现代测绘基准体系

现代测绘基准体系

马骏

河南省测绘产品质量监督站河南省郑州市450003

测绘基准体系是国民经济、社会发展和国防建设的重要基础，主要包括大地基准、高程基准和重力基准。测绘基准是进行各种测量工作的起算数据和起算面，是确定地理空间信息的几何形态和时空分布的基础，是表示地理要素在真实世界的空间位置的基准，对于保证地理空间信息在时间域和空间域上的整体性具有重要作用。

随着社会的发展和科学技术的进步，用于建立和维持大地测量基准的技术手段、工具和理论方法发生了巨大的变化。世界各国为了满足二十一世纪经济和社会持续发展的需要，纷纷建立适应于高科技发展的现代测绘基准体系。他们一方面对本国或本地区的大地基准进行更新和现代化，另一方面不断地更新和完善各自的大地测量参考框架，同时特别注重大地测量与其它学科相互交融，拓展大地测量的服务范围，尤其注重大地水准面的精化工作。

1、美国在本土建立了连续运行参考站网系统（CORS），它由美国大地测量局（NGS）负责，除了NGS的GPS跟踪站以外，还包括了美国海岸警备队（USCG）的差分网、美国联邦航空局的WAAS网、美国工程兵团（USACE）的跟踪站。截止到2007年1月，该网已发展到988个连续运行参考站，并且还在以每个月15个站的速度发展，覆盖全美构成了新一代动态国家大地基准。当前该系统的目标是：

（1）使全部美国领域内的用户能更方便的利用该系统来达到厘米级水平的定位和导航；

（2）促进用户利用CORS来发展GIS；

（3）监测地壳形变；

（4）支持遥感的应用；

（5）求定大气中水汽分布；

（6）监测电离层中自由电子浓度和分布。

此外，美国推出重力大地水准面模型G99SSS和混合大地水准面模型GE0ID99，GE0lD99与GPS／水准的RMS差为±114.99999999999998px。

2、加拿大大地测量局将其建成的永久性GPS卫星跟踪站构成了一个主动控制网（CACS），作为加拿大大地基准框架。其目的是通过因特网提供网站地心坐标和相应的GPS卫星跟踪站观测数据，供测量、地球物理和其它用户使用。GPS单机即可进行事后精密定位。该系统还可提供精密星历、卫星钟差、电离层模型等广域差分修正，其实时定位精度从1～10米，取决于用户采用的GPS接收机的抗干扰性和抗多路径效应的性能，而事后处理精度可优于3厘米。此外，建立的大地水准面模型GSD95的标准差为±7.0～±1000px，平均差为-0.30～-1.47m。

3、德国己建立全国范围内的GPS连续运行基准站网（SAPOS），现由100多个永久GPS基准站组成，最终将由200个左右的永久性GPS基准站组成，平均站间距离为40千米，从而构成德国国家动态大地基准框架。SAPOS提供4个不同层次的服务：

（1）实时DGPS（精度为1～3米）；

（2）实时高精度DGPS（精度为1～5厘米）；

（3）准实时定位（精度为1厘米）；

（4）高精度事后处理的大地定位（精度优于1厘米）。后者主要用于地球动力学、精密工程和作为动态坐标框架服务。

此外，推出的欧洲重力大地水准面模型EGG97在除去中长波误差后，独立控制点的残差在±0．02m量级。

4、俄罗斯在1996年以前已建成20个空间大地网站，136个多普勒大地网站，16.4万个天文大地点，30万个三、四等补充网点，由此组成了国家大地网（SGN）。2000年又建了14个GPS永久性基准站（IGS）。1995年至1996年进行了联合平差，平差后分别建立了大地坐标参考系SK95和地心坐标系PZ90并求出了两者之间的转换参数。两者精度大致相同。其中SK95的测站坐标精度为：当相邻点间距为10～15千米时，精度为2～4厘米；距离为100～200千米时，精度为10～20厘米；距离超过1000千米时，精度为0.5～0.8米。俄罗斯建立的GLONASS导航系统，最近也进行补星，新研制的导航卫星延长了使用寿命，几年之后GLONASS导航系统将会提供更可靠的服务，以吸引用户。目前俄罗斯正在布测基于空间大地测量技术的基准天文大地网（FAGN），其目标是提供精度为5厘米的绝对地心位置和水平精度为1厘米、高程精度为2厘米的相对位置。而精确的似大地水准面则利用GPS／GLONASS水准及重力资料来解决。

