측지학의 발전은 어떤 단계를 거쳤나요? 각 단계의 주요 기여와 획기적인 성과를 설명하세요.

태아 단계

17세기 이전에는 측지학이 초기 단계에 있었습니다. 기원전 3세기에 에라토스테네스는 원호의 길이와 그에 상응하는 중심각, 원의 반지름 사이의 관계를 기하학에 적용하여 지구의 반지름을 계산했습니다. 서기 724년, 중국 당나라 난공석 등은 장수(및 그의 일행)의 지도 아래 현재의 허난 성에서 처음으로 약 300km 길이의 자오선을 측정했습니다. 다른 나라에서도 비슷한 노력이 이루어졌습니다. 하지만 당시에는 측정 도구가 단순하고 기술이 거칠어 결과의 정확도가 높지 않았습니다. 단지 지구의 크기를 측정하려는 시도에 불과했습니다.

측지학의 형성

I. Newton이 1687년 만유인력의 법칙을 발표한 후, 1690년 네덜란드 C. Huygens가 그의 저서 "중력의 기원"에서 지구 표면의 특성에 근거하여 적도에서 극으로 갈수록 중력값이 증가한다는 법칙을 통해 지구의 모양은 극이 약간 편평해진 편구체라는 결론에 이르게 됩니다. 1743년 프랑스의 A. C. Clairo는 "지구 모양 이론"을 출판했는데, 이 이론은 중력 데이터와 지구의 자전 각속도를 기반으로 지구의 편평도를 결정하는 Clairo의 정리를 추가로 제공했습니다. 또한 17세기 초에는 네덜란드의 W. Snell이 삼각측량을 개척했습니다. 이후 망원경, 마이크로미터, 수준기 등의 발명으로 측량기의 정확도가 크게 향상되어 측지학 발전의 기술적 기반이 마련되었습니다. 17세기말 측지학의 형성부터 위성측지학의 등장까지 이 단계의 측지학을 흔히 고전측지학이라 부른다. 주요 기호는 토지 지역 측지 문제를 해결하기 위한 기술적 수단으로 지면 각도 측정, 거리 측정, 레벨링 측정 및 중력 측정을 사용하는 것입니다. 라디안 측정, 삼각 측량, 기하 고도 측정 및 타원체 측지 이론의 발전으로 기하 측지학이 형성되었고 중력장의 위치 이론이 확립되었으며 지상 중력 측정이 발전되어 물리적 측지학이 형성되었습니다.

호 측정

1683년부터 1718년까지 프랑스 카시니 아버지와 아들(G.D. 카시니와 J. 카시니)은 삼각측량을 사용하여 파리를 통과하는 자오선의 호 진폭을 측정했습니다. 호 길이 °20'은 지구 타원체의 장반경과 편평도를 계산하는 데 사용됩니다. 천문 위도 관측이 필요한 정확도에 도달하지 못했고 두 개의 호 세그먼트가 유사했기 때문에 음의 편평도 값이 얻어졌습니다. 즉, 지구의 모양은 호이겐스의 것과 정반대인 길쭉한 극을 가진 타원체입니다. 역학 법칙에 기초한 추론. 이 문제를 해결하기 위해 프랑스 과학원은 1735년에 고위도 라플란드(스웨덴과 핀란드 국경에 위치)와 적도 부근의 페루에 두 개의 측량팀을 파견하여 자오선 측정을 실시했고, 모든 작업은 1744년에 완료되었습니다. . 두 곳에서 측정한 결과 위도가 높을수록 각 도의 자오선 호가 길어지는 것, 즉 지구의 모양은 극이 약간 편평한 타원체임을 확인했다. 이 시점에서 지구의 모양에 대한 물리적 주장은 라디안 측정에 의해 강력하게 뒷받침되었습니다.

또 다른 유명한 호 측정은 J.B.J. Delambre가 1792년에서 1798년 사이에 수행한 호 폭 9°40'의 프랑스 자오선 호 측정입니다. 이 새로운 자오선과 1735년부터 1744년 사이에 측정된 페루 자오선의 데이터로부터 자오선 1사분면의 호 길이를 계산하고, 그 중 천만분의 1을 길이의 단위로 삼아 1미터라고 명명했다. 이것이 미터법의 기원이다.

