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本文内容来源于《测绘学报》2023年第4期（审图号GS京（2023）0801号）
从国家自然科学基金项目资助探讨大地测量学的学科架构与发展
程惠红1
, 姚宜斌2, 赵倩3, 吴云龙4
1. 国家自然科学基金委员会地球科学部, 北京 100085;
2. 武汉大学测绘学院, 湖北 武汉 430079;
3. 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036;
4. 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院, 武汉 430078
摘要：大地测量学是地球科学的一个重要发展领域, 通过对地球和行星几何与物理量的观测与分析, 研究地球和行星几何形状、物质运动状态及其空间环境响应, 为国家基础设施和国防建设提供时空和重力基准保障。随着大地测量学向地球科学基础研究和交叉应用等方面的不断延伸和快速发展, 其研究水平得到了显著提高, 在描绘、构建和认知地球和行星中占据了越来越重要的地位。本文基于历年来国家自然科学基金申请和资助项目, 从项目类型、分支领域、依托单位、研究方向和关键词等方面进行了统计分析, 梳理了学科发展特点, 构建了学科架构知识图谱——大地测量学科树, 以期为大地测量学领域相关学者提供参考。
关键词：大地测量学 物理大地测量 卫星大地测量 应用大地测量
引文格式：程惠红, 姚宜斌, 赵倩, 等. 从国家自然科学基金项目资助探讨大地测量学的学科架构与发展[J]. 测绘学报，2023，52(4)：523-535. DOI: 10.11947/j.AGCS.2023.20220663
CHENG Huihong, YAO Yibin, ZHAO Qian, et al. Exploring the Geodesy principle architecture and development from the perspective of Granted NSFC Projects[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2023, 52(4): 523-535. DOI: 10.11947/j.AGCS.2023.20220663
阅读全文：http://xb.chinasmp.com/article/2023/1001-1595/20230401.htm
引 言
大地测量学(Geodesy)是在一定的时间与空间参考系中测量和描绘地球和其他行星的形状和重力场并监测其变化，为人类活动提供精准的时空信息。1884年，德国著名大地测量学家赫尔·默特(F.R.Helmert)给出了大地测量学的经典定义，即“测量和描述地球表面的科学”[1]，核心目标是测定和研究地球空间点的位置、重力及其随时间变化。近年来，大地测量学已向多个领域深入发展，不仅为地理信息系统、数字地球等获取空间几何和物理要素提供基础理论和方法支撑，还与行星科学、大气科学、海洋科学以及地球动力学、板块运动学等相互交叉，成为推动地球科学和空间科学发展的前沿科学之一。此外，现今大地测量学观测的广度、精度和时效性得到了快速提升，以北斗卫星导航定位系统为代表的大地测量新技术，不仅促进了卫星导航定位产业链的形成，而且为国民经济建设和社会发展、国家安全提供了重要的技术支撑[2-4]。
国家自然科学基金委员会(以下简称“自然科学基金委”)作为我国自然科学基础研究资助的主渠道之一，自1986年成立以来，坚持以基础研究为主线，遵循学科发展和人才成长规律，有力助推了我国大地测量学的快速发展[5]。过去的37年里，在自然科学基金委的持续关注和大力支持下，大地测量学领域相继在卫星导航定位、地壳形变监测、地球重力场等多个研究方向培养了大量学科优秀人才和骨干力量，产出了一批具有国际影响力的原创成果。
1 大地测量学历年自然科学基金项目申请与资助概况
