紅色軍測(cè)系列之三十九:中國(guó)大地控制網(wǎng)的布測(cè)

色軍測(cè)系列之三十九

中國(guó)大地控制網(wǎng)的布測(cè)

撰文、編輯/老村長(zhǎng)

2019年5月4日于北京

在國(guó)家領(lǐng)土上布測(cè)一系列點(diǎn)并聯(lián)成大地控制網(wǎng),是軍事大地測(cè)量的主要任務(wù)之一,也是全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪的重要內(nèi)容。其目的是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、測(cè)繪各種地圖及各種工程建設(shè)測(cè)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(xué)研究提供精確的地理信息數(shù)據(jù)。

新中國(guó)的大地控制網(wǎng)布測(cè)工作,自1951年開始,到1975年,歷時(shí)25年完成了以國(guó)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(guó)家大地控制網(wǎng)的布測(cè)。題圖為建于某測(cè)繪部隊(duì)院內(nèi)的大地控制點(diǎn)標(biāo)志—鋼標(biāo)(老村長(zhǎng)拍攝)。

國(guó)家水平控制網(wǎng),主要采用天文測(cè)量、三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量和長(zhǎng)度測(cè)量等方法布測(cè),為求定地面點(diǎn)的平面位置(大地坐標(biāo))提供起算基礎(chǔ)。國(guó)家水平控制網(wǎng)按照分級(jí)(分4級(jí))布網(wǎng)、逐級(jí)控制的原則進(jìn)行,其中一、二等網(wǎng)稱為國(guó)家天文大地網(wǎng),初期主要目的是將國(guó)家大地原點(diǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳算到全國(guó)各地,為大規(guī)模測(cè)繪基本比例尺地形圖提供平面控制基礎(chǔ)。

根據(jù)東部國(guó)防地帶測(cè)圖工作需要,總參測(cè)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(cè)量隊(duì),大體由北向南開展東部沿海地區(qū)水平控制網(wǎng)布測(cè)。1955年起,國(guó)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(guó)家水平大地控制網(wǎng)布測(cè)。

1956年國(guó)家測(cè)繪總局成立后,和總參測(cè)繪局共同制定了《中華人民共和國(guó)大地測(cè)量法式(草案)》,就全國(guó)大地控制網(wǎng)布測(cè)工作進(jìn)行了分工,并著手建立測(cè)繪基準(zhǔn)(見紅色軍測(cè)系列之二十三),制定技術(shù)規(guī)范,全面展開布測(cè)工作。由此,中國(guó)大地測(cè)量進(jìn)入全盛時(shí)期,軍地共有16支大地測(cè)量隊(duì)、5000余人,將國(guó)家水平控制網(wǎng)的布測(cè)從東部推向中部和西部。到1962年,除西部人煙稀少和經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)地區(qū)正在布測(cè)外,全國(guó)大部分地區(qū)大地控制網(wǎng)的布測(cè)工作基本完成。圖為1958年總參測(cè)繪局第5大地測(cè)量隊(duì)在湖南南部執(zhí)行天文大地網(wǎng)布測(cè)任務(wù)時(shí),技術(shù)人員完成三角觀測(cè)作業(yè)后轉(zhuǎn)站。

青藏高原地區(qū)天文大地網(wǎng)的布測(cè),是全國(guó)天文大地網(wǎng)布測(cè)中最為艱巨的任務(wù)。1958~1968年間,國(guó)家測(cè)繪總局派大地測(cè)量力量,在青藏高原開展了天文大地測(cè)量,沿交通線布測(cè)了一、二等電磁波測(cè)距導(dǎo)線。1969年國(guó)家測(cè)繪總局撤銷后,在青藏高原測(cè)圖會(huì)戰(zhàn)中,總參測(cè)繪局組織測(cè)繪部隊(duì)布測(cè)了一條一等三角鎖,代替已測(cè)的一、二等導(dǎo)線,并加密布測(cè)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(cè)任務(wù)的,至此全國(guó)天文大地網(wǎng)基本布測(cè)完成。1972~1976年間,根據(jù)全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差的需要,總參測(cè)繪局組織測(cè)繪部隊(duì)還對(duì)已布測(cè)的天文大地網(wǎng)進(jìn)行了改造、加強(qiáng)或重測(cè)。

