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大地控制网的建立基本知识

发布时间:2019-06-29 23:57 来源:未知 编辑:admin

  大地控制网简称大地网,是水平控制网和高程控制网的总称。水平控制网一般用三角测量或导线测量方法建立,并配合进行天文测量、重力测量、高程测量,将观测结果归算到参考椭球面上,以推算各大地点的大地坐标,作为水平位置的基本控制。大地点的大地坐标通过地图投影可换算为某一参考平面上的平面直角坐标,以便直接控制地形测图,故测图中的水平控制通称为平面控制。高程控制网主要用水准测量方法建立,测定相邻水准点间的高差,结合天文、重力测量资料,推算各水准点的高程,作为高程的基本控制,一般简称水准网。用三角高程测量方法建立的三角高程网是高程控制的补充。大地控制网建立的研究,包括天文大地网(即水平控制网)布测、长度基准的建立、高程系统的建立、水准网布测、天文测量和重力测量的研究等。

  天文大地网的布测,其研究成果多体现于《大地测量法式》等文献中。其要点有:一等三角锁沿经纬方向布设交叉的纵横锁环状,锁段长约200千米,平均图形边长约25千米,锁段交叉处设起始边及起始方位角,在每条一等三角锁的中间点上测定天文经纬度,均以当时尽可能高的精度进行观测,并沿主三角系进行天文重力水准测量; 二等三角网布满在一等三角锁环中,网中部设起始边和起始方位角,平均边长约13千米,测角中误差小于±1.0秒,三、四三角以网或点的形式插设在一、二等三角锁网中,点的密度在不同地区可根据实际需要有一定灵活性;由于中国西部地区地理及自然条件较差,用精密导线测量代替三角测量。实践证明,这些原则符合中国实际,具有中国特色,对中国大地测量长期起到指导作用。60年代及以后,又对“加密三角测量的精度要求与布网方法”、“天文大地网加强和修测”、“旧二等网内布设三等三角”等问题作了研究。1975年又对珠穆朗玛峰的高程测定和数据处理进行研究和运用。

  长度基准的建立是布测大地控制网的关键项目。50年代用光学机械设备检定基线年代开始设立短距离野外比尺场,既用于基线尺比较,又用于电磁波测距仪的测试。70年代中期开始建立长距离的野外基线及测距仪检定场。其后又将光干涉技术应用于野外检定各种线尺与测距仪器,使长度基准逐步趋于现代化。

  高程系统的建立和水准网的布测,研究重点集中在高程基准与水准测量各项误差分析。建立青岛原点和确定高程起始数中,对验潮站的资料积累作了仔细分析,又发现中国沿海南北海面有倾斜,对海南岛跨海水准作了联测试验,效果良好。此后,利用精密水准复测成果研究地壳升降变化并对地震前兆做出分析。在研究精密水准复测技术方案,包括复测周期、磁致误差、大气折光、日月引力和尺长改正方面也取得可喜收获。

  天文测量研究方面,曾先后将以往观测的目视法和手动跟星改变为光电法和自动跟星,航海钟和机械计时改变为石英钟和电子自动计时,棱镜等高观测改变为光电等高观测,从而使观测效率和精度均大有提高。

  重力测量研究的进展,表现在: 用中国的重力资料推算出不同地形的重力异常代表误差和内插误差系数; 对平原和山区重力点密度提出了建议; 为计算1°×1°平均空间异常设计了方案和计算模板;80年代末,研究出了适合中国重力场并具有较好精度的WDM—89地球重力场模型,其阶次为180,分辨率为1°×1°,被广泛用于测绘、空间技术、地球物理、地质、海洋以及地震等诸多方面,具有国内领先水平。

  中国在研究和建立国家大地控制网的过程中,先后建立了国家天文大地网和国家大地原点; 国家水准网和国家水准原点; 全国重力基本网。具体情况如下:

  国家天文大地网和国家大地原点国家天文大地网又称“国家水平 (平面) 控制网”。是在全国领土范围内,由相互连结的三角点、天文点、导线点构成的网。各点的水平位置是按国家统一的大地测量规范测定,并设有固定标志以便长期保存。一般用三角测量方法建立 (有时也用三边测量和导线测量),还要用天文测量测定天文经、纬度和方位角,并配合进行重力和高程测量。将观测结果归算到参考椭球面上以推算各点的大地坐标,作为水平位置的基本控制。

