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(jì)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(xué)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(biāo)志—鋼標(biāo)（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(dǎo)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(biāo)）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(jìn)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(zhǔn)坐標(biāo)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(jìn)行了分工，并著手建立測繪基準(zhǔn)（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(jìn)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(jì)尚不發(fā)達(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)行了改造、加強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(jì)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(jìn)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(biāo)系，使天文大地網(wǎng)更好地適應(yīng)國防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、空間技術(shù)和地球科學(xué)的需要，需要對全國天文大地網(wǎng)進(jìn)行整體平差。
隨著全國天文大地網(wǎng)布測的推進(jìn)，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(zhǔn)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(xué)研究所承擔(dān)，總參測繪局由總參某測繪大隊和測繪研究所承擔(dān)。
平差計算由國家測繪總局和總參測繪局分別進(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算機(jī)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(jī)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(jī)上解算。兩局均一次上機(jī)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(xué)院計算中心103機(jī)房進(jìn)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(dá)420萬條，平差中組成的中誤差方程式達(dá)31萬個，線性方程組達(dá)15萬階。兩種方法平差計算結(jié)果符合良好，同名點坐標(biāo)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(yuǎn)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(biāo)系是科學(xué)的。這一重大科技成果，1985年獲國家科技進(jìn)步二等獎。
國家高程控制網(wǎng)，主要采用水準(zhǔn)測量方法布測，故又稱國家水準(zhǔn)網(wǎng)，為確定地面點提供控制基礎(chǔ)。國家水準(zhǔn)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(zhǔn)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(yù)報等提供手段；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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(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年國家測繪總局成立后，與總參測繪局分工實施國家水準(zhǔn)網(wǎng)布測工作，到20世紀(jì)60年代中期，國家一等水準(zhǔn)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(zhǔn)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(jì)南軍區(qū)某測繪大隊技術(shù)人員對青島水準(zhǔn)原點進(jìn)行復(fù)測。
到1975年底，國家高程控制網(wǎng)（水準(zhǔn)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(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，國家有關(guān)業(yè)務(wù)部門還布測了相當(dāng)數(shù)量的水準(zhǔn)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(zhǔn)路線布測示意圖（來自《中國測繪史》第3卷）。
水準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)原點的高程基準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)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(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(xué)院聯(lián)合布測了中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)（基準(zhǔn)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(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(biāo)系（CGCS2000），以更好地適應(yīng)空間技術(shù)發(fā)展和地球科學(xué)研究對高精度大地基準(zhǔn)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(xiàn)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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