8.1.1 大地测量
大地测量学是测绘学科的基础性学科。现代大地测量学与地球科学、空间科学和信息科学等多学科交叉，不断深化其内涵与拓展其外延。近十年，在现代高程基准确定、地球重力场的基础理论与方法、卫星重力探测技术及应用、大地测量地球物理联合反演理论与方法、地震地质灾害的大地测量监测、卫星测高技术及应用、卫星导航定位与定轨技术及应用、地球系统物质迁移及其动力学机制等领域取得了大量高水平成果，其中部分成果处于国内领先水平并在国际上产生了重要影响，为我国大地测量学的发展及有关重大科学工程建设作出了突出贡献。
1.现代高程基准建立
我国采用1985黄海高程系统作为国家高程基准，青岛水准原点及其高程值为其起始基准数据，而国家一、二等水准网为此高程系统的参考框架。国家高程基准是测绘研究的根基，近十年，为了代替几何水准测量所建立的高程参考框架，将国家高程基准利用厘米级精度水平的高分辨率(似)大地水准面将GNSS测定的大地高转换成正(常)高，借助(似)大地水准面形成全球统一的高程基准，测绘学科在地球重力场领域不断突破，实现了大地水准面从理论到工程化应用的重大跨越。宁津生院士、李建成院士及其研究团队创新性地提出用数字高程基准取代传统水准标石，建立并维持国家现代高程基准，实现了传统高程基准建立和维持模式的根本性转变，引领了我国现代基准建设；通过解决精密大地水准面确定的多项理论和技术难题，完成了从米级到分米级、到厘米级、再到亚厘米级三次精度提升，使我国在该技术领域达到世界领先水平；成功实现建立1厘米精度城市和5厘米精度省级似大地水准面，精度水平整体提高了一个量级，并为我国现代高程基准建设提供了完整的新技术和标准；利用高精度区域似大地水准面和GPS大地高实现了长距离跨海厘米级精度的高程基准传递，解决了近海区域跨海高程测量难题。成果已规模化推广应用到150多个省、市、区域的数字高程基准建设工程。
2.地球重力场理论、方法与应用
地球重力场表征了地球空间基本力学环境，是发展空间技术、建立地球参考坐标系、资源勘探和发展远程武器的重要基础。精密确定地球重力场是武汉大学测绘学科近十年来的重要研究领域。通过高精度高分辨率局部大地水准面确定的理论和方法研究，实现了我国各省区局部似大地水准面平均精度高于澳大利亚和加拿大等发达国家，实现±(2～5)cm厘米级的突破。通过改进低轨卫星精密定轨的计算方法，构建了高精度静态重力场模型和GRACE时变重力场模型，并进行了新一代卫星重力测量模式的模拟研究，完善了卫星精密定轨与卫星重力场模型确定的理论和方法。建立了多源多代卫星测高数据和海面时变信号改正方法，成功构建了高精度平均海面高模型。在卫星时变重力场研究领域，成功实现GRACE时变重力场有效探测同震重力变化，为地震等灾害监测提供依据。重力场数据的多尺度分析技术方面取得的一系列创新成果，得到国内外同行的高度关注和引用，部分成果已经在测绘、地震、规划等部门，并在高校和科研院所得到应用。顾及分辨率的线性估计方法推广应用于927重力测量数据处理，有效提高了数据精度。重力数据的多尺度分析方法和多分辨率可视化技术被应用于我国重大科技基础设施“中国大陆环境构造监测网络”重力数据处理与分析软件系统中，为地震预测、国土测绘、国民经济生活等诸多领域提供服务。
3.空间大地测量理论、技术及应用
空间大地测量是利用卫星或河外类星体射电源电磁波信号精密测量地面及外空间任意点三维坐标及其随时间的变化，是现代大地测量的核心技术，也是大地测量扩大其应用领域的主要手段。近十年，空间大地测量在卫星运动轨道理论、地球坐标系的定义和实现、地壳运动监测技术及应用等领域取得了系列突破。(https://www.daowen.com)
在GNSS精密定位技术研究与应用方面，通过建立GPS+GLONASS+BeiDou+Galileo四大卫星导航定位系统融合的精密单点定位模型，研究并分析了四系统融合PPP的定位性能，包含静态、动态以及在不同高度角下单系统和不同系统组合的PPP定位精度和收敛速度。提出了较为完整的北斗/GPS融合精密动态相对定位处理方案，实现了中短距离的北斗/GPS动态相对定位，研制了相应的原型软件系统，开展了大量的静态、车载和船载实验，可以在中短距离上实现静态、静动、动动等模式的相对定位，获得厘米至分米级的实时定位结果。研制了北斗/GPS实时姿态测量软件系统，并成功嵌入到某国产接收机进行工程应用。深入研究了北斗/GPS实时形变监测数据处理所涉及的融合定位模型、模糊度快速固定及恢复、误差精化处理等关键问题以及算法实现，建立了一套较为完整的适合于区域实时形变监测的数据处理方案。
