红色军测系列之二十三：新中国测绘基准的建立
点击图片上方蓝色字体“慧天地”即可订阅
红色军测系列之二十三
新中国测绘基准的建立
2019年1月27日于北京
国家测绘基准，是一个国家为描述地球及其空间点位坐标、高程、深度等而建立的一种度量体系和标准，主要包括坐标基准、高程基准、深度基准、重力基准等。建立全国统一的测绘基准，是测绘全国系列比例尺地形图及国防建设、经济建设、科学研究的重要基础。
在旧中国，始终没有建立起全国统一的测绘基准，各省测绘均采用独立的坐标系和高程系统，省与省之间的地形图无法拼接使用。新中国成立后，根据全国基础测绘和各项建设全面展开的需要，军队与地方测绘部门合作先后建立了全国统一的坐标基准、高程基准、深度基准和重力基准等，结束了旧中国全国没有统一测绘基准的历史，使开展大规模全国基础测绘有了统一的起算基础。题图为建于陕西省泾阳县的国家大地原点标志。
图为建于陕西省泾阳县的国家大地原点外景（来自互联网）。
坐标基准，又称大地基准，是建立大地坐标系统并用以推算大地控制网中各点的基本依据，包括大地原点、采用的椭球和椭球定位所形成的一组起算数据。
新中国成立后，大规模的全国基础测绘将全面展开，急需建立统一的大地基准和坐标系统。但由于当时全国大地测量成果很少，不具备独立建立大地坐标系的条件，总参测绘局研究决定引用苏联1942年坐标系，建立了“1954年北京坐标系”。随着中国大地测量的不断进展，使1954年北京坐标系向全国各地传递，为测绘全国基本比例尺地形图提供了统一的水平控制基础，彻底解决了中国历史上坐标不统一的根本问题。
但是，1954年北京坐标系毕竟是苏联1942年坐标系在中国的延伸，其所采用的参考椭球及其定位后的椭球面与中国范围的大地水准面符合不够好，普遍低于中国的大地水准面，东部地区低于大地水准面最大达67米，不利于进行空间和大范围的科学研究。为此，1978年中国天文大地网布测完成后，有了大范围、高精度的大地测量数据，通过对全国天文大地网整体平差后，建立起1980西安坐标系。
1954年北京坐标系和1980西安坐标系均属于参心坐标系，其椭球中心与地球质量中心不重合，不利于卫星发射、远程武器试验、地球动力学研究及研究全球性测量等问题，需要建立以地球质心为椭球中心的地心坐标系。适应空间技术、远程武器发展和地球科学对高精度坐标基准的需要，中国先后建立了地心一号坐标系、地心二号坐标系和2000国家大地坐标系（CGCS2000），其精度不断提高。
按照国务院关于推广使用2000国家大地坐标系的有关要求，之前国土资源部（现自然资源部）确定，2018年6月底前完成全系统各类国土资源空间数据向2000国家大地坐标系转换，2018年7月1日起全面使用2000国家大地坐标系。北斗卫星导航系统也采用2000国家大地坐标系。
如图为水准原点外观，来自互联网
高程基准，是根据验潮资料确定的水准原点高程及其起算面。为使测绘地形图有统一的高度（程）起算基准，就必须确定一个统一的高程起算面。世界上大多国家和地区都选取海水面的平均位置（称平均海水面）作为起算面。为了确定平均海水面，通常在沿海地区合适的位置设立若干个验潮站，长期观测并记录该处的海面位置。为了明显而稳固标出高程起算面的位置，还需建立一个永久性水准点，用精密水准测量方法将其与平均海水面联系起来，作为国家高程的起算点，这个水准点称水准原点。
新中国成立后，适应全国基础测绘全面展开对高程控制的需要，总参测绘局建立了1956年黄海高程系，水准原点建于青岛观象山，按1956年计算结果，水准原点高出黄海平均海水面72.289米。由于计算1956年黄海平均海水面所采用的资料是1950～1956年的验潮结果，时间较短，不尽理想。1987年5月，中国采用1985国家高程基准，新基准采用青岛验潮站1952～1979年的验潮资料，用中数法计算该水域的黄海平均海水面，水准原点高出黄海平均海水面72.260米。目前，1985国家高程基准仍在全国使用。
深度基准，是计算水体深度的起算面。1958年，根据开展中国海区基本测量的需要，海军海洋测绘部门确定“理论深度基准面”为海图水深的统一起算面。
