[科普中國]-天文大地網(wǎng)

簡介

我國國家天文大地網(wǎng)（簡稱國家大地網(wǎng)）是在全國領土范圍內(nèi)，由互相聯(lián)系的大地測量點（簡稱大地點）構(gòu)成，大地點的水平位置按國家統(tǒng)一的大地測量規(guī)范測定，并設有固定標志，以便長期保存。國家大地網(wǎng)中還要用天文觀測方法測定天文經(jīng)度、緯度和方位度，所以又稱為天文大地網(wǎng)。

國家大地網(wǎng)為國家國際經(jīng)濟建設、國防建設和地球科學研究提供地面點的精確幾何位置，是全國性地圖測制的控制基礎，也是遠程武器發(fā)射和航天技術(shù)必不可少的測繪保障。2

布設方法國家大地網(wǎng)一般采用三角測量方法，有時也兼用導線測量或三邊測量方法，采取由大到校，逐級控制的原則來布設。國家大地網(wǎng)按縱橫鎖系布網(wǎng)法分成一、二、三、四等布設大地網(wǎng)。主要由三角測量法布設，在西部困難地區(qū)即青藏高原采用精密導線測量方法布設國家大地網(wǎng)。利用三角測量布設國家大地網(wǎng)有兩種方案：

一是全面布網(wǎng)法，一等三角測量用互相連接的、毫無間隙的大三角形布滿全國，然后在一等網(wǎng)中用次等三角測量加密，以達到必要的控制密度，這種方法適用于領域不大的國家；

二是縱橫鎖系布網(wǎng)法，一等三角測量沿著經(jīng)線和緯線布設成縱橫交叉的三角鎖系，以構(gòu)成許多鎖環(huán)。一等鎖環(huán)內(nèi)的二等三角測量有兩種布設方式：一是用縱橫交叉的兩條二等三角將一等鎖環(huán)分成4個大致相等的部分，這4個空白部分用二等三角網(wǎng)填充；二是在一等鎖環(huán)內(nèi)布設二等全面三角網(wǎng)（見圖1），稱全面布網(wǎng)方案?？v橫鎖系布網(wǎng)法適用于領域遼闊的國家。

二等填充網(wǎng)或全面網(wǎng)還可以用三等三角測量加密。加密方式也有兩種：一是布設連續(xù)三角形（見圖2（a））；二是插入個別的或成組的三等點（見圖2（b））。大地網(wǎng)還可以進一步用四等測量加密。2

布設規(guī)范根據(jù)中國大地測量法規(guī)定，一等三角鎖沿經(jīng)線和緯線布設成縱橫交叉的三角鎖系，鎖長200~250km，構(gòu)成許多鎖環(huán)。一等三角鎖內(nèi)由近于等邊的三角形組成，邊長為20~30km。角度觀測總誤差為±0.7″，起始邊長度的測距相對中誤差不大于1:350000，天文經(jīng)度、緯度以及方位角的測定中，誤差分別不大于±0.30″、±0.30″和±0.50″。中國的一等三角鎖包括400多個鎖段，全長約80000km（見圖3）。二等大地網(wǎng)是按前述的兩種方式布設的，1958年以前采用第一種，1958年以后采用第二種。在第一種方式中，二等三角鎖中三角形的平均邊長為20~25km，二等網(wǎng)的平均邊長為13km，角度觀測中誤差為±1.0″~±1.5″；二等填充網(wǎng)中三角形的平均邊長為13km，角度觀測中誤差為2″~2.5″。在第二種方式中，二等全面網(wǎng)的角度觀測中誤差為±1.0″。三等大地網(wǎng)中三角形平均邊長為8km，角度觀測中誤差不大于1.5″。四等三角點間的邊長和角度觀測中誤差視需要而定。一等鎖的兩端和二等網(wǎng)的中間，都要測定起算邊長、天文經(jīng)緯度和方位角。所以國家一、二等網(wǎng)合稱為天文大地網(wǎng)。我國天文大地網(wǎng)于1951年開始布設，1961年基本完成，1975年修補測工程全部結(jié)束，全網(wǎng)約有5萬個大地點。2

我國天文大地網(wǎng)國家大地網(wǎng)建立時采用的大地基準包括參考橢球的長半軸和扁率，大地原點在大地坐標系中大地經(jīng)度、大地緯度、大地高程和大地原點至一相鄰點的方向上的方位角，這些數(shù)據(jù)是推算國家大地網(wǎng)中各點大地坐標的依據(jù)。

中國大地基準的建立經(jīng)歷了兩個階段。在開始建立國家大地網(wǎng)時，采用了蘇聯(lián)1942普爾柯夫坐標系原點作為我國的大地基準。以后再中國天文大地網(wǎng)整體平差建立1980西安坐標系時，采用新的大地基準，橢球參數(shù)采用國際大地測量學和地球物理學聯(lián)合會第16屆大會推薦的值：a=6378140m，f=1/298.257。

橢球在地球體中的定位是在橢球面與中國領域內(nèi)大地水準面最佳擬合的條件下確定的。這是中國新的大地基準，大地原點設在陜西省西安市附近的涇陽縣。

在用三角測量方法建立的國家大地網(wǎng)中，主要誤差來源是角度觀測誤差。三角測量推進愈遠，誤差累積愈甚，邊長和方位的精度隨著推進的距離而逐漸降低。因此，除起始點的大地坐標、起始邊長度和方位角外，必須每隔適當?shù)拈g隔測設新的起始邊和方位角，以控制誤差累積。如國家大地網(wǎng)采用縱橫鎖系布網(wǎng)法時，通常是在縱橫三角鎖段的交叉處布設起始邊，測量其長度，并在其兩端點上用天文觀測方法測定天文經(jīng)度、緯度和方位角。此外，在每一鎖段中央的一個大地點上，也要測定天文經(jīng)度和緯度。

觀測的天文方位角是以測站垂線方向為參考的，必須加入垂線偏差改正，變換為大地方位角之后，才能用于大地網(wǎng)的方位控制。這一變換是通過拉普拉斯方程

來實現(xiàn)的。式中，λ、φ、σ分別是天文經(jīng)度、緯度和天文方位角；A是所求的大地方位角。在每一鎖段中央測定的天文經(jīng)度和緯度，是供求定垂線偏差之用。

中國國際天文大地網(wǎng)規(guī)模之大、網(wǎng)形之佳和質(zhì)量之優(yōu)，在全世界居于前列，布設速度之快也是空前的，這是我國測繪界幾代人艱苦奮斗、辛勤工作的結(jié)果。2