本書全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)理論及建立方法。全書包括現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)理論和現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)建立與維持兩部分內(nèi)容,分別對現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)的特點、大地測量基準(zhǔn)地球動力學(xué)影響因素、地球參考系統(tǒng)與參考框架、地球重力場基本理論、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。
本書可作為高等院校測繪類研究生教材,也可作大地測量、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。
大地測量基準(zhǔn)是為描述地球及其空間點位坐標(biāo)、高程、深度和重力而建立的一種度量體系和標(biāo)準(zhǔn)。大地測量基準(zhǔn)是大地測量學(xué)的重要內(nèi)容,也是精確測繪地理信息及其變化、監(jiān)測地球資源環(huán)境及全球變化的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)大地測量基準(zhǔn)不考慮板塊運動和地球形變等地球動力學(xué)效應(yīng)對地面點坐標(biāo)、高程和重力值的時變影響,難以滿足實時、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)星測高、衛(wèi)星激光測距(SLR)及甚長基線干涉測量(VLBI)等空間大地測量技術(shù)的廣泛應(yīng)用,給大地測量基準(zhǔn)理論和技術(shù)方法帶來了一系列變革,國際組織和世界各國相繼建立了基于空間大地測量技術(shù)的現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)。自1988年起,國際地球自轉(zhuǎn)與參考系統(tǒng)服務(wù)組織(IERS)負(fù)責(zé)構(gòu)建和維持國際地球參考框架(ITRF)、國際天球參考框架(ICRF)及兩者轉(zhuǎn)換所需的地球定向參數(shù)。2003年,國際大地測量協(xié)會(IAG)啟動全球大地測量觀測系統(tǒng)(GGOS)項目,旨在融合幾何大地測量、物理大地測量和地球定向等大地測量觀測信息,形成面向動態(tài)地球監(jiān)測服務(wù)和應(yīng)用的現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)和服務(wù)產(chǎn)品。國際地球參考框架綜合了多種空間大地測量觀測信息,是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的高精度全球參考框架。國際大地測量協(xié)會所屬國際GNSS服務(wù)中心(IGS)適時向全球發(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。世界各國也相繼建立了國家和區(qū)域地心坐標(biāo)系統(tǒng),2008年,我國也建立并啟用了2000國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)(CGCS2000)。衛(wèi)星重力、衛(wèi)星測高和航空重力測量技術(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。本書主要由兩部分構(gòu)成,第一部分介紹現(xiàn)代大地測量基準(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,簡要介紹大地測量基準(zhǔn)的內(nèi)容、作用、特點和進(jìn)展;第2章,介紹大地測量基準(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,介紹時間系統(tǒng)及其變換;第5章,介紹地球重力場基本概念和重力場邊值問題,闡述地球重力場測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,介紹大地測量基準(zhǔn)的地球動力學(xué)影響,討論了潮汐、地球極移與地心運動、板塊運動與冰后回彈及其對大地測量基準(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技術(shù)、協(xié)議地球參考框架及實現(xiàn)方法;第10章,介紹了地心坐標(biāo)系統(tǒng)實現(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)施運行和維護(hù)、地球板塊運動模型構(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。本書緊密結(jié)合現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)最新進(jìn)展,突出現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)動態(tài)、地心、高精度等特點,有關(guān)概念力求科學(xué)嚴(yán)密。本書第1章、第3章由黨亞民編寫,第2章由黨亞民、章傳銀、薛樹強(qiáng)編寫,第5章、第6章由章傳銀、晁定波編寫,第4章、第9章、第11章由黨亞民、薛樹強(qiáng)編寫,第7章、第8章由章傳銀、黨亞民編寫,第10章由張鵬、薛樹強(qiáng)編寫,第12章由章傳銀編寫。陳俊勇院士對本書的編寫給出了許多具體指導(dǎo)意見,并審閱了全書;楊元喜院士對本書的編寫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,國家測繪地理信息局大地測量數(shù)據(jù)處理中心郭春喜主任、王斌總工,對書中具體內(nèi)容提出了許多修改意見;海軍大連艦艇學(xué)院許軍博士,國家基礎(chǔ)地理信息中心王凡博士,中國測繪科學(xué)研究院柯寶貴博士、王偉博士、蔣濤博士參與了書稿的整理與校對;中國地震局顧國華研究員百忙中抽時間審閱了全書。在此一并對這些專家和學(xué)者表示感謝。由于作者水平有限,書中錯誤與不當(dāng)之處在所難免,誠懇讀者批評指正。
黨亞民:多年來一直從事大地測量基礎(chǔ)理論、GPS數(shù)據(jù)處理和地球動力學(xué)等領(lǐng)域的研究工作,作為主要攻關(guān)者和項目負(fù)責(zé)人,先后承擔(dān)過美國國家自然科學(xué)基金、中國國家自然科學(xué)基金、國家測繪科技發(fā)展基金等多項國家或部級科研項目。近年在國內(nèi)外外公開刊物發(fā)表論文60余篇。中國測繪科學(xué)研究院大地所所長,研究員,博導(dǎo)。
第1章 緒 論 11.1 大地測量基準(zhǔn)的主要內(nèi)容 11.2 大地測量基準(zhǔn)的作用 21.3 現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)的特點 51.4 大地測量基準(zhǔn)進(jìn)展 6第一部分 現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)理論第2章 大地測量基準(zhǔn)概論 252.1 大地測量基準(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 時間系統(tǒng) 884.1 時間系統(tǒng)的發(fā)展 884.2 時間系統(tǒng) 904.3 時間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 954.4 高精度時間傳遞與統(tǒng)一技術(shù) 99第5章 地球重力場基本理論 1015.1 重力場基本概念 1015.2 地球橢球與正常重力場 1105.3 擾動重力場 1175.4 重力場邊值問題 1275.5 地球重力場觀測 1375.6 局部重力場逼近 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 大地測量基準(zhǔn)地球動力學(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 板塊運動與冰后回彈 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)代大地測量基準(zhǔn)建立與維持第9章 全球坐標(biāo)參考框架 2519.1 國際地球參考系統(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 地球參考框架運維與觀測 28811.2 板塊運動模型與速度場 29011.3 地球自轉(zhuǎn)與地心運動監(jiān)測 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