垂線偏差測量方法現狀與展望

金鑫, 郭金運, 李振洪

PART.1

引用格式

金鑫, 郭金運, 李振洪. 垂線偏差測量方法現狀與展望[J]. 武漢大學學報 ( 信息科學版), 2026, 51(5): 888-903.（JIN Xin, GUO Jinyun, LI Zhenhong. Current Status and Prospects of Vertical Deflection Measurement Methods[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2026, 51(5): 888-903. ）

DOI：10.13203/j.whugis20240504

PART.2

摘要

垂線偏差是描述地球形態和重力場特征的核心參數，在大地測量、地球物理、地質災害監測以及海洋科學等領域具有重要意義。系統梳理了當前垂線偏差測量的主要方法，包括天文大地測量法、全球導航衛星系統水準測量法、重力測量法、重力場球諧系數解算法和衛星測高法等，分析了各方法的優缺點及適用性。針對現有方法在復雜天氣條件下的局限性，特別是全天候條件下的高精度測量需求，重點探討了全天候垂線偏差測量方法的發展潛力。結合儀器設備的進步和數據處理技術的發展，展望了垂線偏差測量未來的發展趨勢，指出天文大地測量設備的小型化與商業化、全天候垂線偏差測量方法的應用以及海洋垂線偏差實測方法的突破將是未來研究的重點方向。通過設備創新、技術融合和多領域應用拓展，垂線偏差測量技術將在服務地球科學研究與實際工程需求中發揮更大的作用。

PART.3

主要圖表

圖 1 垂線偏差測量示意圖

圖 2 全天候垂線偏差測量技術路線

圖 3 垂線偏差精度分布

表 1 垂線偏差精度統計/(°）

表 2 主要垂線偏差方法比較

PART.4

結論

4.1結語

垂線偏差的測量方法多樣且各具優勢，涵蓋了直接測量與間接測量兩大類，如表2所示。直接測量方法憑借實時數據采集的特點，能夠實現高精度的垂線偏差測量，但受限于環境條件和設備性能。而間接測量方法則利用已有數據進行解算，計算效率較高，但其精度依賴于高精度、高分辨率的重力場模型或輸入數據的質量?？傮w來看，天文大地測量法仍是直接測量高精度垂線偏差的主要方式，適用于靜態環境下的高精度需求。GNSS水準測量法則在地面測量和區域測繪中得到了廣泛應用，但在復雜地形條件下難以使用。重力場球諧系數解算法和衛星測高法憑借其廣域覆蓋的優勢，在海洋垂線偏差測量和全球重力場研究中具有重要地位。然而，各種方法均存在一定的局限性，全天候、高精度、自動化的垂線偏差測量是當前亟待解決的難題，這也限制了垂線偏差的廣泛獲取和應用。

4.2展望

綜合近年來的研究成果，未來垂線偏差測量的發展趨勢可歸納為以下幾個方面：

1）天文大地測量設備輕便化、智能化與商業化隨著儀器技術的持續進步，未來天文大地測量設備的輕便化、智能化與商業化將成為趨勢。這一趨勢不僅有助于降低儀器的成本，還提升便攜性和操作便捷性。相比傳統天頂儀，圖像全站儀具備廉價化和平民化的潛力，基于圖像全站儀的高精度測量系統有望進一步普及，成為地質監測、基礎設施測量以及科學實驗等領域的基礎工具，推動垂線偏差測量技術廣泛應用。商業化推廣和普及化將促進這些設備在科研、災害預警和資源勘探中的高效應用。

2）測量技術向動態、全天候測量方向發展垂線偏差測量技術逐步從傳統靜態觀測方法轉向動態、全天候測量。如何實現全天候、高精度的垂線偏差測量仍然是未來研究的重要方向。在復雜地形和極端天氣、氣候條件下，結合GNSS陣列與三維激光跟蹤技術的動態測量方案為全天候測量提供了新的解決思路。未來將進一步優化這些技術方案，結合高精度的氣象數據、實時數據處理算法及移動平臺，提升垂線偏差測量的精度、穩定性和時效性。這一突破對于地質災害監測、精密工程測量、智能城市建設和基礎設施維護等領域具有極大的潛力和實際應用價值。

3）海洋垂線偏差測量在海洋領域，垂線偏差的測量面臨著更多復雜的挑戰，尤其是在精度和空間分辨率方面。盡管衛星測高技術提供了大范圍的數據，但精度仍然無法滿足高精度應用的需求。未來，結合船載的天文大地測量、動態定位和重力測量技術，探索新型海洋垂線偏差實測方法，將成為海洋重力研究的一個重要方向。這些技術結合現代重力和衛星觀測數據，能夠為海洋科學、資源開發、全球變化研究、海平面變化監測等提供更加精確的支持，尤其是在海洋資源開發與國家海洋權益管理等關鍵領域。

來源：武漢大學學報信息科學版