大地测量学的简史

大地测量学的简史

1683～1718年，法国卡西尼父子（G.D.Cassini和J.Cassini）在通过巴黎的子午圈上用三角测量法测量弧幅达8°20’的弧长，推算出地球椭球的长半轴和扁率。由于天文纬度观测没有达到必要的精度，加之两个弧段相近，以致得出了负的扁率值，即地球形状是两极伸长的椭球，与惠更斯根据力学定律作出的推断正好相反。为了解决这一疑问，法国科学院于1735年派遣两个测量队分别赴高纬度地区拉普兰（位于瑞典和芬兰的边界上）和近赤道地区秘鲁进行子午弧度测量，全部工作于1744年结束。两处的测量结果证实纬度愈高，每度子午弧愈长，即地球形状是两极略扁的椭球。至此，关于地球形状的物理学论断得到了弧度测量结果的有力支持。
另一个著名的弧度测量是J.B.J.德朗布尔于1792～1798年间进行的弧幅达9°40’的法国子午弧的测量。由这个新子午弧和1735～1744年间测量的秘鲁子午弧的数据，推算了子午圈一象限的弧长，取其千万分之一作为长度单位，命名为一米。这是米制的起源。
从18世纪起，继法国之后，一些欧洲国家也都先后开展了弧度测量工作，并把布设方式由沿子午线方向发展为纵横交叉的三角锁或三角网。这种工作不再称为弧度测量，而称为天文大地测量。中国清代康熙年间（1708～1718）为编制《皇舆全览图》，曾实施大规模的天文大地测量。在这次测量中，也证实高纬度的每度子午弧比低纬度的每度子午弧长。另外，清代康熙皇帝还决定以每度子午弧长为200里来确定里的长度。 19世纪起，许多国家都开展全国天文大地测量工作，其目的并不仅是为求定地球椭球的大小，更主要的是为测制全国地形图提供大量地面点的精确几何位置。这就推动了几何大地测量的发展。
①为了检校天文大地测量的大量观测数据，求出最可靠的结果和评定观测精度，法国A.一M.勒让德于1806年首次发表最小二乘法的理论。事实上，德国数学家和大地测量学家C.F.高斯在1794年已经应用这一理论推算小行星的轨道，此后又用最小二乘法处理天文大地测量成果，把它发展到相当完善的程度，形成测量平差法，至今仍广泛应用于大地测量。
②椭球面上三角形的解算和大地坐标的推算，高斯于1828年在其著作《曲面通论》中提出椭球面三角形的解法。关于大地坐标的推算，许多学者提出了多种公式，高斯于1822年发表椭球面投影到平面上的正形投影法，这是大地坐标换算成平面坐标的最佳方法，至今仍在广泛应用。
③利用天文学大地测量成果推算地球椭球长半轴和扁率，德国F.R.赫尔墨特提出在天文大地网中所有天文点的垂线偏差平方和为最小的条件下，解算与区域大地水准面最佳拟合的椭球参数及其在地球体中定位的方法。以后这一方法被称为面积法。 卫星测高已成为确定高分辨率全球海洋大地水准面的最廉价有效的手段，GPS也成为海洋导航定位的主要工具，定位精度比传统的天文导航和无线电导航精度提高1～2个数量级，多波束声呐测深相对精度已达到或接近111000。海底大地控制网和海底地形测量的规模和精度在不断提高。