大地测量学:“哪里”的数学

什么是大地测量?

为什么大地测量学是所有制图和导航背后的框架?

大地测量学研究地球过去、现在和未来的形状、方向和位置。它还可以极其准确地研究事物的位置和发展方向。例如,大地测量仪测量:

  • 东西在哪里
  • 他们去过的地方
  • 他们要去哪里

几何大地测量学中,它通过大地基准和坐标系了解地球的定位。

另一方面,物理大地测量学与地球的引力场和大地水准面有关。

继续阅读以了解大地测量学如何成为所有地图绘制和导航背后的框架。

俯视一口深井

人类一直对我们生活的星球充满好奇。实际上,大地测量学可以追溯到公元前 200 年,当时埃拉托色尼 (Eratosthenes) 开始在两个城市测量太阳的角度。

第一城内,太阳就在一口深井的正上方。但是在北方的城市里,太阳在井里投下了阴影。他测量了北城影子的角度,以及两座城池之间的距离。

使用这些测量值,他用数学方法估算了地球的周长。就在这一刻,大地测量学诞生了。

这段由 NASA 制作的大地测量视频给出了这个概念的一个更清晰的例子。

美国宇航局 |俯视一口井:大地测量学简史

万物的框架“在哪里”

仔细想想,整个测绘学领域都落在了大地测量学家的肩上。因为真正的大地测量学是所有测量、制图和导航背后的框架。

不久前,测量员会在他们的前后进行测量。使用这个由点、三角测量和星星组成的系统作为参考点,我们可以可靠地将其用作参考框架来定位位置。大地测量学家采用椭球体模型来确定纬度和经度坐标

实际上,国家大地测量局管理的国家空间参考系统是所有水平控制的基础,如经度、纬度、SPCS 和高度。它是用于绘制海岸线图和确定法律边界的参考系统。

随着时间的推移,大地测量学家开始使用射电天线、望远镜和卫星。例如,世界大地测量系统 WGS84是卫星接收器的参考系。与NAD83不同,重要的是要注意 WGS84 是地心基准。

现在,大地测量学家使用 GPS 来确定陆地上的位置。除此之外,GPS 卫星还可以跟踪陆地的运动。事实上, 2022 年及以后的坐标系将包含时间。这包括板块构造运动、重力和大地水准面起伏,以及它们如何随时间变化。

地球的自转和重力

国际地球自转和参考系统服务 (IERS)负责地球自转动力学。地球在它的轴上摆动吗?它的日子有多长?有板块构造运动吗?

现在,该组织不实际测量任何东西,但他们从 NOAA 和加拿大自然资源部等组织收集数据。通过与这些伙伴团体合作,IERS 制作了国际地球参考系统,它更多地是关于地球如何运动的物理学。

除了地球的自转之外,大地测量学还研究地球的重力场。 GOCEGRACE等卫星已绕地球运行,以使用大地水准面模型研究地球不断变化的大小和引力。

大地水准面表示平均海平面或等势面。但是,不仅是水,还包括土地。在理解重力方面有数百种应用,包括海洋和冰原高度和大小的变化,以及潮汐如何运作。

浅尝辄止

正如您今天所发现的,大地测量学领域为地球上的所有位置和测量构建了框架。

它是应用数学的一个分支,决定了地球表面的大小、形状和坐标。

但大地测量学还包括其他元素,如地球的引力场和自转。

你打算成为大地测量师吗?您对大地测量学领域有何看法?

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