截至2022年9月，大地测量学累计接收各类项目申请5244项，其中1321项获得资助(平均资助率为25.19%)，总经费为76 050.15万元，如图 1[6-11]所示。从历年来项目申请和资助情况分析，主要呈现出3个阶段：① 1986—1997年，申请起步期，共有48项项目获得资助，资助总经费685.2万元。② 1998—2010年，稳步发展期，项目申请量逐年增长，到2010年项目申请已突破200项。12年间，共有222项项目获得资助，资助经费总计8 585.3万元。③ 2011—2022年，快速增长期。2022年项目申请达到518项，共有116项项目获得资助(是2000年资助项目数的14.3倍)。12年间，共1051项项目获得资助，总经费66 779.65万元1(相比稳步发展期，增长了7.8倍)，体现了大地测量学良好的学科发展态势和持续涌现的青年科研人才。
图 1 历年来大地测量学国家自然科学基金项目申请、资助及资助率
Fig. 1 Applications, fundings and funding rates of the National Natural Science Foundation Projects on Geodesy over the years
图选项
2015年及以后, NSFC将资助经费分为直接费用和间接费用. 直接费用直接拨款到项目负责人, 间接费用拨款到项目依托单位统一管理, 对外公布的项目经费均为直接费用。
历年来，大地测量学在自然科学基金委“四位一体”资助体系中的14类项目有获得资助，其中受广大科学家较为关注的9类项目的申请和资助情况见表 1。项目申请和资助率排名靠前的项目类型有“探索”类项目：面上项目和重点项目；“人才”类项目：青年科学基金项目、地区科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目和优秀青年科学基金项目。其中，面上项目已资助项目700项，平均资助率达到27.5%；青年科学基金项目已资助487项，平均资助率为24.3%。除常规项目外，大地测量学在重大项目(1项，2021年获批)、创新研究群体项目(2项，分别于2010、2017年获批)、国家重大科研仪器研制项目(4项，分别于2015、2021和2022年获批)也均获得资助。这些项目的实施对推动我国大地测量学人才队伍建设、关键技术领域进步和重大科学问题突破等方面起到了积极作用，提升了我国大地测量学的国际影响力。
表 1 大地测量学领域主要项目类型申请-资助累积情况统计(1986-01—2022-09)
Tab. 1 Application-funding cumulative statistics for major project types in Geodesy (1986-01—2022-09)
表选项
1.1 分支领域申请与资助情况
在自然科学基金委申请代码体系中，大地测量学归于地球物理学和空间物理学学科(一级申请代码：D04)。1987年自然科学基金委成立初期，大地测量学仅有1个二级申请代码，即D0401大地测量学。随着基金项目申请量的增加和大地测量学研究领域的拓展，2008年学科增设了3个三级代码，分别为：D040101物理大地测量学、D040102动力大地测量学、D040103卫星大地测量学，并一直沿用到2018年。2019年，学科增设了1个二级申请代码：D0413工程测量学。2020年，根据自然科学基金委深化改革的整体安排，D04学科按照“符合知识体系逻辑结构、促进知识与应用融通”的总体思路，优化了学科布局，对申请代码进行了梳理、整合和拓展，构建了新版申请代码体系[12]。自此，大地测量学有3个二级申请代码：D0401物理大地测量学、D0402卫星大地测量学和D0403应用大地测量学。图 2—图 4分别给出了3个二级申请代码历年项目的申请和资助情况。
图 2 大地测量学科分支领域历年来自然科学基金项目申请情况
Fig. 2 Applications of the National Natural Science Foundation Projects in three subfields of Geodesy over the years
