李建成

a School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China

b Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy, Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China

大地測量學(xué)是指在一定的時間與空間參考系中，精確地測定地球的形狀大小、地球重力場及其隨時間的變化、地面點(diǎn)的幾何位置，為人類活動提供關(guān)于地球的空間信息的一門學(xué)科。太陽系中其他行星的形狀和重力場等屬性也是大地測量學(xué)家的重要研究對象。傳統(tǒng)意義上的大地測量學(xué)研究主要由三個分支組成：地球重力場、地球動力學(xué)以及地球自轉(zhuǎn)。這三大分支彼此之間相互聯(lián)系，并共同受到地球系統(tǒng)動態(tài)變化的影響。

近年來，隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）、衛(wèi)星激光測距（SLR）、低軌衛(wèi)星（LEO）、合成孔徑雷達(dá)干涉測量（InSAR）、甚長基線干涉（VLBI）等空間大地測量技術(shù)的出現(xiàn)以及計算機(jī)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，大地測量學(xué)正在經(jīng)歷革命性的變化，其理論方法、觀測技術(shù)以及應(yīng)用服務(wù)均發(fā)生了根本性的改變。與此同時，大地測量學(xué)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代科學(xué)與社會的發(fā)展對大地測量學(xué)提出了更高的要求，希冀其能提供精度更高、范圍更廣、更新頻率更快的服務(wù)與產(chǎn)品。幸運(yùn)的是，上述空間測量技術(shù)使得大地測量學(xué)克服了傳統(tǒng)經(jīng)典大地測量學(xué)的時空局限，能夠以更高的時空分辨率、更高的精度以及更低的延遲來觀測地球的形狀大小、旋轉(zhuǎn)以及重力場的變化。目前，大地測量學(xué)不僅是地球科學(xué)的重要分支，同時也深深地滲透到了現(xiàn)代社會的生產(chǎn)、生活以及各種經(jīng)濟(jì)活動當(dāng)中，如生產(chǎn)過程監(jiān)控（如農(nóng)業(yè)、建筑、采礦）、導(dǎo)航和交通運(yùn)輸、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和監(jiān)測（如離岸平臺、橋梁和其他大型民用結(jié)構(gòu)）、地質(zhì)災(zāi)害和人為災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)警等。

作為空間大地測量的核心觀測技術(shù)，GNSS能夠在全球范圍內(nèi)提供厘米級精度的地基和天基定位導(dǎo)航服務(wù)。在本專題中，部分學(xué)者聚焦于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分別從精密軌道確定和鐘差估計以及高精度大地測量參考框架實(shí)現(xiàn)等方面介紹了GNSS技術(shù)的最新進(jìn)展與應(yīng)用。Steigenberger和Montenbruck綜合比較分析了目前國際GNSS服務(wù)組織（IGS）提供的多系統(tǒng)GNSS精密軌道和鐘差產(chǎn)品，為未來IGS分析中心的模型改進(jìn)與產(chǎn)品更新提供了一個很好的參考。為了實(shí)現(xiàn)高精度的大地測量參考框架，程鵬飛等提出了一種優(yōu)化的中國動態(tài)大地測量參考框架的實(shí)現(xiàn)方案，并利用10多年的GNSS觀測數(shù)據(jù)提高了CGCS2000坐標(biāo)框架的維持精度。

在低軌衛(wèi)星重力測量任務(wù)（如GRACE）的推動下，利用LEO星載觀測數(shù)據(jù)建立高精度和高分辨率的地球重力場模型一直是大地測量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高精度的低軌衛(wèi)星軌道是地球重力場恢復(fù)的重要前提。李星星等基于FY-3C星載BDS和GPS觀測數(shù)據(jù)，研究了BDS觀測數(shù)據(jù)對LEO精密軌道確定的貢獻(xiàn)，并論證了BDS和GPS雙系統(tǒng)融合在LEO衛(wèi)星定軌方面的優(yōu)越性和可靠性。為進(jìn)一步加深對地球重力場的理解，梁偉等融合衛(wèi)星重力測量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)和EGM2008重力數(shù)據(jù)，建立了一個新的高階重力場模型SGG-UGM-2。該模型的最高階次為2190階2159次，空間分辨率為5′×5′。SGGUGM-2模型在中國大陸的精度優(yōu)于EGM2008模型，同時在美國區(qū)域的GPS水準(zhǔn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了較優(yōu)的性能。該研究可用于構(gòu)建全球衛(wèi)星測繪的高程基準(zhǔn)，有助于我們更深刻地認(rèn)識和了解地球系統(tǒng)內(nèi)部的大尺度結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)代遙感技術(shù)（如InSAR、無人機(jī)）為我們提供了一種從衛(wèi)星或航空器等平臺獲取地球表面影像信息的有效手段。為了克服數(shù)字高程模型（DEM）產(chǎn)品在更新時間和空間尺度上的局限性，楊澤發(fā)等系統(tǒng)地分析探討了地球同步合成孔徑雷達(dá)（GEOSAR）在全球DEM日產(chǎn)品生成中的可行性并進(jìn)行了相應(yīng)的精度評估。Baek和Jung綜合利用了InSAR技術(shù)和多孔徑合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)，測試了在大范圍復(fù)雜形變條件下進(jìn)行高精度三維（3D）形變測量的可行性，并成功應(yīng)用于2016 年日本熊本地震。本專題的相關(guān)研究還關(guān)注了遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)防蟲減災(zāi)中的應(yīng)用。Syifa等分別采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)兩種算法對無人機(jī)影像進(jìn)行了分類，并制作了相應(yīng)的土地覆蓋圖。結(jié)果表明，兩種方法均能有效地從土地覆蓋圖中區(qū)分出受松材線蟲病感染的樹木，可應(yīng)用于未來其他類型的土地覆蓋分類研究。

本專題收錄的文章涵蓋了當(dāng)前現(xiàn)代大地測量學(xué)的眾多熱點(diǎn)問題，如高精度參考框架維持、高階次高分辨率重力場恢復(fù)、地殼形變監(jiān)測等。對于未來的大地測量學(xué)，其最重要的一個關(guān)注點(diǎn)是如何整合現(xiàn)有的地球觀測平臺（如GNSS、InSAR、LEO、VLBI、SLR等），以提供更詳細(xì)、更精確的地球表面形變演化信息和地球內(nèi)部物理驅(qū)動信息。本專題立足于當(dāng)前大地測量學(xué)空間觀測技術(shù)的最新發(fā)展，較為全面地反映了這些新技術(shù)在推動地球幾何和重力參考系統(tǒng)發(fā)展、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、服務(wù)人類社會等方面的貢獻(xiàn)。我們相信，未來隨著地球觀測技術(shù)在更廣泛時空尺度上的深度互聯(lián)、海量觀測數(shù)據(jù)之間的融合促進(jìn)，以及地球物理相關(guān)學(xué)科的交叉滲透，大地測量學(xué)科將會擁有更加廣闊的發(fā)展空間，成為推動地球科學(xué)發(fā)展的前沿學(xué)科之一，為人類社會發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

在此我謹(jǐn)向承擔(dān)本專題審稿工作的各位審稿專家致以誠摯謝意。同時，對向本專題投稿的各位作者表示感謝，他們的投稿與支持使本專題取得了成功。感謝Harald Schuh、Nico Sneeuw、Peter Teunissen、C.K. Shum、Jeffrey Freymueller、Tonie Marie van Dam、Chris Rizos、Markus Rothacher、楊元喜、姜衛(wèi)平、程鵬飛、張克非、許國昌、丁曉利和李星星等教授以及編輯部對本專題的大力支持。