當(dāng)國際測繪期刊Survey Review迎來其創(chuàng)刊75周年之際，測繪科學(xué)的發(fā)展也經(jīng)歷了一場重大的變革。本著把握歷史以展望未來的出發(fā)點，我們對這些發(fā)展和變革進行了總結(jié)和回顧。同時我們不難感受到大地測量中一個重要變化的標(biāo)志，那就是現(xiàn)代大地測量經(jīng)歷了一場從經(jīng)緯儀時代到現(xiàn)代衛(wèi)星時代的重大變化，這其中又包括計算手段、觀測工具、大地基準(zhǔn)定義及觀測對象的演化等一系列的重要發(fā)展階段和技術(shù)進步，這些新發(fā)展又共同構(gòu)成了現(xiàn)代大地測量的內(nèi)涵，為該學(xué)科全面走向地球科學(xué)和相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
測量科學(xué)的發(fā)展離不開計算技術(shù)的發(fā)展。在現(xiàn)代化計算技術(shù)出現(xiàn)以前，算盤是唯一的計算工具，當(dāng)時利用算盤對10個控制點組成的小型測量網(wǎng)進行糾正計算，要花費測量隊幾天甚至一周的時間。1936年發(fā)明了第一臺可編程式電腦，成本較高，還存在穩(wěn)定性和安全性問題，而且匯編語言也給測量員帶來了諸多的不便。1954年IBM公司發(fā)明的第一個高級編程語言——FORTRAN，推進了實用程序的發(fā)展。20世紀(jì)70年代，可
編程計算器的成功發(fā)明標(biāo)志著其在測量領(lǐng)域應(yīng)用的開始，把人們從復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算中解放出來。隨著電腦內(nèi)存的擴大和執(zhí)行能力的改進，它能脫離較為苛刻的環(huán)境要求進行快速工作，從此臺式電腦流行起來，隨后手提電腦也發(fā)展起來�，F(xiàn)在即使一個缺乏經(jīng)驗的工作人員甚至是只進行了基本培訓(xùn)的門外漢，只要輸入文件，操作菜單和對話框命令，就能完成數(shù)據(jù)處理工作。
計算技術(shù)的發(fā)展推進了測量儀器的發(fā)展。起初經(jīng)緯儀是測量員的職業(yè)性和權(quán)威性工具，但經(jīng)緯儀的水平和垂直觀測受到如地球形變、大氣折射等因素的影響。1957年，第一顆人造衛(wèi)星的成功發(fā)射，為人類進入空間技術(shù)時期揭開了新篇章。隨著1958年海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（NNSS）的持續(xù)發(fā)展，出現(xiàn)了全球定位系統(tǒng)（GPS），它無需通視條件，在任何氣候下，都能進行全球定位和導(dǎo)航，提供全球參考框架WGS84下的定位成果，而且它靈活的定位模式提供了從厘米級到米級多種類型的服務(wù)，如實時定位、大尺度范圍精確的時空信息服務(wù)等。
目前，全站儀往往和GPS接收機進行集成，這就意味著人們可以在開闊的觀測環(huán)境下使用衛(wèi)星定位技術(shù)，而在衛(wèi)星信號被遮擋的環(huán)境下能切換到經(jīng)緯儀觀測模式。這顯著地提高了外業(yè)測量和數(shù)據(jù)處理的工作效率。隨著空間技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，GNSS接收機已經(jīng)變得越來越受歡迎，其功能多樣化，價格更合理，涵蓋了個人使用的低廉產(chǎn)品到專業(yè)高精度產(chǎn)品等范圍。經(jīng)緯儀到衛(wèi)星的轉(zhuǎn)變不僅意味著相關(guān)觀測設(shè)備的更新，而且蘊涵著由科學(xué)和技術(shù)進步對大地測量所帶來的革新，這一轉(zhuǎn)變隨即促進了這一學(xué)科的改革和完善，并且提升了該學(xué)科的社會和學(xué)術(shù)地位，成為測量界近100年發(fā)展的一個里程碑。
大地基準(zhǔn)的演化也是顯著的。在衛(wèi)星大地測量時代之前，一個國家或區(qū)域大地基準(zhǔn)的建立是大地測量學(xué)家的首要任務(wù)，作為測繪的核心框架，它的建立包括參考橢球的選擇和其定向這兩方面的工作；通過大規(guī)模數(shù)據(jù)進行平差處理確定橢球參數(shù)和定向參數(shù)是一項復(fù)雜的過程，而且?guī)缀醺鱾�地區(qū)或國家都有各自的大地基準(zhǔn)，為了建立它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，需要額外測量來建立各個系統(tǒng)間的基本聯(lián)系；然而，在給定一些公共點條件下的拼接或轉(zhuǎn)換既不精確，也不具有統(tǒng)一性，難免引起一些混淆和爭議。因此在傳統(tǒng)條件下，很難完成諸如大尺度范圍的形變分析和地學(xué)結(jié)構(gòu)分析之類的地球科學(xué)任務(wù)。GPS有力地促進了全球參考系統(tǒng)的建立和發(fā)展，由此建立的全球性參考系統(tǒng)被稱之為國際地球參考系統(tǒng)（ITRS），它是通過分布于全球的多個站點構(gòu)成的國際地球參考框架（ITRF）來實現(xiàn)的。國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）、國際大地測量協(xié)會（IAG）、國際地球自轉(zhuǎn)與服務(wù)機構(gòu)（IERS）和國際GNSS服務(wù)組織（IGS）等國際學(xué)術(shù)機構(gòu)之間通過密切的合作，采用包括甚長基線干涉測量（VLBI）、衛(wèi)星集成的多普勒定軌和無線電定位（DORIS）和激光測月（SLR）在內(nèi)的多種空間觀測手段和GPS進行聯(lián)合觀測和處理，實現(xiàn)了這一全球性的框架基準(zhǔn)。