图选项
图 3 大地测量学科分支领域历年来自然科学基金项目资助情况
Fig. 3 Fundings of the National Natural Science Foundation Projects in three subfields of Geodesy over the years
图选项
图 4 2008—2022年大地测量学3个分支领域不同阶段资助经费占比情况
Fig. 4 The proportion of fundings in different periods of the three subfields of Geodesy from 2008 to 2022
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1.1.1 项目申请情况
物理大地测量学：属于大地测量学中传统的基础研究方向。在2008年之前，大地测量学仅有本申请代码，历年项目申请量逐年稳定增加。2008年新增三级申请代码D040102卫星大地测量学和2019年新增D0403应用大地测量学之后，该领域的项目申请量略有所下降，后续逐渐恢复。但是，近两年该领域的申请量降低不少，特别是2022年，申请量较2020年减少了近36%，占比不足22%。
卫星大地测量学：作为新兴学科，自2008年增设该申请代码以来，一直保持着很高的申请量。较2020年，2022年该领域的申请量增加了35%，超过其他两个领域申请量之和，占比超过60%，显示了我国在该领域有很强科研力量和投入。
应用大地测量学：是大地测量学同其他学科、领域交叉融合的领域，2020年设立了该代码后，申请量逐渐增加。较2020年，2022年该领域申请量已翻了一倍多，但在学科仍占比不高。
1.1.2 项目资助情况
图 3给出了分支领域历年来自然科学基金项目资助情况，可以看出，物理大地测量学和卫星大地测量学保持着较为稳定的资助率，近两年平均资助率分别为27.5%和21.5%；应用大地测量学侧重交叉应用研究，资助率相对较低，约为17.5%。此外，各分支领域在不同时期获得的资助经费也有所不同，图 4给出了2008—2022年各个领域占比情况。可以看出，在较长的时间跨度中，物理大地测量学的资助经费最高，且有2项创新群体项目和1项重大项目获批，凸显了该领域在大地测量学基础研究的重要地位。但是，近3年卫星大地测量学的申请和资助逐步超过物理大地测量学，成为大地测量学科新的主导。
学科的全面发展既要注重其理论支持的基础研究，又要凸显学科拓展点与创新点，并满足国家战略性新兴方向的拓展需求。目前，大地测量学领域的3个分支领域的项目申请量仍存在着较大的不均衡。今后，需要加强引导和支持传统的物理大地测量学的发展，同时保持对卫星大地测量学的支持，并结合国家需求，拓展应用大地测量学交叉研究。
1.2 关键词和研究方向情况
表 2和图 5分别给出了历年来大地测量学项目申请中出现的高频关键词和研究方向(2015年以来)。可以看出，在自然科学基金委成立初期，大地测量学围绕着“抗差估计”“系统误差”“地壳形变”等传统大地测量学的基础理论与方法；随着相关科学技术的发展与进步，大地测量学申请和资助在稳步发展期阶段，逐步开始关注“GPS” “卫星测高”“卫星重力”等新一代空间对地观测技术；在快速增长期阶段，“全球卫星导航系统”“北斗导航系统”“GNSS”“InSAR”“精密单点定位”等申请增多，研究热点覆盖了空天地一体化手段，研究区域也从中国大陆区域拓展到全球尺度。随着人工智能的快速发展和交叉应用，“深度学习”“数据融合”等关键词的使用频率也在显著上涨。
表 2 大地测量领域项目申请前十位高频关键词历年变化
Tab. 2 Changes of the top ten high-frequency key words for project applications of Geodesy over the years
表选项
图 5 2015年以来大地测量领域自然科学基金项目申请总量超过100项的研究方向情况
