紅色軍測系列之三十九:中國大地控制網(wǎng)的布測
紅色軍測系列之三十九
中國大地控制網(wǎng)的布測
撰文、編輯/老村長
2019年5月4日于北京
在國家領(lǐng)土上布測一系列點并聯(lián)成大地控制網(wǎng),是軍事大地測量的主要任務(wù)之一,也是全國基礎(chǔ)測繪的重要內(nèi)容。其目的是為國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)、測繪各種地圖及各種工程建設(shè)測量提供控制基礎(chǔ),為軍事和空間技術(shù)提供定位、定向和重力數(shù)據(jù),為地球科學研究提供精確的地理信息數(shù)據(jù)。
新中國的大地控制網(wǎng)布測工作,自1951年開始,到1975年,歷時25年完成了以國家水平控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)和重力網(wǎng)為主構(gòu)成的國家大地控制網(wǎng)的布測。題圖為建于某測繪部隊院內(nèi)的大地控制點標志—鋼標(老村長拍攝)。
國家水平控制網(wǎng),主要采用天文測量、三角測量、導線測量和長度測量等方法布測,為求定地面點的平面位置(大地坐標)提供起算基礎(chǔ)。國家水平控制網(wǎng)按照分級(分4級)布網(wǎng)、逐級控制的原則進行,其中一、二等網(wǎng)稱為國家天文大地網(wǎng),初期主要目的是將國家大地原點基準坐標數(shù)據(jù)傳算到全國各地,為大規(guī)模測繪基本比例尺地形圖提供平面控制基礎(chǔ)。
根據(jù)東部國防地帶測圖工作需要,總參測繪局自1951年起從北開始,組織陸續(xù)組建的6支直屬大地測量隊,大體由北向南開展東部沿海地區(qū)水平控制網(wǎng)布測。1955年起,國家地質(zhì)、水利等部門根據(jù)本系統(tǒng)需要,參加了中部、西部和東北部國家水平大地控制網(wǎng)布測。
1956年國家測繪總局成立后,和總參測繪局共同制定了《中華人民共和國大地測量法式(草案)》,就全國大地控制網(wǎng)布測工作進行了分工,并著手建立測繪基準(見紅色軍測系列之二十三),制定技術(shù)規(guī)范,全面展開布測工作。由此,中國大地測量進入全盛時期,軍地共有16支大地測量隊、5000余人,將國家水平控制網(wǎng)的布測從東部推向中部和西部。到1962年,除西部人煙稀少和經(jīng)濟尚不發(fā)達地區(qū)正在布測外,全國大部分地區(qū)大地控制網(wǎng)的布測工作基本完成。圖為1958年總參測繪局第5大地測量隊在湖南南部執(zhí)行天文大地網(wǎng)布測任務(wù)時,技術(shù)人員完成三角觀測作業(yè)后轉(zhuǎn)站。
青藏高原地區(qū)天文大地網(wǎng)的布測,是全國天文大地網(wǎng)布測中最為艱巨的任務(wù)。1958~1968年間,國家測繪總局派大地測量力量,在青藏高原開展了天文大地測量,沿交通線布測了一、二等電磁波測距導線。1969年國家測繪總局撤銷后,在青藏高原測圖會戰(zhàn)中,總參測繪局組織測繪部隊布測了一條一等三角鎖,代替已測的一、二等導線,并加密布測了二等三角鎖、網(wǎng)或?qū)Ь€。至1975年完成青藏高原大地控制網(wǎng)布測任務(wù)的,至此全國天文大地網(wǎng)基本布測完成。1972~1976年間,根據(jù)全國天文大地網(wǎng)整體平差的需要,總參測繪局組織測繪部隊還對已布測的天文大地網(wǎng)進行了改造、加強或重測。
圖為1971年,福州軍區(qū)第2測繪大隊在西藏日土地區(qū)執(zhí)行大地測量任務(wù)時,技術(shù)人員在雪山頂進行三角測量作業(yè)。
1970年,總參第1測繪大隊在青海西南部地區(qū)執(zhí)行大地測量任務(wù)時,技術(shù)人員向雪山觀測點攀登。
1971年,武漢軍區(qū)第3測繪大隊在藏南地區(qū)執(zhí)行大地測量任務(wù)時,技術(shù)人員在雪山上進行三角測量觀測。
1974年,蘭州軍區(qū)第6測繪大隊在藏北地區(qū)執(zhí)行二等三角鎖布測任務(wù)時,技術(shù)人員進行天文測量作業(yè)。