18세기부터 프랑스에 이어 일부 유럽 국가에서도 호 측정 작업을 진행해 자오선 방향을 따라 십자형 삼각 자물쇠나 삼각망으로 배치하는 방법을 발전시켰다. 이런 종류의 작업을 더 이상 라디안 측량이라고 부르지 않고 천문 측지학이라고 부릅니다. 중국 청나라 강희시대(1708~1718)에는 '제국지도'를 편찬하기 위해 대규모 천문측지 측량을 실시했다. 이번 측정에서는 고위도 지역의 1도당 자오선이 저위도 지역의 1도당 자오선보다 긴 것도 확인됐다. 또한 청나라 강희제(康熙帝)도 자오선의 각 도의 길이를 200마일로 하여 1마일의 길이를 정하기로 결정하였다.

기하 측지학

19세기 이래로 많은 국가에서 국가 천문 측지학 작업을 수행해 왔습니다. 그 목적은 지구의 타원체 크기를 결정하는 것뿐만 아니라 더 중요한 것입니다. 조사된 국가 지형도는 수많은 지상 지점의 정확한 기하학적 위치를 제공합니다. 이는 기하학적 측지학의 발전을 촉진했습니다.

① 천문 측지학의 방대한 관측 데이터를 확인하고 가장 신뢰할 수 있는 결과를 얻고 관측 정확도를 평가하기 위해 프랑스의 A.M. Legendre는 1806년에 최소 제곱법 이론을 처음 발표했습니다. 실제로 독일의 수학자이자 측지학자인 C.F. Gauss는 이미 1794년에 소행성의 궤도를 계산하기 위해 이 이론을 적용했습니다. 그 후 그는 최소 제곱법을 사용하여 천문 측지 결과를 처리하고 이를 상당히 완전한 수준으로 발전시켜 측정값을 형성했습니다. 조정 방법은 측지 측량에 여전히 널리 사용됩니다.

② 타원체 표면의 삼각형을 풀고 측지 좌표를 계산하기 위해 가우스는 1828년 그의 저서 "표면의 일반 이론"에서 타원체 표면의 삼각형의 해를 제안했습니다. 측지좌표 계산과 관련하여 많은 학자들이 1822년에 가우스(Gauss)가 타원체를 평면에 투영하는 등각 투영법을 발표했는데, 이는 측지 좌표를 평면 좌표로 변환하는 가장 좋은 방법으로 오늘날에도 널리 사용되고 있습니다.

③천문측지측량 결과를 이용하여 지구 타원체의 장반경과 편평도를 계산한 독일 F.R. 헬무트는 천문측지망에 있는 모든 천문점의 수직선의 제곱편차의 합이 , 지역 지오이드와 지구 본체에서의 위치에 가장 잘 맞는 타원체 매개변수를 해결하는 방법입니다.

이 방법을 앞으로는 면적법이라고 부르겠습니다.

물리적 측지학

1743년 클레로가 "지구의 모양에 관한 이론"을 출판한 이후 물리적 측지학의 가장 중요한 발전은 1849년 영국의 G.G. 스톡스(Stokes)에 의해 제안되었습니다. 정리. 이 정리에 따르면 지오이드 모양은 지상 중력 측정을 사용하여 연구될 수 있습니다. 그러나 지표 중력 측정 결과를 먼저 지오이드로 축소해야 합니다. 지각의 밀도를 알 수 없기 때문에 이 계산을 엄격하게 구현할 수는 없습니다. 그럼에도 불구하고 스톡스의 정리는 지오이드의 형태에 대한 연구에 박차를 가했습니다. 약 100년 후, 소련의 M.S. Molodensky는 1945년에 Molodensky 이론을 제안했습니다. 이는 지상 중력 측정 데이터를 직접 사용하여 지표면에서 기준 타원체까지의 거리를 어떠한 감소도 없이 엄격하게 결정할 수 있습니다. 이론적으로 엄밀하게 결정할 수 없는 지오이드를 피하고 지상 지점의 측지 표고를 직접 결정합니다. 이 표고를 이용하면 측지 지상관측값을 타원체 표면에 정확하게 계산할 수 있어 부정확한 계산으로 인한 오류 없이 천문측지 결과를 처리할 수 있다. Molodensky의 이론에서 비롯된 천문학적 중력 평준화 방법과 정상 고 시스템은 많은 국가에서 채택되었습니다. 이는 고전 물리 측지학이라 불리는 위성 중력 측정 기술이 등장하기 이전에 지상 중력 측정을 통해 지구의 형상을 연구하고 지구의 중력장을 결정하는 이론과 방법이다.