Fig. 5 Research directions of the National Natural Science Foundation Projects in Geodesy with more than 100 applications since 2015
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自2015年以来，“卫星导航定位综合应用研究”申请量已达420项，远超过其他研究方向，显示出现阶段卫星大地测量在大地测量学研究中占主导地位，科研工作者在此领域有较多的投入。进一步分析该研究方向的4个领域“导航”“定位”“授时”和“北斗”，见表 3。可以看出，人才类项目和探索类项目在4个领域快速增长，且“导航”和“定位”占据了绝对主要地位，展现了强劲的应用价值和发展动力。此外，“北斗”呈现快速发展势头。
表 3 “卫星导航定位综合应用研究”研究方向4个领域项目资助情况
Tab. 3 Project fundings of four fields in the research direction of "Integrated Application of Satellite Navigation and Positioning"
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1.3 依托单位的情况分析
截至2022年底，大地测量学在D04学科申请项目的依托单位共计304个，其中134个单位有项目获得资助。表 4、表 5给出了历年来不同时间段获资助项目总数排名前十的依托单位。总体上，武汉大学和中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(原中国科学院测量与地球物理研究所) 项目申请和资助大幅度领先其他依托单位，分别获资助经费19 535.35万元(占比26.3%)和8 385.1万元(占比11.3%)。“十二五”以来，中国地震局地质研究所的项目资助跻身前十位；“十三五”以来，长安大学、中国地质大学(武汉)和山东科技大学3所高校跻身项目资助总量前十位。综合分析，传统大地测量学优势单位保持着蓬勃的发展态势并在其影响和带动下，一些新兴高校和研究所的活跃程度也在逐渐增强并日趋活跃，表明了近年来大地测量学较强的影响力、渗透力及广阔的发展前景。
表 4 大地测量领域不同时间段获资助项目总量排名前十依托单位情况(1)
Tab. 4 Top ten supporting units in the total number of funding projects in different periods of Geodesy (1)
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表 5 大地测量领域不同时间段获资助项目总量排名前十依托单位情况(2)
Tab. 5 Top ten supporting units in the total number of funding projects in different periods of Geodesy (2)
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1.4 学科发展特点
1.4.1 学科快速增长
20世纪80年代以来，由于空间技术、计算机技术和信息技术的飞跃式发展，以电磁波测距、卫星大地测量、甚长基线干涉测量(VLBI)等为代表的新兴大地测量技术的出现，给传统大地测量带来了革命性的转变，形成了现代大地测量学。可实现连续、动态观测，特别是甚长基线干涉测量、卫星激光测距(SLR)、全球卫星导航系统(GNSS)、卫星多普勒定轨定位(DORIS)系统和卫星重力观测系统的发展[13]，为研究地球形状和重力场及其随时间的变化提供了新的更高精度、更高分辨率的观测手段，引领了大地测量学科的发展并极大地拓展了大地测量的应用领域。
