議地球參考框架及實(shí)現(xiàn)方法;第10章,介紹了地心坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法與區(qū)域地心坐標(biāo)參考框架建立;第11章,介紹了地球參考框架基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行和維護(hù)、地球板塊運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建等;第12章,介紹高程基準(zhǔn)和重力基準(zhǔn)建立方法,討論高精度垂直參考框架構(gòu)建原理和一般方法。本書(shū)緊密結(jié)合現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)最新進(jìn)展,突出現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)動(dòng)態(tài)、地心、高精度等特點(diǎn),有關(guān)概念力求科學(xué)嚴(yán)密。本書(shū)第1章、第3章由黨亞民編寫(xiě),第2章由黨亞民、章傳銀、薛樹(shù)強(qiáng)編寫(xiě),第5章、第6章由章傳銀、晁定波編寫(xiě),第4章、第9章、第11章由黨亞民、薛樹(shù)強(qiáng)編寫(xiě),第7章、第8章由章傳銀、黨亞民編寫(xiě),第10章由張鵬、薛樹(shù)強(qiáng)編寫(xiě),第12章由章傳銀編寫(xiě)。陳俊勇院士對(duì)本書(shū)的編寫(xiě)給出了許多具體指導(dǎo)意見(jiàn),并審閱了全書(shū);楊元喜院士對(duì)本書(shū)的編寫(xiě)提出了許多寶貴建議;武漢大學(xué)姜衛(wèi)平教授、王正濤副教授,國(guó)家測(cè)繪地理信息局大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心郭春喜主任、王斌總工,對(duì)書(shū)中具體內(nèi)容提出了許多修改意見(jiàn);海軍大連艦艇學(xué)院許軍博士,國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心王凡博士,中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院柯寶貴博士、王偉博士、蔣濤博士參與了書(shū)稿的整理與校對(duì);中國(guó)地震局顧國(guó)華研究員百忙中抽時(shí)間審閱了全書(shū)。在此一并對(duì)這些專家和學(xué)者表示感謝。由于作者水平有限,書(shū)中錯(cuò)誤與不當(dāng)之處在所難免,誠(chéng)懇讀者批評(píng)指正。
黨亞民:多年來(lái)一直從事大地測(cè)量基礎(chǔ)理論、GPS數(shù)據(jù)處理和地球動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域的研究工作,作為主要攻關(guān)者和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,先后承擔(dān)過(guò)美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家測(cè)繪科技發(fā)展基金等多項(xiàng)國(guó)家或部級(jí)科研項(xiàng)目。近年在國(guó)內(nèi)外外公開(kāi)刊物發(fā)表論文60余篇。中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院大地所所長(zhǎng),研究員,博導(dǎo)。
第1章 緒 論 11.1 大地測(cè)量基準(zhǔn)的主要內(nèi)容 11.2 大地測(cè)量基準(zhǔn)的作用 21.3 現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)的特點(diǎn) 51.4 大地測(cè)量基準(zhǔn)進(jìn)展 6第一部分 現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)理論第2章 大地測(cè)量基準(zhǔn)概論 252.1 大地測(cè)量基準(zhǔn)概念 252.2 坐標(biāo)基準(zhǔn) 282.3 垂直基準(zhǔn) 32第3章 坐標(biāo)參考系統(tǒng)與參考框架 343.1 天球參考系統(tǒng)與參考框架 343.2 地球參考系統(tǒng) 433.3 協(xié)議地球參考框架 643.4 坐標(biāo)變換與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 74第4章 時(shí)間系統(tǒng) 884.1 時(shí)間系統(tǒng)的發(fā)展 884.2 時(shí)間系統(tǒng) 904.3 時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 954.4 高精度時(shí)間傳遞與統(tǒng)一技術(shù) 99第5章 地球重力場(chǎng)基本理論 1015.1 重力場(chǎng)基本概念 1015.2 地球橢球與正常重力場(chǎng) 1105.3 擾動(dòng)重力場(chǎng) 1175.4 重力場(chǎng)邊值問(wèn)題 1275.5 地球重力場(chǎng)觀測(cè) 1375.6 局部重力場(chǎng)逼近 147第6章 高程基準(zhǔn)與深度基準(zhǔn) 1526.1 基本概念 1526.2 高程系統(tǒng) 1536.3 高程基準(zhǔn) 1596.4 海潮與深度基準(zhǔn) 1616.5 重力(似)大地水準(zhǔn)面精化 175第7章 大地測(cè)量基準(zhǔn)地球動(dòng)力學(xué)影響 1957.1 固體潮與負(fù)荷潮 1957.2地球自轉(zhuǎn)與極移 2127.3 地球質(zhì)心變化 2267.4 板塊運(yùn)動(dòng)與冰后回彈 233第8章 垂直參考系統(tǒng)與參考框架 2398.1 垂直參考系統(tǒng) 2398.2 垂直參考框架 245第二部分 現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)建立與維持第9章 全球坐標(biāo)參考框架 2519.1 國(guó)際地球參考系統(tǒng)協(xié)議模型與約定 2519.2 單一技術(shù)建立地球參考框架 2599.3 多技術(shù)組合建立地球參考框架 267第10章 區(qū)域地心坐標(biāo)參考框架 27410.1 概述 27410.2 區(qū)域坐標(biāo)參考框架 27510.3 區(qū)域坐標(biāo)參考框架數(shù)據(jù)處理 27810.4 中國(guó)地心坐標(biāo)參考框架 283第11章 地球參考框架維持 28811.1 地球參考框架運(yùn)維與觀測(cè) 28811.2 板塊運(yùn)動(dòng)模型與速度場(chǎng) 29011.3 地球自轉(zhuǎn)與地心運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè) 29911.4 地球參考框架穩(wěn)定性分析 302第12章 垂直參考框架實(shí)現(xiàn) 30512.1 高程控制網(wǎng)與大地水準(zhǔn)面 30512.2 重力基本網(wǎng) 31112.3 垂直參考框架構(gòu)建技術(shù) 31612.4 垂直參考框架產(chǎn)品及應(yīng)用 327參考文獻(xiàn) 331