  用三角测量建立国家天文大地网,采用逐级控制的原则布测,一般有两种布测方案:一种是全面布网法,即一等三角测量用互相连接毫无间隙的大三角形布满全国构成一等网; 一种是纵横锁系布网法,即一等三角测量沿经线和纬线布设成纵横交叉的三角锁系以构成许多一等锁环。中国领域广阔,国家天文大地网除青藏高原采用精密导线测量方法布测外,其余地区均采用纵横锁系布网。根据中国大地测量法式规定,一等三角锁段长约为200千米,三角形平均边长约25千米,起始边长测距相对中误差不大于35万分之一。中国的一等三角锁包括400多个锁段,全长约8万千米。二等三角锁三角形平均边长约20~25千米,二等填充网三角形平均边长约13千米。三等三角网中三角形边长约8千米。四等三角形边长视需要而定。大地法式中还规定了各等级锁网中天文经、纬度和方位角测量的中误差。在根据观测结果推算各点大地坐标时,必须涉及到大地基准,大地基准包括参考椭球和大地原点数据。参考椭球是一个形状大小并同大地体相关位置都已确定的地球椭球,其表面称为参考椭球面。由于大地测量是在起伏不规则的地球表面上进行而无法计算,故均以参考椭球面作为计算的基准面而将观测结果归算到这一基准面。参考椭球的数据包括其长短半轴和扁率。当推算各点的大地坐标时,还必须有一个起算点即大地原点(也称大地基准点),其确定方法通常是在国家天文大地网中选择一个比较适中的三角点作为原点,以高精度测定其天文经、纬度和到另一三角点的天文方位角,根据参考椭球定位求得该原点的大地经纬度、大地高和到另一点的大地方位角,这些数据称为大地基准数据。中国以设在陕西西安附近泾阳县境内的国家大地原点为起算点,根据该原点推算而得的坐标称为“1980年大地坐标系”。

  国家水准网和国家水准原点国家水准网是在全国范围内按国家统一的大地测量规范,测定一系列统一而精确高程的地面点所构成的网。主要用水准测量方法建立,又称“国家高程控制网”。经精确测定高程的地面点称为水准点,均设有固定标志,以便长期保存。各水准点的高程,由几个等级的水准测量来测定。各等级水准点测量经过的路线称为水准路线,其施测精度逐级降低,由高级控制低级。一、二等水准路线为精密水准测量,并需定期进行重复测量,以检查水准点的高程变化和研究地壳垂直运动。此外,还需进行重力测量,供改正水准测量数据之用。为了建立全国统一高程控制网,必须确定一个水准基面,作为该网中所有水准点高程起算的基准。

  中国国家水准网是由一、二、三、四等水准测量测定的,一等水准路线沿地质构造稳定和坡度平缓及交通不太繁忙的路线布满全国,构成网状。全长共约9.3万千米,网中包括100个闭合环,每环的周长在1000~1500千米之间。一等水准路线是国家高程控制的骨干,在一等网闭合环内布设的二等网是国家高程控制的全面基础。二等水准路线将一等水准环划分为较小的环,其周长一般约在500~750千米之间。在二等水准环内布测三等水准路线,将二等环分为若干更小的环,其中再以四等水准路线进一步加密。三、四等水准路线直接提供地形测量和各项工程建设所必须的高程控制。中国的水准基面为“黄海平均海面”。

  国家水准网一般应采用一个验潮站的确定的平均海面作为水准基面。为了将这一水准基面可靠地标定在地面上,必须在验潮站附近设置永久性水准原点(网),由精密水准测量测定这一原点对于验潮站平均海面的高程。

  1954年,中国在青岛观象山上建立了一个包括1个原点、2个附点、3个参考点组成中点多边形水准路线的水准原点网,并对中国东部沿海地区24个环线精密水准网进行平差,建立了“1954年黄海高程系”。1956年对沿海具有一年以上验潮资料的坎门、吴淞、青岛、大连、葫芦岛等验潮站进行了实地调查分析,1957年确定青岛验潮站为中国基本验潮站,并以该站1950~1956年共七年的潮汐资料推算的平均海面作为中国高程起算基准面,定名为“黄海平均海面”。以此为零点联测至青岛水准原点网。根据联测结果,经严密平差,推算青岛水准原点高程为72.289米,由它起算的高程统称:“1956年黄海高程系统”。

  全国重力基本网1956~1957年在全国范围内建立第一个国家重力网,该网由21个基本点和82个一等点组成。1981年又在全国测定310多个高精度重力点。1983年起开始重建全国重力基本网,其中基本点约40个,一等点百余个,1984年又与香港、日本、法国进行了重力国际联测。

  为了进一步精化大地控制网,继后都进行了统一平差、复测并利用空间大地测量技术,如建立全国多普勒网、高精度GPS网、激光测卫、甚长基线干涉测量、第三代激光测距等。

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