我国大地测量学科研工作者保持了在国际上的引领地位和人员结构优势，产出了一批有影响力的成果。2002—2022年间结题的847项项目结题报告数据显示[5-11]，相关研究成果获得国家级奖励42项，省部级奖励354项；发表期刊论文7707篇(其中，SCI索引论文4505篇，EI索引论文2943篇)；申请专利535项，授权专利602项；培养硕士研究生1984名，博士研究生957名，出站博士后79名。随着大地测量仪器智能化、集成化，包括我国北斗三号在内的全球卫星导航系统、卫星测高系统、卫星重力系统、星载雷达干涉系统及空天地一体化大地测量技术也取得了重要进步，为推进我国地球科学领域深地、深海、深空和地球科学系统(“三深一系统”)提供重要的大地测量学科支撑[13-14]。
1.4.2 应用领域快速拓展
随着大地测量观测精度和分辨率的持续提升以及观测要素的空前丰富，大地测量在地球科学中的应用领域快速拓展，在基础测绘、导航位置服务、工程形变监测、海洋大地基准、轨道交通、应急救援、自然资源监测、精准农业、灾情调查、智慧城市等领域得到了应用，促进了相关高新技术的产业化、规模化、智能化[13-26]。近年来，GNSS基准站广泛布设，建立了覆盖全国的卫星导航定位基准站网[16]。这不仅可以更好地服务传统的测绘应用领域，也为智能驾驶、精准农业等互联网应用提供重要的位置信息。此外，还能为特高压长距离输变线路、城际高速铁路和城市轨道交通等新基建提供高精度空间基准基础设施。在形变监测方面，大地测量技术提供了从点到面的时序观测能力，尤其是以InSAR技术为代表的影像大地测量，推动了地表形变监测、滑坡监测、矿山形变监测、大型水坝监测、城市地下水变化监测及特殊工程形变监测等领域的技术进步[26]。除形变监测外，大地测量技术在地球空间环境探测及极端空间天气监测中都有广泛应用[20-21]。
1.4.3 新兴与交叉特色学科迅速成长
传统几何大地测量和物理大地测量是大地测量最重要的分支学科，而现代大地测量技术的发展，尤其是卫星大地测量，显著提升了对地观测的精度、分辨率、可靠性及时效性，已成为精密测定地表几何位置及其变化、准确获取地球重力场及其时空变化特征、定量分析地球质量分布迁移运动规律等的重要手段[22-23]。以卫星大地测量技术为代表的现代大地测量学已经广泛用于确定地球几何形状与重力场及其变化、导航与位置服务、空间飞行器定位与导航、监测地球旋转变化、提取大气水汽含量与电离层电子含量、反演海洋几何与物理变化、探测冰川消融与板块运动、分析地下物质迁移与变化、勘探海底资源与测量海底地形、监测海洋动力学环境和极地环境等[16-28]。卫星大地测量已成为现代大地测量学中最活跃的分支学科，其广泛应用促进了动力大地测量学分支学科的发展及与地球物理学、空间科学、海洋学与水文学等学科的交叉发展，直接推动了现代大地测量学与地震、海洋、冰川和水文学等多个学科领域的交叉应用研究[16-28]。
2 学科架构
历年来自然科学基金项目申请和资助情况展现了我国大地测量学蓬勃发展的良好态势。尤其是卫星大地测量成为现今学科发展的主要驱动力，在满足国家重大战略需求和社会经济发展的过程中衍生了多方面的交叉应用领域。日趋有力的学科发展一方面为大地测量学添加了活力；另一方面也对传统大地测量学产生了牵引。据此，D04学科设置了《基于创新和需求驱动的中国大地测量学发展战略研究》项目，以学科现有的研究方向为基础，结合各分支领域项目申请和资助现状、高频关键词使用情况等，构建大地测量学“学科树”。具体构建思考如下。
“学科树”的构建既要体现出相对稳定的基础学科，又要反映新兴学科和前沿领域。在应用基础研究和国家需求牵引下，大地测量学与其他学科交叉融合催生了众多学科方向，并衍生出不同学科方向之间的交叉，需要结合学科方向进一步梳理、划分和整合。通过学科梳理和方向合并，使得“学科树”能够体现最主要的学科分支及其研究方向。大地测量学是以数学、物理学、计算机科学和信息科学为基础，观测地球或其他行星的几何、物理要素并为人类提供时空信息的科学，与地质学、天文学、大气科学、海洋科学等交叉融合。从大地测量学的学科特点和发展可以看出，大地测量学由“理论”“仪器”“观测”“应用”4个层面构成。