我国现代化测绘基准的发展战略

1、我国现代化测绘基准的发展战略目 录1 国际大地测量发展动向1.1 卫星定位技术的新进展 831.2 地球重力场研究的进展 902 我国测绘基准发展现状2.1 天文大地网的布设和平面基准的建立 972.2 空间大地测量的发展 1012.3 地球重力场研究的进展 1062.4 高程系统的发展 1093 目前我国测绘基准存在的问题3.1 平面基准存在的问题 1103.2 高程基准存在的问题 1123.3 重力基准存在的问题 1134 建设现代测绘基准的实施战略4.1 建设我国现代测绘基准的目标 1144.2 我国平面基准和坐标系的实施战略 1154.3 我国高程基准和精密水准网的实施战略 1174.4 我国重力基准及全国大地水准面精化的实施战略 1184.5 省辖市测绘基准实施战略 119参考文献121测绘基准是“数字中国”地理空间基础框架的重要组成部分，它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，是在数学空间里表示地理要素在真实世界的空间位置的参考基准，以保证地理空间信息在时间域和空间域上的整体性。根据中华人民共和国测绘法第二章“测绘基准和测绘系统

2、”规定，“国家设立或采用全国统一的大地基准、高程基准、重力基准”。大地（平面）基准主要包括国家坐标系统和坐标框架；高程基准主要包括国家高程系统和国家高程控制网（精密水准网）；重力基准主要包括国家重力系统、国家重力基准网和全国大地水准面。测绘基准为国民经济建设、国防建设和社会可持续发展提供了不可缺少的、重要的测绘保障。当前，为了满足建设信息化社会和“数字中国”的需要，更迫切要求着手建立我国现代化的测绘基准。本文将叙述与测绘基准有关的国际大地测量的发展动向，我国测绘基准发展现状及存在的问题，最后论述建设我国现代测绘基准的国家、省（直辖市）和省辖市三级实施战略。1 国际大地测量发展动向1.1 卫星定位技术的新进展1.1.1 ITRF框架的不断更新和发展国际地球参考框架International Terrestrial Reference Frame (ITRF) 是由国际地球自转服务局（IERS）根据一定要求，建立地面观测台站进行空间大地测量，并根据协议地球参考系的定义，采用一组国际推荐的模型和常数系统，对观测数据进行处理，解算出各观测台站在某一历元的台站坐标及速度场。由此建立的这个协议的地

3、球参考框架，就是协议地球参考系的具体实现。从1988年IERS建立了ITRF88起，到今年3月份建立最新的ITRF2000，共有10个ITRF结果，构成了一个连续的ITRF序列。ITRF的建立是利用了甚长基线干涉测量VLBI、激光测距SLR、激光测月LLR、GPS和星载多普勒定轨定位系统DORIS等空间大地测量技术的观测结果。在早期，仅有VLBI、SLR和LLR观测结果。从1991年建立ITRF91时，即开始引入GPS观测成果；由于全球LLR的观测台站很少，该技术对建立ITRF的贡献不大，故从ITRF94开始，不再使用LLR观测资料；随着DORIS观测精度的提高，从ITRF96开始，增加了DORIS的观测资料。IERS全球台站的数量也是不断增加的。在建立ITRF88时，全球台站仅有96个，而到现在已有300多个台站。但其分布状况还有待进一步改善（南北半球分布不均，各大板块分布不均，还有的分布在板块边缘）。根据IUGG1991年的决议和IERS1996年决议，建议地球参考框架原点是“包括海洋和大气的地球质量中心”。在1994年以前，主要利用SLR和LLR确定ITRF的原点。从1994年开

4、始，主要利用SLR和GPS来共同确定其原点。在利用这些技术测定站坐标时，所用的历表或确定的卫星轨道均是参考于地球质心的，所以由此建立的坐标原点应是地球质心。但是由于观测误差和数据处理中各种误差源的影响，实际建立的各个ITRF原点都不能严格位于地球质心。因此，在各ITRF间进行比较和转换时，应包括坐标原点的平移参数。根据定义，ITRF的尺度是引力相对论意义下局部地心框架的尺度，实用中则是由各个分析中心采用的时间系统、光速、地球引力常数GM以及在卫星动力学模型中进行的相对论改正来确定的。自1995年开始，ITRF尺度由若干个合格的VLBI、SLR和GPS站解算尺度取加权平均加以确定。由于各分析中心在建立各自的ITRF时，同时给出相应的地球定向参数EOP序列。不同的ITRF有不同的EOP序列。因此，它们的定向也各不相同，相互之间的这种差异可通过坐标系统中的三个旋转参数来得到统一。为了维持ITRF的稳定，需解算各观测台站在该参考框架中的位移速度，建立一个相应的速度场。ITRF早期的速度场采用的是根据热点数据建立的AM1-2和根据岩石圈无整体旋转约束导出的 AM0-2板块绝对运动模型给出的估计值

5、。ITRF91和ITRF92的速度场采用实测速度与根据岩石圈无整体旋转约束条件和热点数据导出的NNR-NUVEL1模型估计值联合平差得到的估计值。ITRF93的速度场与ITRF91和ITRF92大致相同，只是采用的板块运动模型为修正后的NNR-NUVEL1A模型。ITRF94的速度场采用了由NNR-NUVEL1A模型约束的实测站速度。自ITRF96开始，ITRF的速度场不再依赖于任何已有的板块运动模型，而是完全实测的，其精度和可靠性比以往有显著提高3。表1 IERS实现的国际地球参考框架ITRF序列演变观测技术参考历元速度场板块运动模型台站数目ITRF88VLBI SLR LLR88.0AM0-2 AM1-2AM0-2 AM1-296ITRF89VLBI SLR LLR88.0AM0-2 AM1-2AM0-2 AM1-2105ITRF90VLBI SLR LLR88.0AM0-2 AM1-2AM0-2 AM1-2124ITRF91VLBI SLR LLR GPS88.0AM0-2 NNR-NUVEL1少量实测AM0-2 NNR-NUVEL1130ITRF92VLBI SLR LLR G

