[科普中國]-重力點(diǎn)

重力

重力是地球引力和地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的合力。重力測量的成果可以將各種大地測量的成果準(zhǔn)確地歸算到橢球面上。重力觀測值能準(zhǔn)確反演地殼內(nèi)部物質(zhì)分布和移動狀況，是石油、礦產(chǎn)資源勘探的重要手段，是地震預(yù)報的有效手段之一，同時對導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星的發(fā)射、軌道計算提供必需的導(dǎo)航參數(shù)。1

重力基準(zhǔn)點(diǎn)指絕對重力值已知的重力點(diǎn)，作為相對重力測量（兩點(diǎn)間重力差的重力測量）的起始點(diǎn)。

中國于1956~1957年建立了全國范圍第一個國家重力基準(zhǔn)，稱為1957年國家重力基本網(wǎng)，該網(wǎng)由21個基本點(diǎn)和82個一等點(diǎn)組成。1985年，中國重新建立了國家重力基準(zhǔn)。它由6個基準(zhǔn)重力點(diǎn)，46個基本重力點(diǎn)和5個因點(diǎn)組成，稱為1985年國家重力基本網(wǎng)。1

重力測量重力測量是根據(jù)不同的目的和要求，使用重力儀測量地面某點(diǎn)的重力加速度。 50年代中期，我國建立了由27個基本重力點(diǎn)和80個一等重力點(diǎn)構(gòu)成的第一個重力控制網(wǎng)，該網(wǎng)是以蘇聯(lián)的阿拉木圖、伊爾庫茨克和赤塔為起始點(diǎn)，其絕對值為國際波茨坦系統(tǒng)。1981年，國家測繪總局在福州市溪口省測繪局外業(yè)大隊北樓室內(nèi)，埋設(shè)了重力基準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)中意科技文化合作協(xié)定，由國家測繪總局與意大利都靈計量研究所合作，用該所研制的可移動式絕對重力儀，測定了該點(diǎn)的絕對重力值，重力成果達(dá)到了微伽級的高精度。它是按照國務(wù)院1978年84號文件《關(guān)于重建我國高精度重力控制網(wǎng)的決定》而建立的“85國家重力基本網(wǎng)”的6個基準(zhǔn)點(diǎn)之一(另5個是北京、廣州、南寧、昆明、青島)。該網(wǎng)還包括64個基本重力點(diǎn)和5個引點(diǎn)，充分利用全球的重力測量成果，同國際重力測量委員會建立的“1971年國際重力系統(tǒng)”進(jìn)行了北京—日本，北京—巴黎的國際聯(lián)測和北京—香港聯(lián)測，聯(lián)測精度為15～20微伽，平差后點(diǎn)重力值精度為±8微伽，新網(wǎng)建立后，代替了原來采用的具有較大系統(tǒng)誤差的波茨坦重力系統(tǒng)。1

重力測量基準(zhǔn)絕對重力值為已知的重力點(diǎn)，可以作為相對重力測量的基準(zhǔn)點(diǎn)，由它可以遞推出各重力點(diǎn)的絕對重力值。

歷史上曾經(jīng)有過兩個國際重力基準(zhǔn)點(diǎn):一是維也納系統(tǒng)，這是1900年在巴黎舉行的國際大地測量學(xué)協(xié)會會議上通過的;另一是波茨坦系統(tǒng),這是1909年在倫敦舉行的國際大地測量學(xué)協(xié)會會議上通過的。后者一直被世界各國使用到今。波茨坦系統(tǒng)以德國波茨坦大地測量研究所擺儀廳的重力值作為基準(zhǔn),重力值□=981.274±0.003伽。幾十年來,許多國家的絕對重力測量結(jié)果表明,波茨坦絕對重力值大了14毫伽左右,所以1971年在莫斯科舉行的國際大地測量學(xué)和地球物理學(xué)聯(lián)合會第15屆大會上決定采用1971年國際重力基準(zhǔn)網(wǎng) (ISGN-71)。與其相應(yīng)的波茨坦基準(zhǔn)點(diǎn)的新重力值□=981260.19±0.017毫伽。國際重力基準(zhǔn)網(wǎng)除了作為相對重力測量的起始數(shù)據(jù)外，還用作重力儀格值標(biāo)定的比較基線。因此它具有較高的精度。 中國從1895年在上海徐家匯觀象臺測定第一個重力值起,到1949年全國總共測定了200多個重力點(diǎn)。其誤差約為5～10毫伽。1949年以后,開始用擺儀和重力儀在部分地區(qū)進(jìn)行相對重力測量。為了建立各種用途的相對重力測量基準(zhǔn)和為有關(guān)學(xué)科提供重力資料，1956～1957年在全國范圍內(nèi)建立了第一個國家重力控制網(wǎng)，該網(wǎng)由21個基本點(diǎn)和82個一等點(diǎn)組成。1981年又在全國測定了10多個高精度絕對重力點(diǎn)，精度約為±10微伽。1983年起開始重建全國重力基本網(wǎng)，其中基本點(diǎn)約40個，一等點(diǎn)約百余個。測定精度基本點(diǎn)高于±25微伽，一等點(diǎn)高于±40微伽。1984年又和香港、日本、法國進(jìn)行了重力國際聯(lián)測。1