面对我国在深空探测领域的战略需求，针对月球探测器和火星探测器定位的局限性，经过数年科技攻关，突破了空间大地测量技术高频计算和分析地球定向参数(EOP)、月球和火星探测器精密定位和时空基准转换参数精化的一系列关键技术，形成了从GPS到GNSS、SLR、VLBI多种空间大地测量系统，从空间大地测量技术到(ΔVLBI、统一S或X波段测速测距USB/UXB、天文导航和X射线脉冲星导航技术等)深空探测器定位导航技术、从地面测量到自主定位系统、从地球定向参数(EOP)到月球天平动参数和火星探测器时间基准参数，从低频到高频的一整套深空探测器定位和时空基准转换参数精化技术体系。提出了精化深空探测器定位参数、EOP、月球天平动和火星探测器时间基准参数的新方法和新模型，申报获批了一系列国家发明专利，开发了相应的具有自主知识产权的软件系统，开展了大量的空间大地测量、月球探测器和火星探测器实验，可以实现对地球停泊段、地月转移段、环月段探测器、月面着陆探测器、月面巡视器和环火探测器的精密定位和EOP参数、月球天平动参数、火星探测器星载时间基准参数的精化。月球和火星探测器定位精度达到了国际水平，EOP计算值与国际上著名的IERS公布的精度相当，将月球天平动参数Ω改进了1.031as，将火星探测器时间基准保持在300ns。为空间大地测量与地球动力学研究、深空大地测量与天体动力学研究、月球和火星探测器高精度定位、地面测控网和探测器轨道优化设计提供技术支撑，对我国测绘行业的科技进步及保障我国深空探测工程安全具有重要意义。
成果先后成功应用于相关单位的测绘工程控制网测量、CORS站的建立与维持、卫星定位导航大地基准的建设工程中，对嫦娥1，2，3和5号月球探测器测控或试验测控的技术支持以及火星探测的研究工作中，解决了因计算频率低制约其高频变化项分辨率的瓶颈问题，以及计算频率低和先验精度低制约深空探测器定位精度的瓶颈问题。大大节约了用户的成本，显著提高了工作效率，取得了巨大的经济和社会效益。
此外，GPS定位技术在对流层、电离层、全球温度模型等方面的应用也在不断扩展，利用提出的基于静态或扰动条件下的总变差最小化的三维迭代电子密度重建算法，显著地提高了重建精度，建立了顾及多影响因子的改进模型。通过探空资料、GGOS数据和COSMIC掩星数据的测试，新模型显示出全球一致的高精度，其精度比当前广泛采用的Bevis加权平均温度模型提高1K左右。相关成果应用于气象学、空间天气、地震等领域的研究工作中。
4.大地测量地球物理反演理论、方法与应用
大地测量地球物理反演旨在利用各种物理、几何场信息约束地球物理本体的内在结构组成、形变机理及其动力学过程。现代空间大地测量技术的出现为研究地球本体提供了海量高时空分辨率的观测数据，同时现代计算机技术的飞速发展为模拟重现特定构造区域与地震孕育发生有关的动力学过程提供了技术保障。
近十年来，针对大地测量地球物理反演中的若干关键难题，提出和建立了大地测量反演构造应力场的理论和方法，为地壳构造应力场研究开辟了新的途径，也为大地测量深入地学研究领域进行了新的开拓；提出利用赫尔默特方差估计方法求解大地测量地球物理联合反演中各类观测权比例因子，利用交叉试验方法评价非线性反演结果的精度，合理地解决了大地测量地球物理联合反演的随机模型问题，发展了大地测量地球物理反演理论；利用GPS/InSAR时序分析集成技术研究地震地壳形变，发展了融合空间遥感与地面变形资料约束断层几何与运动参数的反演算法；研制了利用GPS/水准、InSAR和GIS进行活动断层地震危险性估计的软件系统；建立了库仑应力统一正反演解析模型及顾及库仑应力模型参数随机特性的库仑应力误差估计解析模型，显著提高了库仑应力和余震的空间相关性，有利于预测余震发生。相关研究成果极大推动了测绘技术的发展及行业的进步，取得了显著的社会效益。