面向数字中国建设中国的现代测绘基准——对我国“十五”大地测量工作的思考和建议

在回顾我国测绘基准（大地测量基准）建设历史的基础上，分析了当前建设信息化社会，数字中国对现代测绘基准的需求，提出了在我国“十五”期间着手建设现代测绘基准的建议。大地基准（平面基准）方面，建议在国家GPS2000网（三网）的基础上，进一步加密国家GPS网点和永久性追踪站，构建有足够分布密度的3维高精度动态大地坐标框架，为我国今后建立新的大地坐标系统创造条件。在高程基准方面，建议在仪器设备和规范细则方面做好准备工作，依法定期对国家高程控制网进行复测。在重力基准方面，在国家2000重力基准网和国家2000（似）大地水准面的基础上，有步骤的按省或地区推算具有厘米级精度，10km级栅格分辨率的似大水准面；利用地面和航空重力手段填补我国地面实测重力空白区。     

中国大地测量学发展的若干问题

概述了大地测量学作为测绘基准提供地理信息系统的基础框架作用。回顾了我国大地测量在建立国家平面基准、国家高程基准、国家重力基准等方面的实践，介绍了大地测量学当前发展的国际背景，提出了我国大地测量学今后的发展方向，如建立现代大地坐标框架和现代重力基准的目标和任务，以及改善国家高程基准等方面的考虑。     

建设我国现代化测绘基准体系的思考

现代化测绘基准建设要考虑和顾及如三维、高精度、动态、地心等七个方面的特点。在平面基准方面,要采用中国国家2000大地坐标系统,建立国家导航卫星连续运行站网,进一步加密2000国家GPS网,以构建有足够数量和合理分布密度的大地坐标框架点;在高程基准方面,应尽快施测国家三期一等水准网,结合GPS水准和卫星测高技术,精化我国现行CQG2000大地水准面至5′分辨率和厘米量级精度。现代化测绘基准应为用户在我国任何地点、任何时间测定高精度的坐标和高程,提供可靠的地理空间基础框架。     

海口市测绘基准升级改造

分析现有测绘基准存在的问题和不足,介绍海口市测绘基准升级改造的建设思路、实施过程和取得的新一代测绘基准成果,即B级GNSS框架网、C级GNSS全面网、二等水准高程网、HKCORS等测绘基础设施及其相应点位的基于CGCS2000、2000国家重力基准和85国家高程基准的大地坐标、平面坐标、高程、坐标转换参数和软件以及似大地水准面精化数据集和插值软件、HKCORS系统和系列软件等成果。其结果表明,这些现代测绘基准体系在网络布局、设备品质、网点精度、HKCORS功能性能和应用效率等方面均有较大幅度的提升。     

我国建立现代大地基准的思考

提出了现代大地基准要考虑和顾及高精度、涵盖全部国土、三维、地心、动态、国际接轨等6个要素。建议在国家GPS2000网的基础上，进一步加密GPS网点和永外性跟踪站，构建有足够数量和密度合理分布的新的大地坐标框架点。现代大地基准应为用户在我国任何地点、任何时间测定高精度的三维地心坐标提供可靠的地理空间基础框架。     

对我国建立现代大地坐标系统和高程系统的建议

在改革开放政策的指引下，随着空间和信息技术的快速发展，我国地理空间基础框架的主干－－大地坐标系统和高程系统要作哪些更新？要引入哪些新的概念和新的技术？文中提出现代大地坐标系统要考虑和顾及的6个方面的要素，即高精度，涵盖全部国土，3维，地心，动态，国际接轨。建议在国家GPS2000网的基础上，进一步加密GPS（水准）网点和GPS连续运行站，以构建有足够分布密度的新的大地坐标框架，建议尽快施测国家三期一等水准网，结合GPS水准和卫星测高技术，精化我国大地水准面至厘米量级。现代大地坐标系统和高程系统应为用户在我国任何地点、任何时间测定高精度的坐标和高程提供及时可靠的地理空间基础框架。     

坐标基准在未来信息化测绘导航体系中的应用研究

从坐标系的建立、三维基本控制网的建设、高程基准的建设、似大地水准面的精化、GPS连续运行综合服务系统等方面,分析论述坐标基准在未来信息化测绘导航体系中的建设与维持.     

