研究和測定地球形體、地球重力場和地面點幾何位置及其隨時間變化的學科。是測繪學的分支學科。
測定地球的形體（形狀和大?。?，指測定代表地球形體的地球橢球的形狀（扁率）和大小（軸長）。
地球橢球是一個最接近全球大地水準面的旋轉(zhuǎn)橢球，地球形狀又指與其更接近的大地水準面的形狀。大地水準面是與平均海面最接近的重力等位面。地球的真正形狀包括陸地地形和大地水準面起伏。
測定地面點的幾何位置，指測定以地球橢球面為參考的地面點的位置。將地面點沿法線方向投影于地球橢球面上，用投影點在橢球面上的大地緯度和大地經(jīng)度表示該點的水平位置，用地面點至投影點的法線距離表示該點的大地高程；也指測定地面點在一個以地球質(zhì)心為原點的空間直角坐標系中的三維坐標。
測定地球重力場，指測定地面點或地外空間點重力場的場量，包括重力值、大地水準高、垂線偏差和重力梯度等。
以上大地測量活動按一定時間間隔重復進行，就是測定各自隨時間的變化。
大地測量工作為大規(guī)模測制地形圖提供地面的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，為用重力勘探地下礦藏提供重力控制點，為發(fā)射人造地球衛(wèi)星、導彈和各種航天器提供地面站的精確坐標和地球重力場數(shù)據(jù)。
1.研究內(nèi)容
經(jīng)典大地測量學采用兩種方法：幾何法和物理法。20世紀50年代末人造地球衛(wèi)星的出現(xiàn)，又產(chǎn)生了衛(wèi)星法。
幾何法基于幾何學原理，用天文大地測量方法測定地球橢球的形狀和大小，并以它的表面為參考面推算地面點的幾何位置。
物理法根據(jù)重力場的物理學理論，即位理論，用重力測量數(shù)據(jù)結(jié)合天文和水準測量數(shù)據(jù)求解確定地球形狀，包括地球橢球形狀、大地水準面起伏或地球真正形狀。
衛(wèi)星法是利用衛(wèi)星在地球引力場中的軌道運動，從整個地球表面及其外部空間的跟蹤站，觀測衛(wèi)星瞬間位置的方向、距離或距離差，用于解算地球的幾何參數(shù)、重力場參數(shù)及待定點相對于地球質(zhì)心的幾何位置。
現(xiàn)代大地測量學綜合利用幾何法、物理法和衛(wèi)星法，以求得大地測量學各種問題的最佳解決。
同時，還發(fā)展了海洋大地測量，形成動力大地測量，擴大和增強了大地測量學研究和獲取地球幾何和物理信息的能力。
2.簡史
大致經(jīng)過如下幾個階段。
2.1.萌芽階段
17世紀以前，大地測量學處于萌芽狀態(tài)。公元前3世紀，埃拉托色尼首先應用幾何學中圓周上一段弧的長度、對應的中心角同圓半徑的關(guān)系，計算地球的半徑長度。公元724年，中國唐代的南宮說等人在張遂（一行）的指導下，首次在今河南省境內(nèi)實測一條長約300千米的子午弧。其他國家也進行過類似的工作。但當時測量工具簡陋、技術(shù)粗糙，所得結(jié)果精度不高，只是測量地球大小的嘗試。
本初子午線
2.2.大地測量學形成
1687年牛頓發(fā)表萬有引力定律之后，1690年荷蘭C.惠更斯在其著作《論重力起因》中，根據(jù)地球表面的重力值從赤道向兩極增加的規(guī)律，得出地球的外形為兩極略扁的扁球體論斷。
1743年法國A.-C.克萊羅發(fā)表《地球形狀理論》，進一步給出由重力數(shù)據(jù)和地球自轉(zhuǎn)角速度確定地球扁率的克萊羅定理。
此外，17世紀初，荷蘭的W.斯涅耳首創(chuàng)三角測量。
隨后望遠鏡、測微器、水準器等發(fā)明，測量儀器精度大幅度提高，為大地測量學的發(fā)展奠定技術(shù)基礎。
17世紀末，大地測量學形成至衛(wèi)星大地測量的出現(xiàn)，這一階段的大地測量學通常稱為經(jīng)典大地測量學。主要標志是以地面角、測距、水準測量和重力測量為技術(shù)手段解決陸地區(qū)域性大地測量問題?；《葴y量、三角測量、幾何高程測量以及橢球面大地測量理論的發(fā)展，形成幾何大地測量學；建立了重力場的位理論并發(fā)展了地面重力測量，形成物理大地測量學。
