我国大地测量学的发展研究综述

2022-09-10

在回顾我国大地测量学的发展之前让我们首先关注一下现代大地测量学发展的特点。

1 现代大地测量学的六大特点

经典大地测量学的内容主要涉及三个方面: (1) 几何定位数据, 如确定地球形状和大小, 确定点的位置等; (2) 求定地球重力场; (3) 测定地球自转 (章动、极移和周日长) 。简而言之, 经典大地测量学研究地球几何形状、定向及其变化, 并关注点的定位、重力及其变化。在过去的20年中, 由于空间大地测量学、计算机技术和信息技术的飞跃发展, 使经典大地测量学所涉及的上述三个方面注入了新的内容, 形成了现代大地测量学, 它具有不同于经典大地测量学的六大特点。

1.1 长距离

大范围现代大地测量学所量测的范围和间距, 已可以从原来的几十公里扩展到几千公里, 不再受经典大地测量中“视线”长度的制约, 现代大地测量学能提供协调一致的全球性大地测量数据, 例如测定全球的板块运动, 冰原和冰川的流动, 洋流和海平面的变化等等, 因此过去总在局部地域中进行的大地测量现在已扩展为洲际的、全球的和星际的。

1.2 高精度

现代大地测量的量测精度相对于经典大地测量而言, 已提高了2到3个数量级。例如我国天文大地网是中国60年代大地测量的最高精度, 其相对精度约为3ppm, 而目前GPS定位的相对精度一般情况下都可以做到0.1ppm。

1.3 实时

快速经典大地测量的外业观测和内业数据处理是在有相当时间间隔内完成的两个不同的工序。而现代大地测量的这两个工序, 几乎可以在同一时间段内完成, 即实时或准实时地完成。例如对静态或动态目标的实时定位 (导航) , 对形变的实时监测, 可以准实时测定由于大气和海洋角动量的变化与地球自转的关系。最近升空的GRACE卫星能准实时测定由于大气质量的再分布和雪、冰、地下水变化所引起的地球重力场的短暂性变化等等。

1.4“时间维”

现代大地测量的第四维是时间或历元。现代大地测量能提供在合理复测周期内有时间序列的, 高于10-7精度的大地测量数据。这些测量成果, 必然或必须要以“时间”作为大地测量学数据中的第四个坐标 (第四维) , 否则高精度和实时测定在不断运动的物质世界中就没有意义。也就是说大地测量学原来的三个方面的静态内容, 在当前实时和高精度测量的条件下, 必须与它们所相应的时间 (历元) 相联系。这是现代大地测量学的一个重要特点。

2 我国大地测量学工作的回顾

经过几十年的努力, 我国大地测量工作已经在下列几个方面作出了巨大成绩。

2.1 平面基准

建立了独立的大地定位, 完成了全国天文大地网整体平差 (5万个点) , 具有3ppm的相对精度, 确立了中国的二维坐标系统, 是80年代初期经典大地测量技术的世界先进水平。

2.2 高程基准

确立了更符合实际的黄海8 5高程基准, 完成了全国二期一等水准网的布设和计算 (100环, 近10万km) 。

2.3 重力基准

在中国多点 (14点) 多次用不同类型绝对重仪进行了绝对重力测量, 从而在中国直接确立了重力基准。消除了波茨坦重力原点起始误差及其长距离的传算误差。完成了重力85基准网和一等网的布测和计算。

2.4 空间大地网

建立了国家卫星多普勒网 (35个点, ±2~3精度) , 建成了VLBI站两个 (上海和乌鲁木齐) , SLR站四个 (上海、武汉、北京、长春) , 完成了国家A级GPS网和B级GPS网 (近2300个点) 的布设和计算。

2.5 野外基线长度基准

建立了符合国际标准的最高精度的野外基线长度基准;建立了分布全国的十余个EDM长度检定场。

2.6 天文基准

完成了全国天文经度基准网的布设和计算。

3 我国大地测量的展望

80年代的大地测量工作, 其特点是按当时世界上的先进技术对50至60年代所建立的大地测量基准进行的更新、换代、改造和发展。在21世纪, 我国大地测量应该逐步进入精确、动态、实时的数据获取、数据贮存、数据分发的现代化体系, 以保障我国经济和社会持续发展的需要。

3.1 完善国家三维空间大地网, 建立G P S综合服务体系

在“九五”期间应将现有的三个全国性的GPS网, 以GPS固定追踪站、VLBI站和SLR站为骨干, 联合平差, 建成一个有统一坐标体系、历元和运动速率的国家高精度三维空间大地网。在这一基础上, 进一步扩大GPS固定追踪站数量, 由此发展成为我国GPS综合性服务系统, 使我国大地测量逐步进入精确、动态、实时定位的现代化体系。这一体系的任务基本包括三个方面: (1) GPS永久性跟踪站数据的采集、处理, 提供GPS信息等服务; (2) 为空间气象预报提供服务, 即提供大气可降水份和电离层电子浓度服务; (3) 提供地壳形变信息。这种集GPS追踪、GPS数据采集、数据通讯、数据处理和提供GPS信息服务于一体的网络体系, 是一种集成式的系统工程, 它应是向国家和社会作全方位开放的服务。这一系统应包括: (1) 全国至少100~200余个GPS永久性追踪站; (2) GPS数据获取和处理结点; (3) GPS信息和数据传输网络; (4) GPS信息服务和分发。

3.2 中国地区重力场参数的精化

由于85重力基准网的损毁, 因此要尽快建立国家级新的重力基准网。这个网应有较多较均匀的绝对重力点, 较高精度, 覆盖大陆和尽可能大的海域。完成具有分米级精度的我国似大地水准面的推算。推算时以国家GPS (水准) 网为基础, 尽可能利用原有的一、二等天文重力水准网, 结合重力和地形资料改善我国大地水准面的分辨率和精度。继续消灭中国大陆的重力测量空白地区。力争用三个五年计划 (至2010年) 消灭以1°×1°为格网的重力测量空白地区, 力争实测分辨率达到10’×10’。利用卫星测高资料改善中国海域的栅格平均海面地形和重力异常的精度和分辨率。积极开展小波理论应用于 (局部) 地球重力场的研究, 特别注意将这一理论应用于中国多山地区和近海地区的局部重力场表示。

3.3 复测国家一等水准

利用激光数字水准仪及其相应技术, 复测我国一等水准网。进一步削弱一等水准测量中的系统误差, 以向国家和社会提供更精确、更可靠的高程数据。同时可以提供更精确可靠的全国地壳垂直形变速率。实测时可以考虑包括部分二等水准线路, 并结合空间技术确定中国黄海高程基准和全球高程基准的关系。

摘要：简要阐述了现代大地测量学的特点, 在此基础上, 回顾了我国大地测量工作的进展, 并对我国未来大地测量学的发展进行了展望。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。

关键词：大地测量,卫星定位,水准测量,重力测量