宁波市似大地水准面数字高程基准建设及精度检验

基于2000国家大地坐标系和1985国家高程基准,阐述了在NBCORS和宁波市基本高程控制网的三维框架下组织实施宁波市似大地水准面数字高程基准建设的方法,并进行了似大地水准面的正确性和实用性精度检验以及精度区域划分。     

建设我国现代大地测量基准的思考

建设现代大地测量基准方面的进展主要表现在IGS服务和ITRF的系列精化 ,ITRF2 0 0 0是ITRF中迄今最为精确、测站最为稠密的地面坐标参考框架 ;2 0 0 1年推出新的WGS84,其成果标以WGS84(G1 1 5 0 )。考虑和顾及现代大地测量的特点 ,结合中国实际 ,我国现代大地测量基准应着重考虑四个方面的基本要素 :高精度、涵盖全部陆海国土、三维、动态。建设我国现代大地测量基准是为用户在我国任何地点、任何时间提供及时、可靠、适用的地理空间基础框架 ,其任务应包括建立我国现代化的平面基准、高程基准和重力基准等。     

2000国家大地控制网的构建和它的技术进步

“2000国家大地控制网”是国家大地测量的重大科学工程项目。它主要包括建立2000国家GPS大地控制网,2000国家重力基本网,以及前者与国家天文大地网的联合平差等,以实现国家3维地心坐标系统的坐标框架。这个项目的主要特点有:①涉及多个学科,如经典和空间大地测量学、天文测量学、重力测量学、近代数据处理理论和技术等;②处理的数据量大、种类多,如2000国家GPS大地控制网有2600多个测点,46000多条独立基线,天文大地网与2000国家GPS大地控制网联合平差所需解算的未知数多达15万个;处理的数据几乎包含了三角测量、导线测量、天文测量、重力测量和GPS测量等各类测量的成果;③所处理数据的施测时间跨度长,如2000国家GPS大地控制网中三个子网的施测时间各不相同,前后从1988年到2000年历时12年,而天文大地网的施测时间是在上一世纪的50至70年代;④处理数据所覆盖的国土面积大,2000国家GPS大地控制网及天文大地网覆盖了我国整个大陆及部分沿海岛屿,而2000国家重力基本网则扩展到香港、澳门以及南沙等地区;⑤处理数据需顾及的因素多,如需分析近70年来我国大陆板块运动、板内运动、局部地壳运动和新旧大地测量基准、新旧天文系统、和不同历元对上述这些大地测量观测数据的影响及其统一归算。本项目的主要技术创新点有以下四个方面:①首次将我国不同部门、不同时期施测的多个平面(2维)和高程(1维)分离的大地控制网通过空间大地测量和数据处理技术,科学的整合为全国统一的整体的国家3维大地控制网,将原来大地测量中所采用分离的几何与物理参数,进行了科学的统一的整合;②首次将我国非地心大地坐标框架整体的科学的转换为地心大地坐标框架;③首次将我国大地坐标框架的地心坐标精度由±5 m提高15倍,达到了±0.3 m;将我国重力基本点的精度由±25×10-8ms-2提高近4倍,达到了±7×10-8ms-2;④首次将海量数据由原来采用的最小二乘平差经典数据处理技术提高为最小二乘平差,抗差估计和方差分量估计相结合的现代数据处理技术,提高了成果的精度和可靠性。     

我国高程控制网的现代化

随着空间和信息技术的快速发展 ,我国的地理空间基础框架的主干之一 ,国家高程控制网也面临更新和现代化。国家高程控制网的现代化应包括两个部分 ,一是国家高精度水准网 ,即毫米级的一等水准网的定期更新 ;二是具有厘米级精度的 (似 )大地水准面的测定。建议尽快组织施测国家三期一等水准网 ,切实执行《中华人民共和国大地测量法式》中“一等水准网必须 2 5年复测一次”的规定 ,依法行政 ,以保证国家高程控制网毫米级高精度的可靠性和现势性 ;另一方面应结合 GPS水准和重力测量 ,精化我国大陆的 (似 )大地水准面至厘米量级 ,以利用“GPS+(似 )大地水准面”的技术取代国家二等水准网 ,采用这一技术可以节约大量人财物和时间 ,获得考虑的高程时 ,其精度均匀一致 ,没有水准测量沿线逐站传递的积累误差 ,在海岛、山区等困难或甚至无法传递水准测量高程的地区 ,采用这一技术不仅可以快捷地测得高程 ,而且其成果和国家高程基准和高程系统是统一的和协调的 ,中国大陆国土的任何一点 ,利用这一技术可以获得不低于原来二等水准网所提供的相应精度的高程     