2.3.弧度測量
1683 1718年，法國卡西尼父子（G.D.Cassini和J.Cassini）在通過巴黎的子午圈上用三角測量法測量弧幅達8 20′的弧長，推算出地球橢球的長半軸和扁率。由于天文緯度觀測沒有達到必要的精度，加之兩個弧段相近，以致得出了負的扁率值，即地球形狀是兩極伸長的橢球，與惠更斯根據(jù)力學定律作出的推斷正好相反。
為了解決這一疑問，法國科學院于1735年派遣兩個測量隊分別赴高緯度地區(qū)拉普蘭（位于瑞典和芬蘭的邊界上）和近赤道地區(qū)秘魯進行子午弧度測量，全部工作于1744年結(jié)束。兩處的測量結(jié)果證實緯度愈高，每度子午弧愈長，即地球形狀是兩極略扁的橢球。至此，關(guān)于地球形狀的物理學論斷得到了弧度測量結(jié)果的有力支持。
另一個著名的弧度測量是J.B.J.德朗布爾于1792 1798年間進行的弧幅達9 40′的法國子午弧的測量。由這個新子午弧和1735 1744年間測量的秘魯子午弧的數(shù)據(jù)，推算了子午圈一象限的弧長，取其千萬分之一作為長度單位，命名為一米。這是米制的起源。
從18世紀起，繼法國之后，一些歐洲國家也都先后開展了弧度測量工作，并把布設方式由沿子午線方向發(fā)展為縱橫交叉的三角鎖或三角網(wǎng)。這種工作不再稱為弧度測量，而稱為天文大地測量。
中國清代康熙年間（1708 1718）為編制《皇輿全覽圖》，曾實施大規(guī)模的天文大地測量。在這次測量中，也證實高緯度的每度子午弧比低緯度的每度子午弧長。另外，清代康熙皇帝還決定以每度子午弧長為200里來確定里的長度。
2.4.幾何大地測量
19世紀起，許多國家都開展全國天文大地測量工作，其目的并不僅是為求定地球橢球的大小，更主要的是為測制全國地形圖提供大量地面點的精確幾何位置。這就推動了幾何大地測量的發(fā)展。
①為了檢校天文大地測量的大量觀測數(shù)據(jù)，求出最可靠的結(jié)果和評定觀精度，法國A.-M.勒讓德于1806年首次發(fā)表最小二乘法的理論。事實上，德國數(shù)學家和大地測量學家C.F.高斯在1794年已經(jīng)應用這一理論推算小行星的軌道，此后又用最小二乘法處理天文大地測量成果，把它發(fā)展到相當完善的程度，形成測量平差法，至今仍廣泛應用于大地測量。
②橢球面上三角形的解算和大地坐標的推算，高斯于1828年在其著作《曲面通論》中提出橢球面三角形的解法。關(guān)于大地坐標的推算，許多學者提出了多種公式，高斯于1822年發(fā)表橢球面投影到平面上的正形投影法，這是大地坐標換算成平面坐標的最佳方法，至今仍在廣泛應用。
③利用天文學大地測量成果推算地球橢球長半軸和扁率，德國F.R.赫爾墨特提出在天文大地網(wǎng)中所有天文點的垂線偏差平方和為最小的條件下，解算與區(qū)域大地水準面最佳擬合的橢球參數(shù)及其在地球體中定位的方法。以后這一方法被稱為面積法。
2.5.物理大地測量
自1743年克萊羅發(fā)表了《地球形狀理論》之后，物理大地測量的最重要發(fā)展是1849年英國的G.G.斯托克斯提出的斯托克斯定理。根據(jù)這一定理，可以利用地面重力測量結(jié)果研究大地水準面形狀。但它要求首先將地面重力測量結(jié)果歸算到大地水準面上，由于地殼密度未知，這種歸算不能嚴格實現(xiàn)。盡管如此，斯托克斯定理還是推動了大地水準面形狀的研究工作。
大約100年后，蘇聯(lián)的M.S.莫洛堅斯基于1945年提出莫洛堅斯基理論，它不需任何歸算，便可以直接利用地面重力測量數(shù)據(jù)嚴格地求定地面點到參考橢球面的距離（大地高程)。它避開了理論上無法嚴格求定的大地水準面，直接求定地面點的大地高程。