圖為1971年,福州軍區(qū)第2測(cè)繪大隊(duì)在西藏日土地區(qū)執(zhí)行大地測(cè)量任務(wù)時(shí),技術(shù)人員在雪山頂進(jìn)行三角測(cè)量作業(yè)。

1970年,總參第1測(cè)繪大隊(duì)在青海西南部地區(qū)執(zhí)行大地測(cè)量任務(wù)時(shí),技術(shù)人員向雪山觀測(cè)點(diǎn)攀登。

1971年,武漢軍區(qū)第3測(cè)繪大隊(duì)在藏南地區(qū)執(zhí)行大地測(cè)量任務(wù)時(shí),技術(shù)人員在雪山上進(jìn)行三角測(cè)量觀測(cè)。

1974年,蘭州軍區(qū)第6測(cè)繪大隊(duì)在藏北地區(qū)執(zhí)行二等三角鎖布測(cè)任務(wù)時(shí),技術(shù)人員進(jìn)行天文測(cè)量作業(yè)。

全國(guó)天文大地網(wǎng)布測(cè)從1951年開始,到1975年基本完成野外測(cè)量。25年間,軍地大地測(cè)量工作者在廣闊的國(guó)土上,布測(cè)各等級(jí)大地控制點(diǎn)約44萬點(diǎn),其中一等三角鎖401條、6182點(diǎn),二等三角網(wǎng)138個(gè)、3.35萬點(diǎn),一、二等導(dǎo)線70條、826點(diǎn),一、二等天文點(diǎn)2218點(diǎn),一、二等基線、測(cè)距467條等。同時(shí),為滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和地形圖測(cè)繪、工程測(cè)量等對(duì)控制點(diǎn)密度的需要,軍隊(duì)和地方測(cè)繪部門還加密測(cè)量三、四等三角點(diǎn)約23萬點(diǎn),測(cè)繪部隊(duì)布測(cè)了大量軍用控制點(diǎn)。

圖為全國(guó)天文大地網(wǎng)布測(cè)示意圖(來自《中國(guó)測(cè)繪史》第3卷)。

在全國(guó)天文大地網(wǎng)布測(cè)過程中,為滿足測(cè)繪基本比例尺地形圖對(duì)控制點(diǎn)的需要,對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分區(qū)平差。為了消除原來分區(qū)平差和逐級(jí)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(biāo)系,使天文大地網(wǎng)更好地適應(yīng)國(guó)防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、空間技術(shù)和地球科學(xué)的需要,需要對(duì)全國(guó)天文大地網(wǎng)進(jìn)行整體平差。

隨著全國(guó)天文大地網(wǎng)布測(cè)的推進(jìn),為了滿足國(guó)防尖端技術(shù)和空間技術(shù)發(fā)展的需要,總參測(cè)繪局于1972年12月召開了全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差座談會(huì),安排部署全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差工作。國(guó)家測(cè)繪總局(1982年改稱國(guó)家測(cè)繪局)重建后,也把全國(guó)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(huì)議,研究解決平差中的理論技術(shù)、任務(wù)分工等問題。

全國(guó)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(zhǔn)數(shù)據(jù)確定、程序編制、平差計(jì)算和精度分析等內(nèi)容。根據(jù)任務(wù)分工,國(guó)家測(cè)繪總局由陜西省第4測(cè)繪大隊(duì)和總局測(cè)繪科學(xué)研究所承擔(dān),總參測(cè)繪局由總參某測(cè)繪大隊(duì)和測(cè)繪研究所承擔(dān)。