基于這種統(tǒng)一基準(zhǔn)以及空間觀測的集成處理，大地網(wǎng)避免了以前那樣的基準(zhǔn)獨立或相互分離，它們可以方便地建立和實現(xiàn)互相連接；這也使得通過大地測量會戰(zhàn)獲取大規(guī)模的地殼運動和形變信息的科學(xué)研究工作成為可能。此外，這些結(jié)果可以精化全球觀測站的坐標(biāo)以及弄清楚它們的變化機理，反過來這些可以對全球參考系統(tǒng)進行改進，它們之間相互促進和獲益。
高程基準(zhǔn)作為大地測量基準(zhǔn)的一個重要組成部分，其建立方法同樣也發(fā)生了很大的變化。盡管目前建立一個精化的統(tǒng)一高程基準(zhǔn)仍是一項艱巨的任務(wù)，但隨著全球地球重力場模型的精化和大地水準(zhǔn)面的精確確定，衛(wèi)星測高、航空重力測量、衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星技術(shù)（如GRACE等科學(xué)工程衛(wèi)星）的出現(xiàn)，已經(jīng)有效地促進了對海平面變化的探測和陸地與近海區(qū)域的高程基準(zhǔn)之間的連接，并且深化了對相關(guān)海洋現(xiàn)象的研究。由這些進展我們可以看到：傳統(tǒng)大地測量的任務(wù)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎枚喾N空間觀測技術(shù)來建立、維持和完善一個動態(tài)地球時空參考框架。
另外，衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)的廣泛應(yīng)用也拓寬了大地測量學(xué)科的作用范圍發(fā)展。較之于常規(guī)的以角度和邊長為主的小范圍靜態(tài)觀測相比，差分GPS、RTK、廣域差分GPS、廣域增強系統(tǒng)和連續(xù)運行基準(zhǔn)站陣列等GNSS支撐的基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，能夠為許多應(yīng)用提供不同精度的靜態(tài)和動態(tài)形式的空間和時間服務(wù)；另外，衛(wèi)星定位技術(shù)與慣導(dǎo)系統(tǒng)、無線通訊網(wǎng)絡(luò)、地面移動設(shè)備、航空飛行器甚至其他多種用途的單元的集成，使得大地測量成功地滲透到許多其他領(lǐng)域，如通信、工程建設(shè)、車輛監(jiān)測和交通管理、水下測量、航空、災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)防以及外太空探測，這使得當(dāng)前的大地測量技術(shù)大大有別于傳統(tǒng)的測繪定位模式。
最后，我們可以看到，現(xiàn)代大地測量科學(xué)對其他學(xué)科的貢獻還可以追溯時間和空間度量尺度定義的演變。1927年，國際米是以鉑銥合金標(biāo)準(zhǔn)直尺刻度的定義形式出現(xiàn)的，后來人們通過麥克森干涉儀來確定米的長度，直到1983年，長度單位的定義得到完全的更新，并與時間的單位“秒”建立聯(lián)系，這種進步使得大地測量擺脫了笨重的因瓦尺時代。隨著這種時空度量單位的確定及真空中的光速準(zhǔn)確的確定，現(xiàn)代大地測量中的觀測已經(jīng)成功的從傳統(tǒng)的基于可見光人工采集方式轉(zhuǎn)變成使用多種電磁波進行自動量測方式。實際上在GPS出現(xiàn)之前，激光測月（LLR）、激光測衛(wèi)（SLR）和甚長基線干涉測量（VLBI）均是實際例證。用于測距、定位和導(dǎo)航的衛(wèi)星發(fā)射信號攜帶有其傳播路徑中的介質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，對接收到的無線信號的處理可以很好的了解這些大氣層的結(jié)構(gòu)，采用GPS的地面網(wǎng)和空基網(wǎng)已經(jīng)驗證了其用于大氣物理分析和氣象研究的可行性；另一方面，對CHAMP和GRACE等科學(xué)任務(wù)衛(wèi)星采用GPS進行精密定軌，已經(jīng)衍生出在海洋學(xué)、地球物理和地球重力場等諸多方面的應(yīng)用，這些均印證了空間衛(wèi)星技術(shù)支撐下的現(xiàn)代大地測量學(xué)對其它相關(guān)學(xué)科的獨特貢獻。
