紅色軍測系列之三十九：中國大地控制網的布測
紅色軍測系列之三十九
中國大地控制網的布測
撰文、編輯/老村長
2019年5月4日于北京
在國家領土上布測一系列點并聯成大地控制網，是軍事大地測量的主要任務之一，也是全國基礎測繪的重要內容。其目的是為國民經濟建設、國防建設、測繪各種地圖及各種工程建設測量提供控制基礎，為軍事和空間技術提供定位、定向和重力數據，為地球科學研究提供精確的地理信息數據。
新中國的大地控制網布測工作，自1951年開始，到1975年，歷時25年完成了以國家水平控制網、高程控制網和重力網為主構成的國家大地控制網的布測。題圖為建于某測繪部隊院內的大地控制點標志—鋼標（老村長拍攝）。
國家水平控制網，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。國家水平控制網按照分級（分4級）布網、逐級控制的原則進行，其中一、二等網稱為國家天文大地網，初期主要目的是將國家大地原點基準坐標數據傳算到全國各地，為大規(guī)模測繪基本比例尺地形圖提供平面控制基礎。
根據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)水平控制網布測。1955年起，國家地質、水利等部門根據本系統(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)行天文大地網布測任務時，技術人員完成三角觀測作業(yè)后轉站。
青藏高原地區(qū)天文大地網的布測，是全國天文大地網布測中最為艱巨的任務。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、網或導線。至1975年完成青藏高原大地控制網布測任務的，至此全國天文大地網基本布測完成。1972～1976年間，根據全國天文大地網整體平差的需要，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)行大地測量任務時，技術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)行大地測量任務時，技術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)行大地測量任務時，技術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時，技術人員進行天文測量作業(yè)。
全國天文大地網布測從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，為滿足經濟建設、國防建設和地形圖測繪、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布測示意圖（來自《中國測繪史》第3卷）。
在全國天文大地網布測過程中，為滿足測繪基本比例尺地形圖對控制點的需要，對觀測數據進行了分區(qū)平差。為了消除原來分區(qū)平差和逐級控制產生的不合理影響，提高天文大地網的整體精度，建立高精度的大地坐標系，使天文大地網更好地適應國防建設、經濟建設、空間技術和地球科學的需要，需要對全國天文大地網進行整體平差。
隨著全國天文大地網布測的推進，為了滿足國防尖端技術和空間技術發(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整體平差座談會，安排部署全國天文大地網整體平差工作。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整體平差工作擺到優(yōu)先位置。此后，兩局先后聯合組織召開多次專題會議，研究解決平差中的理論技術、任務分工等問題。
全國天文大地網整體平差包括資料分析、數據歸算、橢球定位、大地基準數據確定、程序編制、平差計算和精度分析等內容。根據任務分工，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，采用相同的數據，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，以相互驗證解算結果的可靠性。1981年11月，全國天文大地網整體平差解算工作正式開始，國家測繪總局采用條件聯系平差法，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)模天文大地網整體平差，參加計算的各類數據達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果符合良好，同名點坐標值互差絕大部分在2厘米以內，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，主要采用水準測量方法布測，故又稱國家水準網，為確定地面點提供控制基礎。國家水準網也采用分級布網、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據傳算到全國各地，為測繪基本比例尺地形圖和各種工程建設提供統(tǒng)一的、高精度的高程控制基礎；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據。
為了建立統(tǒng)一的國家高程控制網，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，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)某測繪大隊技術人員對青島水準原點進行復測。
到1975年底，國家高程控制網（水準網）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，國家有關業(yè)務部門還布測了相當數量的水準路線。這些成果，為測制全國基本比例尺地形圖和各建設部門的測量，提供了可靠的高程控制基礎。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據，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重力基本網圖、1985重力基本網和2000重力基本網（詳見紅色軍測系列之二十三）。圖為國家1985重力基本網布測示意圖（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，主要采用經典大地測量方法分別布測。1957年蘇聯第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射后，衛(wèi)星大地測量技術發(fā)展迅速，使直接布測三維大地控制網（又稱空間大地控制網）有了新的技術手段。中國在60年代中期，開始衛(wèi)星大地測量技術試驗，以精確測定地球橢球和重力場參數，建立地心坐標系。70年代后，開始衛(wèi)星多普勒定位技術、干涉測量技術試驗，以發(fā)展中國大地測量新技術。
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)星多普勒大地網的方案，并于1980年10月完成了由37點構成的全國衛(wèi)星多普勒網的布測工作，為建立地心二號坐標系奠定了基礎。
20世紀90年代，隨著GPS定位技術的成熟和應用，總參測繪局、國家測繪局、中國地震局等部門，分別或聯合組織了三維大地控制網的布測工作。1991～1997年，總參測繪局組織布測了由534點構成的全國GP$一、二級網（其中A級44點）；1992～1995年，國家測繪局組織布測了由818點構成的全國GPS A、B級網（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、中國科學院聯合布測了中國地殼運動觀測網絡（基準網25點、基本網56點、區(qū)域網1000點）。
上述三類三維大地控制網已成為中國現代大地測量和國家基礎測繪的基本框架，在國防建設、經濟建設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合完成了空間大地控制網（簡稱空間網）與國家天文大地網（簡稱地面網）的聯合平差，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《中國測繪史》第3卷、《大地測量基礎》（呂志平等編著，解放軍出版社2005）等文獻有關內容編輯而成，引用了《中國測繪史》第3卷、《中國人民解放軍測繪歷史資料》叢書相關圖片。(版權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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