利用這種高程，可把大地測量的地面觀測值準確地歸算到橢球面上，使天文大地測量的成果處理不因歸算不準確而帶來誤差。伴隨著莫洛堅斯基理論產(chǎn)生的天文重力水準測量方法和正常高系統(tǒng)已被許多國家采用。這是在衛(wèi)星重力測量技術(shù)出現(xiàn)以前，由地面重力量研究地球形狀和確定地球重力場的理論和方法，稱為經(jīng)典物理大地測量。
2.6.現(xiàn)代大地測量
經(jīng)典大地測量由于其主要測量技術(shù)手段（測角和測邊）和方法本身的局限性，測量精度已近極限，測量范圍也難于達到占地球面積70％的海洋和陸地自然條件惡劣的地區(qū)（高原、沙漠和原始森林等）。
1957年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功后，利用人造衛(wèi)星進行大地測量成為主要技術(shù)手段，從此發(fā)展到現(xiàn)代大地測量。其標志是產(chǎn)生衛(wèi)星大地測量，突破了米級測量精度，從區(qū)域性相對大地測量發(fā)展到全球的大地測量，從測量靜態(tài)地球發(fā)展到可測量地球的動力學效應。
2.7.衛(wèi)星大地測量
1966年美國的W.M.考拉發(fā)表《衛(wèi)星大地測量理論》一書，為衛(wèi)星大地測量的發(fā)展奠定基礎。同時，對衛(wèi)星跟蹤觀測定軌技術(shù)得到迅速發(fā)展，從照相觀測發(fā)展到衛(wèi)星激光測距（SLR）和衛(wèi)星多普勒觀測。
20世紀70年代美國首先建立衛(wèi)星多普勒導航定位系統(tǒng)，根據(jù)精密測定的衛(wèi)星軌道根數(shù)，能夠以 1米或更高的精度測定任一地面點在全球大地坐標系中的地心坐標；90年代美國又發(fā)展了新一代導航定位系統(tǒng)，即全球定位系統(tǒng)（GPS），以其廉價、方便、全天候的優(yōu)勢迅速在全球普及，成為大地測量定位的常規(guī)技術(shù)。俄羅斯發(fā)展了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS），歐洲正在啟動伽利略全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)（Galileo）。
衛(wèi)星大地測量不僅廣泛用于高精度測定地面點的位置，還用于確定全球重力場，并形成一門新的大地測量分支，即衛(wèi)星重力學。
2.8.衛(wèi)星重力測量
衛(wèi)星激光測距對衛(wèi)星的跟蹤測量可以精確測定衛(wèi)星軌道的攝動，當分離出占攝動主要部分的地球引力攝動，由此推算地球引力位球諧展開的低階位系數(shù)。
20世紀70年代開始衛(wèi)星雷達測高，后又研制和發(fā)展了多代衛(wèi)星測高系統(tǒng)，用于精確測定平均海面的大地高，確定海洋大地水準面，并反求海洋重力異常，分辨率優(yōu)于10千米，精度優(yōu)于分米級。
2.9.動力大地測量
SLR和甚長基線干涉測量（VLBI），可以厘米級或更優(yōu)的精度監(jiān)測板塊的運動速率、極移和地球自轉(zhuǎn)速率的變化。GPS更能以毫米級精度測定板塊內(nèi)地塊的相對運動及地殼形變，還廣泛用于監(jiān)測斷層和地震活動、極地冰原和陸地冰川的運動和變化以及冰后回彈現(xiàn)象。
2.10.海洋大地測量
衛(wèi)星測高已成為確定高分辨率全球海洋大地水準面的最廉價有效的手段，GPS也成為海洋導定位的主要工具，定位精度比傳統(tǒng)的天文導航和無線電導航精度提高1 2個數(shù)量級，多波束聲吶測深相對精度已達到或接近1/1000。海底大地控制網(wǎng)和海底地形測量的規(guī)模和精度在不斷提高。
摘自：《中國大百科全書（第2版）》第4冊，中國大百科全書出版社，2009年