我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望

领海是国家主权的重要组成部分,国家空间基准和位置服务应该覆盖陆地和海洋。以2000国家大地坐标系和2000国家重力基准为代表,我国已在陆地建成了较为完善的大地测量基准。然而,现有国家空间基准和重力基准未能有效覆盖海洋,海洋大地测量基准和海洋导航技术已严重滞后于国家社会经济发展新形势和国防战略需求。本文主要论述了我国海洋大地测量基准与海洋导航技术的研究现状,梳理了我国海洋大地测量基准所涉及的关键技术,分析了近期及未来我国自主发展海洋大地测量基准与海洋导航技术的主要方向。     

现代大地测量参考系统

概述现代大地测量参考系统的定义及不同参考系统之间的关系.主要讨论我国当代大地测量界常使用的3种用以表示几何位置的参考系统1980年国家大地坐标系、全球大地测量系统 1984 (WGS 84)、国际地球参考系统(ITRS),和一种用以表示物理位置,高程的参考系统1985年国家高程基准.并讨论大地测量中框架和基准的概念.     

联合GRACE/GOCE重力场模型和GPS/水准数据确定我国85高程基准重力位

GRACE、GOCE卫星重力计划的实施,对确定高精度重力场模型具有重要贡献。联合GRACE、GOCE卫星数据建立的重力场模型和我国均匀分布的649个GPS/水准数据可以确定我国高程基准重力位,但我国高程基准对应的参考面为似大地水准面,是非等位面,将似大地水准面转化为大地水准面后确定的大地水准面重力位为62 636 854.395 3m~2s~(-2),为提高高阶项对确定大地水准面的贡献,利用高分辨率重力场模型EGM2008扩展GRACE/GOCE模型至2190阶,同时将重力场模型和GPS/水准数据统一到同一参考框架和潮汐系统,最后利用扩展后的模型确定的我国大地水准面重力位为62 636 852.751 8m~2s~(-2)。其中组合模型TIM_R4+EGM2008确定的我国85高程基准重力位值62 636 852.704 5m~2s~(-2)精度最高。重力场模型截断误差对确定我国大地水准面的影响约16cm,潮汐系统影响约4~6cm。     

我国大地测量学的进展和展望

回顾了我国大地测量工作的进展。面向 2 1世纪前期的我国经济和国防建设及科技和社会发展 ,展望了我国新世纪的大地测量 ,提出应逐步进入精确、动态、实时的现代化体系 ,即完善国家三维空间大地网 ;建立 GPS综合服务体系 ;提供导航和定位服务 ;测定地壳运动、电离层参数、大气中可降水份等信息 ;精化中国地区重力场参数 ;建立新的国家重力基准网 ;完成分米级精度的中国似大地水准面的推算 ;积极开展海洋和空间大地测量 ,为资源、环境的管理以及防灾监测做出应有的贡献。     

关于改善和更新国家大地测量基准的思考

大地测量基准是地理信息系统和测图的基础框架,其建立,维护,改善和更新是国家测绘行政主管部门的重要职责。大地测量基准中的重力基准和坐本身由于自然和人为原因,破损严重,因此顺应科技进步,国家建设和社会发展的需要。     

CORS维持陆海一体化空间基准研究

针对海洋测绘基准的特点,本文讨论陆海空间基准现状及存在问题:提出了直接采用CORS网络构建和维持陆海一体化空间基准,创建了基于CORS的陆海一体化现代高精度三维测绘基准模型,初步构建了连云港海域基准服务CORS工作基点网,并尝试建立新一代国家三维地心大地坐标系统(CGCS2000)空间框架结构体系。     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。     

高精度GPS复测网的形变基准解释

在高精度GPS复测网的平差处理中 ,首先要选择一组已知的、精确的IGS (国际GPS地球动力学服务 )跟踪站为基准 ,并对基准站坐标施加不同的约束 ,这样就产生了不同的参考基准。在深入探讨基于不同约束的GPS网平差的参考基准及意义的基础上 ,文中推导了不同基准之间的转换关系     

高程基准历元及其统一状态归化

平均海面存在趋势性变化，对于四维大地测量定位而言，必须赋予高程基准以时间特征，本文认为最好是确定高程基准历元。文章提出了高程基准历元的定义，给出了计算公式，求得中国１９８５国家高程基准历元为１９６６．０。文章还讨论了平均海面趋势性变化的数学问题，及提出了高程基准归化至统一状态的概念，研究了由于海水密度不同引起的平均海面高度变化，计算得中国１９８５国家高程基准对于通常海水状态的修正值为－０．０１２ｍ