平差計(jì)算由國(guó)家測(cè)繪總局和總參測(cè)繪局分別進(jìn)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(jì)算機(jī)上解算,以相互驗(yàn)證解算結(jié)果的可靠性。1981年11月,全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差解算工作正式開始,國(guó)家測(cè)繪總局采用條件聯(lián)系平差法,在CDC.CYBER172型計(jì)算機(jī)上解算;總參測(cè)繪局采用附有條件的間接平差法,在國(guó)產(chǎn)103型計(jì)算機(jī)上解算。兩局均一次上機(jī)計(jì)算成功,全部解算工作于1982年5月完成。圖為總參某測(cè)繪大隊(duì)計(jì)算人員在中國(guó)科學(xué)院計(jì)算中心103機(jī)房進(jìn)行了平差解算。

這是中國(guó)有史以來的一次全國(guó)大規(guī)模天文大地網(wǎng)整體平差,參加計(jì)算的各類數(shù)據(jù)達(dá)420萬條,平差中組成的中誤差方程式達(dá)31萬個(gè),線性方程組達(dá)15萬階。兩種方法平差計(jì)算結(jié)果符合良好,同名點(diǎn)坐標(biāo)值互差絕大部分在2厘米以內(nèi),平差后相對(duì)大地原點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)位誤差0.7~0.8米,從而證明這次平差從理論、方法到計(jì)算結(jié)果都是正確的,平差中建立的1980西安坐標(biāo)系是科學(xué)的。這一重大科技成果,1985年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

國(guó)家高程控制網(wǎng),主要采用水準(zhǔn)測(cè)量方法布測(cè),故又稱國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng),為確定地面點(diǎn)提供控制基礎(chǔ)。國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)也采用分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制的原則布測(cè),其主要作用是將國(guó)家水準(zhǔn)原點(diǎn)高程數(shù)據(jù)傳算到全國(guó)各地,為測(cè)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(cè)地面沉降、地殼形變和地震預(yù)報(bào)等提供手段;為地球科學(xué)研究提供高程數(shù)據(jù)。

為了建立統(tǒng)一的國(guó)家高程控制網(wǎng),總參測(cè)繪局于1956年?duì)款^以青島大港驗(yàn)潮站1950~1956年的驗(yàn)潮資料為依據(jù),建立了1956年黃海高程系(詳見紅色軍測(cè)系列之二十三),解決了中國(guó)歷史上各地高程基準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題。

總參測(cè)繪局根據(jù)東部國(guó)防地帶測(cè)圖的需要,自1951年起組織直屬測(cè)繪部隊(duì)在東部沿海地區(qū)布測(cè)水準(zhǔn)路線;國(guó)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(zhǔn)測(cè)量工作。1956年,總參測(cè)繪局和水利部對(duì)已布測(cè)的4.3萬千米的水準(zhǔn)路線成果進(jìn)行了統(tǒng)一平差,使其統(tǒng)一到1956年黃海高程系中。

1956年國(guó)家測(cè)繪總局成立后,與總參測(cè)繪局分工實(shí)施國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)布測(cè)工作,到20世紀(jì)60年代中期,國(guó)家一等水準(zhǔn)路線已布滿全國(guó)大部分地區(qū),將國(guó)家統(tǒng)一高程從青島水準(zhǔn)原點(diǎn)傳遞到包括青藏高原在內(nèi)的全國(guó)大陸絕大部分地區(qū)。

圖為濟(jì)南軍區(qū)某測(cè)繪大隊(duì)技術(shù)人員對(duì)青島水準(zhǔn)原點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

到1975年底,國(guó)家高程控制網(wǎng)(水準(zhǔn)網(wǎng))布測(cè)完成。25年間,軍地大地測(cè)量工作者在廣闊的國(guó)土上,布測(cè)一等水準(zhǔn)路線5萬千米,二等水準(zhǔn)路線19萬千米,以及大量三、四等水準(zhǔn)路線,國(guó)家有關(guān)業(yè)務(wù)部門還布測(cè)了相當(dāng)數(shù)量的水準(zhǔn)路線。這些成果,為測(cè)制全國(guó)基本比例尺地形圖和各建設(shè)部門的測(cè)量,提供了可靠的高程控制基礎(chǔ)。圖為全國(guó)一等水準(zhǔn)路線布測(cè)示意圖(來自《中國(guó)測(cè)繪史》第3卷)。

