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红色军测系列之三十九:中国大地控制网的布测

发布时间:2019-07-19 13:24 来源:未知 编辑:admin

  在国家领土上布测一系列点并联成大地控制网,是军事大地测量的主要任务之一,也是全国基础测绘的重要内容。其目的是为国民经济建设、国防建设、测绘各种地图及各种工程建设测量提供控制基础,为军事和空间技术提供定位、定向和重力数据,为地球科学研究提供精确的地理信息数据。

  新中国的大地控制网布测工作,自1951年开始,到1975年,历时25年完成了以国家水平控制网、高程控制网和重力网为主构成的国家大地控制网的布测。题图为建于某测绘部队院内的大地控制点标志—钢标(老村长拍摄)。

  国家水平控制网,主要采用天文测量、三角测量、导线测量和长度测量等方法布测,为求定地面点的平面位置(大地坐标)提供起算基础。国家水平控制网按照分级(分4级)布网、逐级控制的原则进行,其中一、二等网称为国家天文大地网,初期主要目的是将国家大地原点基准坐标数据传算到全国各地,为大规模测绘基本比例尺地形图提供平面控制基础。

  根据东部国防地带测图工作需要,总参测绘局自1951年起从北开始,组织陆续组建的6支直属大地测量队,大体由北向南开展东部沿海地区水平控制网布测。1955年起,国家地质、水利等部门根据本系统需要,参加了中部、西部和东北部国家水平大地控制网布测。

  1956年国家测绘总局成立后,和总参测绘局共同制定了《中华人民共和国大地测量法式(草案)》,就全国大地控制网布测工作进行了分工,并着手建立测绘基准(见红色军测系列之二十三),制定技术规范,全面展开布测工作。由此,中国大地测量进入全盛时期,军地共有16支大地测量队、5000余人,将国家水平控制网的布测从东部推向中部和西部。到1962年,除西部人烟稀少和经济尚不发达地区正在布测外,全国大部分地区大地控制网的布测工作基本完成。图为1958年总参测绘局第5大地测量队在湖南南部执行天文大地网布测任务时,技术人员完成三角观测作业后转站。

  青藏高原地区天文大地网的布测,是全国天文大地网布测中最为艰巨的任务。1958~1968年间,国家测绘总局派大地测量力量,在青藏高原开展了天文大地测量,沿交通线布测了一、二等电磁波测距导线年国家测绘总局撤销后,在青藏高原测图会战中,总参测绘局组织测绘部队布测了一条一等三角锁,代替已测的一、二等导线,并加密布测了二等三角锁、网或导线年完成青藏高原大地控制网布测任务的,至此全国天文大地网基本布测完成。1972~1976年间,根据全国天文大地网整体平差的需要,总参测绘局组织测绘部队还对已布测的天文大地网进行了改造、加强或重测。

  图为1971年,福州军区第2测绘大队在西藏日土地区执行大地测量任务时,技术人员在雪山顶进行三角测量作业。

  1970年,总参第1测绘大队在青海西南部地区执行大地测量任务时,技术人员向雪山观测点攀登。

  1971年,武汉军区第3测绘大队在藏南地区执行大地测量任务时,技术人员在雪山上进行三角测量观测。

  1974年,兰州军区第6测绘大队在藏北地区执行二等三角锁布测任务时,技术人员进行天文测量作业。

  全国天文大地网布测从1951年开始,到1975年基本完成野外测量。25年间,军地大地测量工作者在广阔的国土上,布测各等级大地控制点约44万点,其中一等三角锁401条、6182点,二等三角网138个、3.35万点,一、二等导线点,一、二等基线条等。同时,为满足经济建设、国防建设和地形图测绘、工程测量等对控制点密度的需要,军队和地方测绘部门还加密测量三、四等三角点约23万点,测绘部队布测了大量军用控制点。

  在全国天文大地网布测过程中,为满足测绘基本比例尺地形图对控制点的需要,对观测数据进行了分区平差。为了消除原来分区平差和逐级控制产生的不合理影响,提高天文大地网的整体精度,建立高精度的大地坐标系,使天文大地网更好地适应国防建设、经济建设、空间技术和地球科学的需要,需要对全国天文大地网进行整体平差。

  随着全国天文大地网布测的推进,为了满足国防尖端技术和空间技术发展的需要,总参测绘局于1972年12月召开了全国天文大地网整体平差座谈会,安排部署全国天文大地网整体平差工作。国家测绘总局(1982年改称国家测绘局)重建后,也把全国天文大地网整体平差工作摆到优先位置。此后,两局先后联合组织召开多次专题会议,研究解决平差中的理论技术、任务分工等问题。

  全国天文大地网整体平差包括资料分析、数据归算、椭球定位、大地基准数据确定、程序编制、平差计算和精度分析等内容。根据任务分工,国家测绘总局由陕西省第4测绘大队和总局测绘科学研究所承担,总参测绘局由总参某测绘大队和测绘研究所承担。