就大地测量而言，采用平均海面作为水深测量的基准面，可以使水深与陆地高程得以统一。但在海图编制中，常采用一个低于平均海面的参考面作为深度基准面，由此产生了陆图与海图垂直基准不统一的问题。为此，海洋垂直基准研究一直受到国内学者的重视，初步探讨了中国海平面系统偏差及高程基准偏差问题，建立中国高程基准与深度基准转换模型。
图为联测85网点分布图（来自吕志平等编著的《大地测量学基础》）。
重力基准，是重力的起算值和尺度因子。为使全国重力测量有统一的起算依据，必须建立国家重力基准。1956～1957年，为适应全国天文大地网数据处理时对高程异常和垂线偏差的需要，中国与苏联合作建立了中国第一代重力基本网（包括分布全国的21个重力基本点和82个一等重力点），称为1957国家重力基本网（简称57网），填补了中国重力基准的空白。
但57网没有绝对重力点（称基准点），而且存在着系统性误差，有必要建立第二代国家重力基准。1981年，中国和意大利合作建立了中国第二代重力基本网（包括分布全国的6个基准点、46个基本点和5个引点），称为1985国家重力基本网（简称85网），较57网精度提高了一个数量级，消除了系统性误差，增大了基本点密度。
但是，随着时间的推移，经济建设发展迅速，85网三分之二以上的基本点因受损不便或不能使用，而且基准点观测精度较低，已不能充分发挥国家重力基准的作用。为此，经过近3年的努力，中国于2002年建成2000国家重力基本网（包括18个基准点、116个基本点和106个引点）。该网精度高，覆盖范围大，点数多且分布均匀，达到国际先进水平。
图为建于北京的国家基本天文点外观（老村长拍摄）。
建立国家天文大地网，求定地面点的位置，主要工作项目之一是精确测定天文点的经纬度。在天文点的经纬度测定中，人仪差（指天文观测人点的人差与仪器差的综合误差）的不稳定是主要误差来源之一，为此在每期天文测量作业前、中、后，天文测量人员必须携带仪器设备到天文基准点上测定人仪差。
为了准确检验人仪差是否稳定及其变化大小，必须建立全国统一的、具有高精度的天文经度基准。同时，建立天文经度基准，可为天体观测、大地测量以及地球动力学研究等提供重要数据，这是研究大地构造、地球板块运动和建立大地坐标系的重要依据。
为此，1956～1960年中国共测定了分布于北京、西安、长春、广州、昆明、乌鲁木齐等地的10个天文基本点，称为第一次全国天文经度基本点网，精度均达0.007时秒左右，使人仪差测定有了基准依据。
但从整体上看，第一次全国天文经度基本点网的精度与世界20世纪70年代最高天文观测精度有一定的差距，很难继续满足现代大地测量及地球科学发展的要求。为此，中国从20世纪80年代初开始了第二次全国天文经度基本点网的建立，于1994年完成。新的全国天文经度基本点网由9点组成，平差后各点经差中误差在0.0009～0.0017时秒之间，达到国际上同类基准点水平。
陕西礼泉野外长度检定场（来自军事测绘历史资料）。
此外，为满足高精度长度测量仪器检定工作的需要，军队和地方在各地建立了一些长度基准。其中最先建成的为总参测绘局比尺场，使用最多的为西安北郊比尺场，精度最高的为北京长阳检定场，直线最长的为新疆阜康检定场，闭合边最长的为西安测绘研究所建成的陕西礼泉野外长度检定场。
《测绘法》关于建立和使用国家测绘基准和测绘系统有关规定的描述（部分）
关于国家测绘基准的建立与使用问题，《中华人民共和国测绘法》有明确的规定。
测绘基准，在军事领域又称为时空基准，包括时间基准、坐标基准、高程基准、深度基准、重力基准、地磁基准等。在现代战争条件下，建立并维持高精度的时空基准，是实现战场环境信息的统一表达、深度融合、共同感知和充分共享，进而实现诸军兵种联合作战的基础和前提。因此，高精度时空基准的建立与维持，是现代战争测绘保障的重要任务之一。
注：本篇依据《中国测绘史》第3卷有关内容及相关科技文献编辑而成。版权归作者老村长所有。
来源：《中国测绘史》、《中国人民解放军军史》（版权归原作者及刊载媒体所有）
荐读
点击下文标题即可阅读
红色军测系列之二十二：东部国防地带测绘红色军测系列之二十一：抗美援朝测绘保障
红色军测系列之二十：剿匪作战测绘保障
红色军测系列之十九：测量队为进军西藏引路
编辑 / 张肇辉 审核 / 呼慧珊 孙浩南
指导：万剑华教授