5、澳大利亚建有15个永久性GPS基准站，它们构成澳大利亚区域GPS网（ARGN）。该网覆盖了澳洲大陆、海外部分以及南极部分地区。其中位于澳洲大陆部分称之为澳大利亚基准网（AFN）。AFN网在历元为1994.0的JTRF92框架中的位置即定义为澳大利亚基准GDA94。1996年，澳大利亚利用GPS技术建立了包括78个站的澳大利亚国家网（ANN），该网即为澳大利亚零级网GPS网。除西澳大利亚外，澳大利亚各州和地区一级还建立了230个GPS网站，相邻点距约100千米。1997年澳大利亚将AFN、ANN、各州和地区的GPS点以及传统大地网中大地点共约8000个点进行了联合平差，平差时AFN和ANN点位置保持不变，平差后水平分量为3厘米，高程分量为5厘米，个别点达到10厘米。

6、日本对大地基准和坐标框架建设非常重视，从2000年4月开始，日本新的大地基准JGD2000正式取代了具有百年历史的东京大地基准。JGD2000采用国际地面参考系统（ITRS）的定义，历元定为1997.0。维持JGD2000的大地坐标框架是由1200个GPS连续运行站（GEONET）和64000个一等、二等、三等经典大地点，以及20000个大地水准点（正高系统）组成。在2000年基于重力和GPS水准数据，日本推算了新的大地水准面（GE2000），它和JGD2000一起被日本认为对日本空间数据基础设施是极为重要的进步。

7、韩国1998年推出一个新型的国家三维地心大地坐标系统KGD2000。该系统以ITRF97为参照，历元采用2000.O。该系统以地心为大地坐标系的原点；与国际通用的地面坐标参考系统（ITRS）和相应的椭球参数（GRR80）保持一致；与ITRS联系是通过KGD2000中连续运行的GPS站与国际地面参考框架（ITRF97）的联测来实现的。KGD2000是韩国重要的地理空间数据基础设施，将为韩国的经济和社会可持续发展，以及高科技发展做出贡献。韩国国土地理院（NG1）正在利用KGD2000努力开拓业务，为韩国的其它部门提供广泛的服务，受到地质、地震、大气、导航等单位的青睐。

我国为在新技术条件下满足国民经济建设、国防建设及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求，要求综合利用地面重力数据、GPS／水准数据、数字地面高程模型数据，结合卫星测高、航空重力数据、卫星重力梯度测量等技术手段，提高我国大地水准面确定的精度，使中小比例尺测图的高程控制作业中，以卫星定位技术全面取代传统的水准测量。

我国现代测绘基准体系基础设施建设项目主要针对我国现行测绘基准中天文大地网和高程基准整体精度低、现势性差、成果资料陈旧、标志损毁严重、服务能力不断弱化的状况，提出在充分利用已有测绘基础设施的条件下，通过新建、改建和整合等方式，采用现代测绘新技术，将国家大地基准、高程基准、重力基准基础设施进行有机结合，构建具有空间位置、高程和重力等属性的全国统一、高精度、实用的国家现代测绘基准体系。项目设计主要由国家GNSS连续运行基准站、国家卫星定位网、高程基准框架、重力基准框架、大地水准面精化以及国家测绘基准管理服务系统组成。项目建设计划分为两个阶段，第一阶段初步实现国家测绘基准现代化，第二阶段全面实现国家测绘基准现代化。

2015年以后，整合、规范行业和地方GNSS连续运行站，加强行业管理，结束不经审核可以随意发布GNSS信息的混乱局面，为广大用户提供优质、安全、全方位、实时、动态的位置服务；在重力数据和GPS/水准点增加的基础上，对国家的大地水准面进行再次精化，提高其分辨率和精度，为经济建设和国防建设提供精细的重力场和高程基准；经过对水准路线上的GPS大地点的复测，提供我国高程控制网大尺度的变化的速率，为科学研究提供精确的地壳运动信息。随着测绘服务功能不断增强和进一步深化，经济的繁荣和人们生活水平的不断提高，测绘基准的各种信息将步入普通人的日常生活，人们在工作、旅游、外出都会接受并需要测绘基准提供的信息的服务，就像关心天气预报一样离不开测绘基准提供的信息。