  平差计算由国家测绘总局和总参测绘局分别进行,采用相同的数据,按照两种不同的平差方法、不同的程序并在不同的计算机上解算,以相互验证解算结果的可靠性。1981年11月,全国天文大地网整体平差解算工作正式开始,国家测绘总局采用条件联系平差法,在CDC.CYBER172型计算机上解算;总参测绘局采用附有条件的间接平差法,在国产103型计算机上解算。两局均一次上机计算成功,全部解算工作于1982年5月完成。图为总参某测绘大队计算人员在中国科学院计算中心103机房进行了平差解算。

  这是中国有史以来的一次全国大规模天文大地网整体平差,参加计算的各类数据达420万条,平差中组成的中误差方程式达31万个,线万阶。两种方法平差计算结果符合良好,同名点坐标值互差绝大部分在2厘米以内,平差后相对大地原点最远点位误差0.7~0.8米,从而证明这次平差从理论、方法到计算结果都是正确的,平差中建立的1980西安坐标系是科学的。这一重大科技成果,1985年获国家科技进步二等奖。

  国家高程控制网,主要采用水准测量方法布测,故又称国家水准网,为确定地面点提供控制基础。国家水准网也采用分级布网、逐级控制的原则布测,其主要作用是将国家水准原点高程数据传算到全国各地,为测绘基本比例尺地形图和各种工程建设提供统一的、高精度的高程控制基础;为监测地面沉降、地壳形变和地震预报等提供手段;为地球科学研究提供高程数据。

  为了建立统一的国家高程控制网,总参测绘局于1956年牵头以青岛大港验潮站1950~1956年的验潮资料为依据,建立了1956年黄海高程系(详见红色军测系列之二十三),解决了中国历史上各地高程基准不统一的问题。

  总参测绘局根据东部国防地带测图的需要,自1951年起组织直属测绘部队在东部沿海地区布测水准路线;国家水利部门根据治理大江大河和水资源开发的需要,开展了精密水准测量工作。1956年,总参测绘局和水利部对已布测的4.3万千米的水准路线成果进行了统一平差,使其统一到1956年黄海高程系中。

  1956年国家测绘总局成立后,与总参测绘局分工实施国家水准网布测工作,到20世纪60年代中期,国家一等水准路线已布满全国大部分地区,将国家统一高程从青岛水准原点传递到包括青藏高原在内的全国大陆绝大部分地区。

  到1975年底,国家高程控制网(水准网)布测完成。25年间,军地大地测量工作者在广阔的国土上,布测一等水准路线万千米,二等水准路线万千米,以及大量三、四等水准路线,国家有关业务部门还布测了相当数量的水准路线。这些成果,为测制全国基本比例尺地形图和各建设部门的测量,提供了可靠的高程控制基础。图为全国一等水准路线布测示意图(来自《中国测绘史》第3卷)。

  水准测量是军事大地测量中最为艰苦的测量专业。为完成国家水准网的布测,军地大地测量工作者靠双脚,一步一步地把青岛国家水准原点的高程基准数据,推算到全国各地,并最终推算到世界最高峰——珠穆朗玛峰。

  新中国成立后,中国先后布测了国家1957重力基本网图、1985重力基本网和2000重力基本网(详见红色军测系列之二十三)。图为国家1985重力基本网布测示意图(来自《中国测绘史》第3卷)。

  中国1975年前布测的国家大地控制网,主要采用经典大地测量方法分别布测。1957年苏联第一颗人造地球卫星发射后,卫星大地测量技术发展迅速,使直接布测三维大地控制网(又称空间大地控制网)有了新的技术手段。中国在60年代中期,开始卫星大地测量技术试验,以精确测定地球椭球和重力场参数,建立地心坐标系。70年代后,开始卫星多普勒定位技术、干涉测量技术试验,以发展中国大地测量新技术。

  为精化国家地心坐标系,总参测绘局和国家测绘总局于1979年共同制定了布测全国卫星多普勒大地网的方案,并于1980年10月完成了由37点构成的全国卫星多普勒网的布测工作,为建立地心二号坐标系奠定了基础。

  20世纪90年代,随着GPS定位技术的成熟和应用,总参测绘局、国家测绘局、中国地震局等部门,分别或联合组织了三维大地控制网的布测工作。1991~1997年,总参测绘局组织布测了由534点构成的全国GP$一、二级网(其中A级44点);1992~1995年,国家测绘局组织布测了由818点构成的全国GPS A、B级网(其中A级27点);1998~2000年,总参测绘局与中国地震局、国家测绘局、中国科学院联合布测了中国地壳运动观测网络(基准网25点、基本网56点、区域网1000点)。

  上述三类三维大地控制网已成为中国现代大地测量和国家基础测绘的基本框架,在国防建设、经济建设和地球科学研究等诸多方面发挥着越来越重要的作用。21世纪初,军地大地测量工作者联合完成了空间大地控制网(简称空间网)与国家天文大地网(简称地面网)的联合平差,建立了2000中国大地坐标系(CGCS2000),以更好地适应空间技术发展和地球科学研究对高精度大地基准的需要。

  图为1992年11月5日总参测绘局在天津举行全球卫星定位系统测量成果发布会。

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