按照研究对象、研究手段和应用情况，将大地测量学分为了5个主要学科分支：数学大地测量、物理大地测量、动力大地测量、空间大地测量和应用大地测量。数学大地测量、物理大地测量和动力大地测量是按照大地测量学的研究对象划分的，各分支之间存在较为清晰的界限；空间大地测量的划分主要是考虑到卫星等大地测量技术在现今大地测量学中占据绝对主导地位，因而单独划分为一个分支，但它与另外4个分支存在着较多的交叉，界限并不清晰；应用大地测量的划分主要是考虑到大地测量学在多学科和工程领域有着广泛的应用，这里将大地测量学的各种应用均归为此类，既可顾及传统的工程应用，又可顾及另外4个分支未包含的科学应用。在确定了大地测量学的5个主要分支后，对每个分支填充主要的研究方向作为枝叶，由此绘制了大地测量学科树，如图 6所示。
图 6 大地测量学科树
Fig. 6 Geodesy discipline tree
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五大分支的学科内涵如下。
(1) 数学大地测量学：是研究测量数据处理理论和方法的科学，它基于数理统计理论，利用有限观测对未知几何量或物理量进行最优估计或预测并评定估值或预测值的精度。数学大地测量学的主要研究对象是含有观测误差的测量数据，研究手段包括传统的测量平差理论和新兴的人工智能理论，研究的目的是对未知量作出最优估计(预测)并评定精度。相关研究项目的申请可以选择D0401。
(2) 物理大地测量学：是研究用物理方法测定地球形状及其外部重力场的科学，它是根据几何大地测量和重力测量结果研究地球形状的重力学的一个分支学科。物理大地测量学同空间技术、地球物理学和地质学等学科有着密切的联系。相关的研究为计算人造地球卫星和远程弹道导弹等空间飞行器的运行轨道，提供精确的地球形状及其外部重力场数据，还为地球物理学和地质学提供有关地球内部构造和局部特征的信息。相关研究项目的申请可以选择D0401。
(3) 动力大地测量学：是用大地测量方法监测、研究地球动态变化的科学。现代大地测量可精确测定地球整体运动、地面点位置和地球重力场要素随时间的变化，研究这些变化并作出物理的解释。动力大地测量中所测定的地球运动状态可分为3类，即地球重力的变化以及由此产生的大地水准面形状和垂线方向的变化；地球自转轴方向在空间的变化(岁差和章动)、在地球内部的变化(极移)以及地球自转速度的变化(日长变化)；地球形变运动，即全球性板块运动和板块内的地壳运动，以及潮汐引起的地球形变。相关研究项目的申请可以选择D0401或者D0402。
(4) 空间大地测量学：是利用人造卫星等空天技术或自然天体来精确测定点的位置、确定地球的形状、大小、外部重力场，以及它们随时间的变化状况的理论和方法。相较于卫星大地测量学，空间大地测量学的覆盖范围更广，其中颇具代表性的技术包括：全球导航卫星系统、卫星重力、卫星重力梯度测量、激光测卫、卫星测高、星载合成孔径雷达干涉测量、甚长基线干涉测量等。相关研究项目的申请可以选择D0402或者D0403。
(5) 应用大地测量学：是大地测量学的理论、方法和技术在本学科及其他学科中应用的学科。随着大地测量技术的蓬勃发展，大地测量的观测要素不断丰富，大地测量学除了在传统的工程测量中发挥作用外，在其他领域(如水文、大气、冰川、地震等)也开始发挥重要作用。如何通过理论或方法创新拓展大地测量学的应用范畴以及解决大地测量学在应用中面临的问题，是应用大地测量学的主要研究内容。相关研究项目的申请可以选择D0403。
3 大地测量学未来发展趋势
3.1 空间大地测量引领学科发展
