垂线偏差测量方法现状与展望
金鑫, 郭金运, 李振洪
PART.1
引用格式
金鑫, 郭金运, 李振洪. 垂线偏差测量方法现状与展望[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 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
垂线偏差是描述地球形态和重力场特征的核心参数，在大地测量、地球物理、地质灾害监测以及海洋科学等领域具有重要意义。系统梳理了当前垂线偏差测量的主要方法，包括天文大地测量法、全球导航卫星系统水准测量法、重力测量法、重力场球谐系数解算法和卫星测高法等，分析了各方法的优缺点及适用性。针对现有方法在复杂天气条件下的局限性，特别是全天候条件下的高精度测量需求，重点探讨了全天候垂线偏差测量方法的发展潜力。结合仪器设备的进步和数据处理技术的发展，展望了垂线偏差测量未来的发展趋势，指出天文大地测量设备的小型化与商业化、全天候垂线偏差测量方法的应用以及海洋垂线偏差实测方法的突破将是未来研究的重点方向。通过设备创新、技术融合和多领域应用拓展，垂线偏差测量技术将在服务地球科学研究与实际工程需求中发挥更大的作用。
PART.3
主要图表
图 1 垂线偏差测量示意图
图 2 全天候垂线偏差测量技术路线
图 3 垂线偏差精度分布
表 1 垂线偏差精度统计/(°）
表 2 主要垂线偏差方法比较
PART.4
结论
4.1结语
垂线偏差的测量方法多样且各具优势，涵盖了直接测量与间接测量两大类，如表2所示。直接测量方法凭借实时数据采集的特点，能够实现高精度的垂线偏差测量，但受限于环境条件和设备性能。而间接测量方法则利用已有数据进行解算，计算效率较高，但其精度依赖于高精度、高分辨率的重力场模型或输入数据的质量。总体来看，天文大地测量法仍是直接测量高精度垂线偏差的主要方式，适用于静态环境下的高精度需求。GNSS水准测量法则在地面测量和区域测绘中得到了广泛应用，但在复杂地形条件下难以使用。重力场球谐系数解算法和卫星测高法凭借其广域覆盖的优势，在海洋垂线偏差测量和全球重力场研究中具有重要地位。然而，各种方法均存在一定的局限性，全天候、高精度、自动化的垂线偏差测量是当前亟待解决的难题，这也限制了垂线偏差的广泛获取和应用。
4.2展望
综合近年来的研究成果，未来垂线偏差测量的发展趋势可归纳为以下几个方面：
1）天文大地测量设备轻便化、智能化与商业化随着仪器技术的持续进步，未来天文大地测量设备的轻便化、智能化与商业化将成为趋势。这一趋势不仅有助于降低仪器的成本，还提升便携性和操作便捷性。相比传统天顶仪，图像全站仪具备廉价化和平民化的潜力，基于图像全站仪的高精度测量系统有望进一步普及，成为地质监测、基础设施测量以及科学实验等领域的基础工具，推动垂线偏差测量技术广泛应用。商业化推广和普及化将促进这些设备在科研、灾害预警和资源勘探中的高效应用。
2）测量技术向动态、全天候测量方向发展垂线偏差测量技术逐步从传统静态观测方法转向动态、全天候测量。如何实现全天候、高精度的垂线偏差测量仍然是未来研究的重要方向。在复杂地形和极端天气、气候条件下，结合GNSS阵列与三维激光跟踪技术的动态测量方案为全天候测量提供了新的解决思路。未来将进一步优化这些技术方案，结合高精度的气象数据、实时数据处理算法及移动平台，提升垂线偏差测量的精度、稳定性和时效性。这一突破对于地质灾害监测、精密工程测量、智能城市建设和基础设施维护等领域具有极大的潜力和实际应用价值。
3）海洋垂线偏差测量在海洋领域，垂线偏差的测量面临着更多复杂的挑战，尤其是在精度和空间分辨率方面。尽管卫星测高技术提供了大范围的数据，但精度仍然无法满足高精度应用的需求。未来，结合船载的天文大地测量、动态定位和重力测量技术，探索新型海洋垂线偏差实测方法，将成为海洋重力研究的一个重要方向。这些技术结合现代重力和卫星观测数据，能够为海洋科学、资源开发、全球变化研究、海平面变化监测等提供更加精确的支持，尤其是在海洋资源开发与国家海洋权益管理等关键领域。
来源：武汉大学学报信息科学版
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