6、PS88.0AM0-2 NNR-NUVEL1实测AM0-2 NNR-NUVEL1152ITRF93VLBI SLR LLR GPS93.0AM0-2 NNR-NUVEL1A实测NNR-NUVEL1A157ITRF94VLBI SLR GPS93.0实测(NNR-NUVEL1A约束)NNR-NUVEL1AITRF96VLBI SLR GPS DORIS97.0实测214ITRF97VLBI SLR GPS DORIS97.0实测290ITRF2000VLBI SLR GPS DORIS97.0实测3251.1.2 国际GPS服务（IGS）的新进展IGS是1993年由国际大地测量协会（IAG）建立的，自1994年1月1日开始工作。从1999年1月1日起，IGS的名称从以往的“International GPS Service for Geodynamics”改为“International GPS Service”，这表明IGS服务的领域已不仅仅限于大地测量和地球动力学领域了。IGS也是天文和地球物理资料分析服务联合会（FAGS）的成员，它在运行中与国际地球自转服务（IERS）保持密切合作

7、。至2000年，IGS有249个永久性GPS跟踪站，但分布还不够均匀，需进一步优化，特别是要在非洲、亚洲和海洋区域增加跟踪站数目。IGS有3个全球数据中心：美国马里兰州NASA哥达德宇航中心、法国巴黎国家地理院和美国加州圣迭戈的海洋研究所，此外还有一批地区性的数据中心。全球数据中心每天都要进行数据采集、归档和分类，并在网上向用户提供IGS全球GPS跟踪网的观测数据和各分析中心产生的IGS产品。IGS有7个分析中心：1个在瑞士伯尔尼大学；1个在加拿大渥太华的加拿大自然资源中心（EMR）；2个在德国：达姆斯塔特的欧洲空间局（ESA）和波茨坦的GFZ；3个在美国：加州的喷气动力实验室（JPL）、马里兰州的国家海洋和大气管理局（NOAA）以及加州圣迭戈的海洋研究所（SIO）。分析中心接收并处理来自1个或多个数据中心的GPS观测资料，生产每天的IGS产品。这些成果提供给全球数据中心、国际地球自转服务（IERS）和其他团体。IGS还有7个工作组，它们是：（1）参考框架加密组，其主要任务是维持并扩大由数百到数千个全球均匀分布的GPS跟踪站的位置和速度定义的参考框架；（2）精密时间及时间传递组，它是由

8、IGS和国际度量衡局BIPM共同建立的工作组；（3）地球低轨道计划（LEO）工作组，它为卫星重力测量及卫星气象等科学应用卫星提供近实时的星载GPS精密轨道、钟差及完备性信、（4）国际GLONASS导航服务工作组，将俄罗斯的GLONASS数据并入IGS中，完成定轨和站位置计算，并将结果提供给GLONASS用户；（5）对流层工作组：以地基GPS监测全球和区域的水气分布，进行全球气象研究和气象预报；（6）电离层工作组，利用层析技术和模型监测全球电离层电子浓度和离子流分布，提供电离层产生的群延迟，研制电离层梯度图；（7）海平面监测工作组，通过在验潮站上进行GPS观测监测海平面变化，并对T/P、JASON等卫星测高计进行校准。表2 2000年各种IGS产品的适时性及其精度产品的名称产品的类型产品的适时性精度星历预报快速最终实时17小时后10天后20 cm10 cm5 cm星钟预报快速最终实时17小时后10天后30 ns0.5 ns0.3 ns跟踪站坐标和速度每周综合解2-4周后3-5 mm3 mm/a极位置（Xp Yp）快速最终17小时后10天后0.2 m()s0.1 m()s极运动速度（）快速

9、最终17小时后10天后0.4 m()s/d0.2 m()s/dUT1-UTC快速最终17小时后10-12天后100 s50 s日长快速最终1-2天后10-12天后60 s /d30 s /d对流层天顶路径延迟最终4周内4 mm电离层电子总含量梯度最终4周内2个电子总含量单位IGS由16人组成的管理委员会（Governing Board）及其执行机构中心局（Central Bureau）负责管理。前者讨论并通过有关IGS的各项决议，制定政策，对IGS各个机构及其功能进行监督；后者则根据前者的决议和政策规定，对IGS进行全面管理。IGS的产品主要包括：（1）高精度GPS卫星星历；（2）地球定向参数；（3）IGS跟踪站的坐标和速度；（4）每个IGS跟踪站每天或每小时的相位和伪距观测值；（5）GPS卫星和跟踪站钟差信息；（6）电离层信息；（7）对流层信息。IGS产品分为最终产品、快速产品和预报产品3类，每类产品的适时性和精度都不同，详见下表2。这些成果的精度足以满足下列地球科学研究：（1）实现ITRF的改进；（2）监测固体地球的形变；（3）监测地球自转；（4）监测水圈的各种变化（海平面、冰层等）；（5）科学卫星的轨道确定；（6）电离层的监测；（7）气象学研究，最终用于天气预报3。

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