全國天文大地網(wǎng)布測從1951年開始,到1975年基本完成野外測量。25年間,軍地大地測量工作者在廣闊的國土上,布測各等級大地控制點約44萬點,其中一等三角鎖401條、6182點,二等三角網(wǎng)138個、3.35萬點,一、二等導線70條、826點,一、二等天文點2218點,一、二等基線、測距467條等。同時,為滿足經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和地形圖測繪、工程測量等對控制點密度的需要,軍隊和地方測繪部門還加密測量三、四等三角點約23萬點,測繪部隊布測了大量軍用控制點。
圖為全國天文大地網(wǎng)布測示意圖(來自《中國測繪史》第3卷)。
在全國天文大地網(wǎng)布測過程中,為滿足測繪基本比例尺地形圖對控制點的需要,對觀測數(shù)據(jù)進行了分區(qū)平差。為了消除原來分區(qū)平差和逐級控制產(chǎn)生的不合理影響,提高天文大地網(wǎng)的整體精度,建立高精度的大地坐標系,使天文大地網(wǎng)更好地適應國防建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)、空間技術(shù)和地球科學的需要,需要對全國天文大地網(wǎng)進行整體平差。
隨著全國天文大地網(wǎng)布測的推進,為了滿足國防尖端技術(shù)和空間技術(shù)發(fā)展的需要,總參測繪局于1972年12月召開了全國天文大地網(wǎng)整體平差座談會,安排部署全國天文大地網(wǎng)整體平差工作。國家測繪總局(1982年改稱國家測繪局)重建后,也把全國天文大地網(wǎng)整體平差工作擺到優(yōu)先位置。此后,兩局先后聯(lián)合組織召開多次專題會議,研究解決平差中的理論技術(shù)、任務(wù)分工等問題。
全國天文大地網(wǎng)整體平差包括資料分析、數(shù)據(jù)歸算、橢球定位、大地基準數(shù)據(jù)確定、程序編制、平差計算和精度分析等內(nèi)容。根據(jù)任務(wù)分工,國家測繪總局由陜西省第4測繪大隊和總局測繪科學研究所承擔,總參測繪局由總參某測繪大隊和測繪研究所承擔。
平差計算由國家測繪總局和總參測繪局分別進行,采用相同的數(shù)據(jù),按照兩種不同的平差方法、不同的程序并在不同的計算機上解算,以相互驗證解算結(jié)果的可靠性。1981年11月,全國天文大地網(wǎng)整體平差解算工作正式開始,國家測繪總局采用條件聯(lián)系平差法,在CDC.CYBER172型計算機上解算;總參測繪局采用附有條件的間接平差法,在國產(chǎn)103型計算機上解算。兩局均一次上機計算成功,全部解算工作于1982年5月完成。圖為總參某測繪大隊計算人員在中國科學院計算中心103機房進行了平差解算。
這是中國有史以來的一次全國大規(guī)模天文大地網(wǎng)整體平差,參加計算的各類數(shù)據(jù)達420萬條,平差中組成的中誤差方程式達31萬個,線性方程組達15萬階。兩種方法平差計算結(jié)果符合良好,同名點坐標值互差絕大部分在2厘米以內(nèi),平差后相對大地原點最遠點位誤差0.7~0.8米,從而證明這次平差從理論、方法到計算結(jié)果都是正確的,平差中建立的1980西安坐標系是科學的。這一重大科技成果,1985年獲國家科技進步二等獎。
國家高程控制網(wǎng),主要采用水準測量方法布測,故又稱國家水準網(wǎng),為確定地面點提供控制基礎(chǔ)。國家水準網(wǎng)也采用分級布網(wǎng)、逐級控制的原則布測,其主要作用是將國家水準原點高程數(shù)據(jù)傳算到全國各地,為測繪基本比例尺地形圖和各種工程建設(shè)提供統(tǒng)一的、高精度的高程控制基礎(chǔ);為監(jiān)測地面沉降、地殼形變和地震預報等提供手段;為地球科學研究提供高程數(shù)據(jù)。
為了建立統(tǒng)一的國家高程控制網(wǎng),總參測繪局于1956年牽頭以青島大港驗潮站1950~1956年的驗潮資料為依據(jù),建立了1956年黃海高程系(詳見紅色軍測系列之二十三),解決了中國歷史上各地高程基準不統(tǒng)一的問題。
總參測繪局根據(jù)東部國防地帶測圖的需要,自1951年起組織直屬測繪部隊在東部沿海地區(qū)布測水準路線;國家水利部門根據(jù)治理大江大河和水資源開發(fā)的需要,開展了精密水準測量工作。1956年,總參測繪局和水利部對已布測的4.3萬千米的水準路線成果進行了統(tǒng)一平差,使其統(tǒng)一到1956年黃海高程系中。
1956年國家測繪總局成立后,與總參測繪局分工實施國家水準網(wǎng)布測工作,到20世紀60年代中期,國家一等水準路線已布滿全國大部分地區(qū),將國家統(tǒng)一高程從青島水準原點傳遞到包括青藏高原在內(nèi)的全國大陸絕大部分地區(qū)。