水準(zhǔn)測(cè)量是軍事大地測(cè)量中最為艱苦的測(cè)量專業(yè)。為完成國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)的布測(cè),軍地大地測(cè)量工作者靠雙腳,一步一步地把青島國(guó)家水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程基準(zhǔn)數(shù)據(jù),推算到全國(guó)各地,并最終推算到世界最高峰——珠穆朗瑪峰

新中國(guó)成立后,中國(guó)先后布測(cè)了國(guó)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(cè)系列之二十三)。圖為國(guó)家1985重力基本網(wǎng)布測(cè)示意圖(來自《中國(guó)測(cè)繪史》第3卷)。

中國(guó)1975年前布測(cè)的國(guó)家大地控制網(wǎng),主要采用經(jīng)典大地測(cè)量方法分別布測(cè)。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(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速,使直接布測(cè)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(guó)在60年代中期,開始衛(wèi)星大地測(cè)量技術(shù)試驗(yàn),以精確測(cè)定地球橢球和重力場(chǎng)參數(shù),建立地心坐標(biāo)系。70年代后,開始衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)、干涉測(cè)量技術(shù)試驗(yàn),以發(fā)展中國(guó)大地測(cè)量新技術(shù)。

為精化國(guó)家地心坐標(biāo)系,總參測(cè)繪局和國(guó)家測(cè)繪總局于1979年共同制定了布測(cè)全國(guó)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(diǎn)構(gòu)成的全國(guó)衛(wèi)星多普勒網(wǎng)的布測(cè)工作,為建立地心二號(hào)坐標(biāo)系奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)90年代,隨著GPS定位技術(shù)的成熟和應(yīng)用,總參測(cè)繪局、國(guó)家測(cè)繪局、中國(guó)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(cè)工作。1991~1997年,總參測(cè)繪局組織布測(cè)了由534點(diǎn)構(gòu)成的全國(guó)GP$一、二級(jí)網(wǎng)(其中A級(jí)44點(diǎn));1992~1995年,國(guó)家測(cè)繪局組織布測(cè)了由818點(diǎn)構(gòu)成的全國(guó)GPS A、B級(jí)網(wǎng)(其中A級(jí)27點(diǎn));1998~2000年,總參測(cè)繪局與中國(guó)地震局、國(guó)家測(cè)繪局、中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合布測(cè)了中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)(基準(zhǔn)網(wǎng)25點(diǎn)、基本網(wǎng)56點(diǎn)、區(qū)域網(wǎng)1000點(diǎn))。

上述三類三維大地控制網(wǎng)已成為中國(guó)現(xiàn)代大地測(cè)量和國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪的基本框架,在國(guó)防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和地球科學(xué)研究等諸多方面發(fā)揮著越來越重要的作用。21世紀(jì)初,軍地大地測(cè)量工作者聯(lián)合完成了空間大地控制網(wǎng)(簡(jiǎn)稱空間網(wǎng))與國(guó)家天文大地網(wǎng)(簡(jiǎn)稱地面網(wǎng))的聯(lián)合平差,建立了2000中國(guó)大地坐標(biāo)系(CGCS2000),以更好地適應(yīng)空間技術(shù)發(fā)展和地球科學(xué)研究對(duì)高精度大地基準(zhǔn)的需要。

圖為1992年11月5日總參測(cè)繪局在天津舉行全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)測(cè)量成果發(fā)布會(huì)。

來源:本篇依據(jù)《中國(guó)測(cè)繪史》第3卷、《大地測(cè)量基礎(chǔ)》(呂志平等編著,解放軍出版社2005)等文獻(xiàn)有關(guān)內(nèi)容編輯而成,引用了《中國(guó)測(cè)繪史》第3卷、《中國(guó)人民解放軍測(cè)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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