三十多年来，空间大地测量学在发现自然现象、揭示地球奥秘方面取得了巨大的成就，突显了其在地球科学中的重要地位。它一方面更广泛更深入地参与解决地球科学所面临的基础科学问题，以空前的精度、分辨率、覆盖范围和时效性来审视地球的动力学过程和行为；另一方面，空间大地测量学与信息技术的结合改变了人类的生产生活方式，在解决人类发展所面临的资源、环境、自然灾害和国家安全等紧迫问题上提供了重要的空间信息。在未来的发展过程中，全球导航卫星系统、卫星重力技术、卫星测高技术、合成孔径雷达干涉测量等空间对地观测技术将成为大地测量的核心观测手段；与此同时，反射测量技术也呈现方兴未艾之势，这些技术一方面继续承担传统大地测量的任务，包括观测点的位置、地球形状、重力场以及它们随时间的变化，毫米级的地表形变监测以及微伽级的绝对重力测量将成为常态；另一方面，将推动大地测量进入多波段、全时域、多要素、高分辨率和高精度探测的时代，新的集成化的全球大地测量观测体系将被构建。大地测量学也将从传统的确定地面点的位置和重力场及其变化，发展为探测地表形变、重力场变化、海底地形、地下结构、地球自转变化、海平面变化、冰川变化、土壤水含量、大气水含量以及电子含量等，观测要素将会空前丰富，大地测量观测将成为对地观测的重要组成部分。
3.2 分支学科持续增长，向地球系统科学加速融合
随着现代大地测量观测要素的空前丰富，大地测量观测的对象已经深入到地球科学的众多领域。利用GNSS信号的大气延迟信息反演大气可降水量和电离层电子含量，发展出了GNSS气象学，使得大地测量技术与气象学产生了交叉[21]。卫星重力，特别是GRACE卫星的发射升空，使地球重力场恢复的精度和分辨率空前提升，并在监测大尺度的物质迁移、反演海底地形和理解气候变化等方面发挥了独特作用，孕育了多个交叉学科[28-29]。如利用卫星重力等技术监测陆地水储量变化形成了水文大地测量学、监测冰川变化孕育了冰川大地测量学、研究海平面变化产生了海洋大地测量学等。卫星测高技术是雷达或激光测距技术与卫星技术结合的产物，在海洋学和冰川学研究中发挥了极其重要的作用，它与卫星重力一道推动了海洋大地测量学和冰川大地测量学的发展[30]。InSAR技术提供了一种大面积高精度测量地表形变的方法，直接催生了影像大地测量学。此外，利用GNSS、InSAR等技术手段研究地震和火山又形成了地震大地测量学和火山大地测量学[31]。随着空天、海面及水下定位技术的快速提升以及水下重力和磁力传感器技术的不断进步，海洋大地测量学得到了长足发展。在国家重大需求牵引下，海洋大地测量与导航已逐渐成为当前战略性新兴学科发展方向。
3.3 高精度观测设备自主研发
大地测量学作为一门基于观测技术的学科，观测技术和设备研发的创新和突破能够引领学科发展，对于推动学科发展起着至关重要的作用。因此，在我国大地测量领域，需要加速发展自主仪器设备研发体系，以观测设备创新引领学科和产业发展，形成能够满足国家重大战略和市场化需求的大地测量观测设备创新研究体制，构建我国高端大地测量观测设备研究和研制的新局面[32-33]。近两年，大地测量学领域资助了无人机精准投放式北斗滑坡灾害智能监测预警系统、北斗亚纳秒/E-14量级时频测试分析仪、无人机载L波段极化干涉SAR林下地形测绘系统等3项国家重大科研仪器研制项目(自由申请)。除了研制针对传统大地测量观测要素的观测设备，大地测量观测设备的研制还应顾及大地测量学内涵的转变，以及大地测量观测范畴的拓展，未来的大地测量设备研制也应该为更多要素的观测研制高精度的专用设备，这对于拓展大地测量的范畴，为大地测量注入新的活力具有重要意义。
3.4 需求牵引学科发展
从大地测量学科的发展历史可以看出，我国大地测量学具有较显著的国家需求引领学科发展的特色，服务国家重大需求一直是中国大地测量学的重要使命，并将在未来很长时间继续坚守。2022年初，美国国家大地测量局与多家机构联合发布了关于美国大地测量领域发展情况的政策报告，认为中国不久将在大地测量学这一战略科学领域超越美国[34]。对此，我们应该有清醒的认识，从国际环境和国内发展形势看，大地测量学需在以下3个方面满足国家发展需求。
(1) 维护国家安全，提升国家竞争力。大地测量技术在国防领域有着重要应用，是信息化时代获取时空信息的重要手段。掌握独立自主的先进大地测量技术，特别是空间大地测量核心技术，对于维护国家安全是十分重要的[35]。在未来，对于国防安全有着重要影响的导航定位技术、重力测量技术及雷达测量技术将会成为大地测量领域国家实力的重要体现。北斗系统的成功建设使我国掌握了独立自主的全球导航卫星系统，也使国防能力得到显著提升。杨元喜院士提出的综合PNT体系将会成为该领域的重要发展方向[24]。此外，我国自主卫星重力计划、星基合成孔径雷达干涉测量计划及星基反射测量计划正如火如荼地开展。