圖為濟南軍區(qū)某測繪大隊技術(shù)人員對青島水準原點進行復測。
到1975年底,國家高程控制網(wǎng)(水準網(wǎng))布測完成。25年間,軍地大地測量工作者在廣闊的國土上,布測一等水準路線5萬千米,二等水準路線19萬千米,以及大量三、四等水準路線,國家有關(guān)業(yè)務(wù)部門還布測了相當數(shù)量的水準路線。這些成果,為測制全國基本比例尺地形圖和各建設(shè)部門的測量,提供了可靠的高程控制基礎(chǔ)。圖為全國一等水準路線布測示意圖(來自《中國測繪史》第3卷)。
水準測量是軍事大地測量中最為艱苦的測量專業(yè)。為完成國家水準網(wǎng)的布測,軍地大地測量工作者靠雙腳,一步一步地把青島國家水準原點的高程基準數(shù)據(jù),推算到全國各地,并最終推算到世界最高峰——珠穆朗瑪峰。
新中國成立后,中國先后布測了國家1957重力基本網(wǎng)圖、1985重力基本網(wǎng)和2000重力基本網(wǎng)(詳見紅色軍測系列之二十三)。圖為國家1985重力基本網(wǎng)布測示意圖(來自《中國測繪史》第3卷)。
中國1975年前布測的國家大地控制網(wǎng),主要采用經(jīng)典大地測量方法分別布測。1957年蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射后,衛(wèi)星大地測量技術(shù)發(fā)展迅速,使直接布測三維大地控制網(wǎng)(又稱空間大地控制網(wǎng))有了新的技術(shù)手段。中國在60年代中期,開始衛(wèi)星大地測量技術(shù)試驗,以精確測定地球橢球和重力場參數(shù),建立地心坐標系。70年代后,開始衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)、干涉測量技術(shù)試驗,以發(fā)展中國大地測量新技術(shù)。
為精化國家地心坐標系,總參測繪局和國家測繪總局于1979年共同制定了布測全國衛(wèi)星多普勒大地網(wǎng)的方案,并于1980年10月完成了由37點構(gòu)成的全國衛(wèi)星多普勒網(wǎng)的布測工作,為建立地心二號坐標系奠定了基礎(chǔ)。
20世紀90年代,隨著GPS定位技術(shù)的成熟和應用,總參測繪局、國家測繪局、中國地震局等部門,分別或聯(lián)合組織了三維大地控制網(wǎng)的布測工作。1991~1997年,總參測繪局組織布測了由534點構(gòu)成的全國GP$一、二級網(wǎng)(其中A級44點);1992~1995年,國家測繪局組織布測了由818點構(gòu)成的全國GPS A、B級網(wǎng)(其中A級27點);1998~2000年,總參測繪局與中國地震局、國家測繪局、中國科學院聯(lián)合布測了中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)(基準網(wǎng)25點、基本網(wǎng)56點、區(qū)域網(wǎng)1000點)。
上述三類三維大地控制網(wǎng)已成為中國現(xiàn)代大地測量和國家基礎(chǔ)測繪的基本框架,在國防建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)和地球科學研究等諸多方面發(fā)揮著越來越重要的作用。21世紀初,軍地大地測量工作者聯(lián)合完成了空間大地控制網(wǎng)(簡稱空間網(wǎng))與國家天文大地網(wǎng)(簡稱地面網(wǎng))的聯(lián)合平差,建立了2000中國大地坐標系(CGCS2000),以更好地適應空間技術(shù)發(fā)展和地球科學研究對高精度大地基準的需要。
圖為1992年11月5日總參測繪局在天津舉行全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)測量成果發(fā)布會。
來源:本篇依據(jù)《中國測繪史》第3卷、《大地測量基礎(chǔ)》(呂志平等編著,解放軍出版社2005)等文獻有關(guān)內(nèi)容編輯而成,引用了《中國測繪史》第3卷、《中國人民解放軍測繪歷史資料》叢書相關(guān)圖片。(版權(quán)歸原作者及刊載媒體所有)
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編輯 /周廬艷 審核/黃敏 肖紫寒
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