현대 측지학

주요 측정 기술(각도 측정 및 모서리 측정)과 방법 자체의 한계로 인해 기존 측지학의 측정 ​​정확도는 한계에 가깝습니다. 측정 범위도 지구 면적의 70%를 차지하는 바다와 육지의 열악한 자연 조건(고원, 사막, 원시림 등)에 도달하기 어렵습니다. 1957년 최초의 인공지구위성 발사에 성공한 이후 측지측량을 위한 인공위성의 활용이 주요 기술적 수단이 되었고, 이후 현대 측지측량으로 발전하였다. 그 상징은 미터 수준의 측정 정확도를 돌파하고 지역 상대 측지학에서 전역 측지학으로 발전하며 정적 지구 측정에서 측정 가능한 지구의 동적 효과로 발전하는 위성 측지학의 출현입니다.

위성 측지학

1966년 미국의 W.M. 코알라(W.M. Koala)가 『위성 측지학 이론』이라는 책을 출간하여 위성 측지학 발전의 초석을 다졌습니다. 동시에 위성 추적, 관측 및 궤도 결정 기술은 사진 관측에서부터 위성 레이저 거리 측정(8LR) 및 위성 도플러 관측에 이르기까지 빠르게 발전했습니다. 1970년대 미국은 처음으로 위성 도플러 항법 및 측위 시스템을 구축했습니다. 정밀하게 측정된 위성 궤도 번호를 기반으로 지구 측지 좌표계의 모든 지상 지점의 지구 중심 좌표를 1미터 이상의 정확도로 결정할 수 있습니다. 1990년대 미국은 저렴하고 편리하며 전천후라는 장점을 지닌 차세대 항법 및 위치 확인 시스템인 GPS(Global Positioning System)를 개발하여 빠르게 전 세계적으로 인기를 끌었습니다. 측지 측위를 위한 기존 기술입니다. 러시아는 GLONASS(Global Navigation Satellite System)를 개발했으며, 유럽은 Galileo Global Satellite Navigation and Positioning System(Galileo)을 출시했습니다. 위성 측지학은 고정밀도로 지상 지점의 위치를 ​​결정하는 데 널리 사용될 뿐만 아니라 지구 중력장을 결정하고 측지학의 새로운 분야, 즉 위성 중력을 형성하는 데에도 널리 사용됩니다.

위성 중력 측정

위성 레이저 측위는 위성 궤도 섭동을 정확하게 측정할 수 있으며, 섭동의 주요 부분을 차지하는 지구의 중력 섭동을 분리하면 이를 통해 지구 중력 전위의 구형 조화 확장의 저차 전위 계수입니다. 위성 레이더 고도계는 1970년대에 시작되었으며 이후 세대의 위성 고도계 시스템이 개발되어 평균 해수면의 측지 높이를 정확하게 측정하고 해양 지오이드를 결정하며 해양 중력 이상을 역으로 결정하는 데 사용되었습니다(해상도 10km 이상). , 정확도는 데시미터 수준보다 낫습니다.

동적 측지학

SLR 및 VLBI(초장기선 간섭계)는 판 이동 속도, 극 운동 및 지구 자전 속도 변화를 센티미터 수준 이상의 정확도로 모니터링할 수 있습니다. GPS는 또한 밀리미터 수준의 정확도로 판 내 블록의 상대적 이동과 지각 변형을 측정할 수 있으며, 단층 및 지진 활동, 극지 빙상과 육지 빙하의 이동 및 변화, 빙하 후 반동 현상을 모니터링하는 데에도 널리 사용됩니다. .

해양 측지학

위성 고도계는 고해상도의 전 세계 해양 지오이드를 결정하는 가장 저렴하고 효과적인 수단이 되었습니다. 또한 GPS는 해양 항법 및 측위를 위한 주요 도구가 되었습니다. 위치 정확도는 전통적인 천문 항법 및 무선 항법보다 1~2배 더 높으며 다중 빔 소나 측심의 상대 정확도는 111,000에 도달하거나 이에 가깝습니다. 해저 측지 제어 네트워크와 해저 지형 조사의 규모와 정확성은 지속적으로 향상되고 있습니다.

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