(2) 服务经济主战场，促进产业化发展。经过近半个世纪的蓬勃发展，现代大地测量学不仅为专业测绘工作提供精准高效的定位结果，大幅提升了测绘工作的作业效率，而且深入人们的生产生活，为移动互联网提供了高品质的位置服务、为移动出行提供了精确便捷的导航服务、为自动驾驶和精准农业等提供了必需的时空信息。目前，我国的北斗/GNSS产业化发展十分迅猛，已经成为一个近万亿规模的产业，为互联网位置服务、自动驾驶、芯片制造和软件产业等提供了新的发展动力。其他技术如三维激光扫描、LiDAR、InSAR和高精度惯导设备等也都展现出了规模化推广应用的潜力。未来在智慧城市、智慧交通、无人驾驶、精准农业等领域，现代大地测量学还将发挥更加重要作用。
(3) 提升自然灾害监测水平，保障人民生命财产安全。我国是自然灾害多发国家，每年因自然灾害造成的人民生命财产损失巨大，因此，提升自然灾害综合防治水平一直是我国的重大战略需求。大地测量技术除了能够提供基础的时空信息外，还能对多种地球几何、物理量进行监测，长期以来在自然灾害监测中发挥着重要作用。例如，地震大地测量学的深入研究为我们利用大地测量技术(如北斗/GNSS、InSAR、重力等)监测和预警地震并评估地震破坏性提供了理论依据和技术支撑，并可为防灾减灾提供基本的时空信息。影像大地测量学的发展为地质灾害(滑坡、地面塌陷、土地冻融等)普查提供了一种强有力的技术，与北斗/GNSS及其他地面传感器结合，可以实现地质灾害的广泛化普查和重点地区的精细化监测，有效提升地质灾害防治水平。GNSS技术、卫星测高、掩星等技术也可以实现电离层电子含量的监测，可在监测空间天气灾害中发挥作用。
4 总结
大地测量学是地球科学的基础学科。随着现代大地测量学在观测精度和广度的不断提升，其观测的对象已覆盖到地球科学的众多领域，学科各分支领域快速增长，并向地球科学纵深发展。在过去的37年，自然科学基金委对大地测量学的持续支持，历年来共有1321项获得资助，总经费76 050.15万元，其中包含700项面上项目、487项青年科学基金项目、1项重大项目、2项创新研究群体项目和4项国家重大科研仪器研制项目，为大地测量学的发展、构建现代化的全球大地测量观测系统和人才培养、创新团队建设打下了坚实基础。
近年来，大地测量学已经与地球科学的多个分支领域产生了交叉和融合，并且随着大地测量技术的不断进步和新的大地测量计划的实施，大地测量学向地球科学众多分支渗透融合的态势会愈发显著。在当下“数据-模式”驱动的地球科学研究范式中，大地测量观测为诸多学科提供了丰富的观测数据。随着越来越多的数据同化进入地球模式，大地测量学的科学内涵和学科边界也产生了巨大变化。为此，结合自然科学基金项目申请和资助特点，笔者对大地测量学的分支领域和研究方向进行梳理，绘制了以数学大地测量学、物理大地测量学、动力大地测量学、空间大地测量学和应用大地测量学为主枝干的“学科树”。未来大地测量学将一方面向地球科学纵深发展，为地球科学的诸多学科提供基本的对地(行星)观测，为认识地球和行星提供重要的时空信息；另一方面向满足国家重大战略、服务经济主战场和自然灾害监测、保障人民生命财产安全等需求方面发展。
致谢
衷心感谢“基于创新和需求驱动的中国大地测量学发展战略研究组”及对大地测量学“学科树”构建工作提出宝贵意见的专家(按姓氏笔划排序)：文汉江、边少锋、朱建军、刘经南、许才军、孙文科、孙付平、孙和平、李志伟、李建成、李星星、李振洪、李博峰、杨元喜、何秀凤、沈云中、张小红、张克非、张豹、张勤、单新建、施闯、姜卫平、袁运斌、郭金运等。感谢国家自然科学基金委员会地球科学部常务副主任于晟、综合与战略规划处郑袁明提供的支持和指导。
作者简介
第一作者简介：程惠红(1984—), 女, 博士, 副教授, 主要研究方向为计算地球动力学、地球物理和空间物理学学科项目管理和资助战略研究。E-mail: chenghh@nsfc.gov.cn
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