我國重力基本網(wǎng)我國在解放前只測了200多個重力點(diǎn),精度5~10毫伽,沒有建立重力基本網(wǎng)。新中國成立后為滿足各方面需要，先后建立過三代重力基本網(wǎng)，即1957國家重力基本網(wǎng)和1985國家重力基本網(wǎng)，2000國家重力基本網(wǎng)是第三代國家重力基本網(wǎng)。2

1．1957國家重力基本網(wǎng)1956-1957年，為了適應(yīng)全國天文大地控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理對高程異常和垂線偏差的需要，我國同蘇聯(lián)合作建立了我國第一代重力基本網(wǎng)。當(dāng)時沒有進(jìn)行絕對重力測量，基準(zhǔn)點(diǎn)重力值從莫斯科經(jīng)由伊爾庫茨克、阿拉木圖和赤塔3個基本點(diǎn)用航空聯(lián)測方法，用9臺相對重力儀聯(lián)測到北京西郊機(jī)場。在此之前，前蘇聯(lián)航空重力隊曾在波茨坦和莫斯科之間進(jìn)行聯(lián)測。北京西郊機(jī)場上的重力點(diǎn)是我國第一個重力原點(diǎn)，其重力屬于波茨坦重力系統(tǒng)，相對于波茨坦國際重力原點(diǎn)的精度為±0.51毫伽。與此同時,在全國布設(shè)了21個重力基本點(diǎn)和82個I等重力點(diǎn),基本重力點(diǎn)的聯(lián)測精度為±0.25毫伽,這些點(diǎn)一并平差處理,構(gòu)成1957國家重力基本網(wǎng),其基本點(diǎn)相對于北京重力原點(diǎn)的誤差不大于±0.32毫伽,I等點(diǎn)不大于±0.40毫伽. 20世紀(jì)70年代初,中國計量科學(xué)院研制成功自由落體絕對重力儀,進(jìn)行了我國首次絕對重力測量,與北京重力原點(diǎn)聯(lián)測，證明原值大了13.5毫伽。因此，在生產(chǎn)中凡采用波茨坦重力系統(tǒng)重力時，一律改正-13.5毫伽。有些單位則直接采用國際有關(guān)組織決定,對波茨坦重力系統(tǒng)的重力值加-14.0毫伽改正數(shù)。2

2．1985國家重力基本網(wǎng)我國57網(wǎng)存在的問題主要是沒有絕對重力點(diǎn)（統(tǒng)稱為基準(zhǔn)點(diǎn)）；重力系統(tǒng)由波茨坦輾轉(zhuǎn)聯(lián)測過來，當(dāng)時相對重力儀測量精度不高，而且波茨坦重力系統(tǒng)已經(jīng)廢止，以IGSN71代之，我國還沒有納入這個新系統(tǒng)，因此有必要建立第二代國家重力基本網(wǎng)。 1981年，根據(jù)中國和意大利科技合作協(xié)議，中意合作利用意大利計量院的自由落體絕對重力儀在我國測了11個絕對重力點(diǎn)。由于儀器穩(wěn)定性及選址不當(dāng)?shù)仍颍?5網(wǎng)用了其中6個絕對重力點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，后又用9臺高精度相對重力儀聯(lián)測了46個基本點(diǎn)，還與境外23個高精度重力點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測，其中包括絕對重力點(diǎn)和IGSN71的重力點(diǎn)。這不但改善了圖形結(jié)構(gòu)，提供了外部精度標(biāo)準(zhǔn)，而且使85網(wǎng)與IGSN71有了較緊密的連接，使85網(wǎng)的重力系統(tǒng)納入IGSN71系統(tǒng)。 由于單臺絕對重力儀當(dāng)時的測量精度與多臺相對重力儀的測量精度差別不大，故在整體平差中對基準(zhǔn)點(diǎn)和相對重力點(diǎn)賦以不同的權(quán)也給予改正數(shù)解算。另外，將LCR相對重力儀格值因子及周期函數(shù)作為儀器給定參數(shù)與重力值一并答解，使儀器參數(shù)更能適合全網(wǎng)觀測情況，進(jìn)而求出相對重力的最佳重力值。整體平差由878個觀測方程求解136個未知數(shù)，其中重力點(diǎn)未知數(shù)80個（國家基準(zhǔn)點(diǎn)6個、基本點(diǎn)46個及引點(diǎn)5個，境外基準(zhǔn)點(diǎn)和基本點(diǎn)23個），儀器參數(shù)56個。 85網(wǎng)整體平差的單位權(quán)中誤差為±15微伽，點(diǎn)重力值中誤差（內(nèi)部符合）為±8~±13微伽，經(jīng)外部符合檢核，發(fā)現(xiàn)重力值中有一定的系統(tǒng)性影響，所以85網(wǎng)重力值的精度被認(rèn)為是在±20微伽到±30微伽之間。2

3. 2000國家重力基本網(wǎng)我國85網(wǎng)較之于1957國家重力基本網(wǎng)（簡稱57網(wǎng)），在精度上提高了一個數(shù)量級，消除了波茨坦系統(tǒng)的誤差，增大了基本點(diǎn)的密度。它作為我國基本重力控制網(wǎng)提供使用后，十幾年來在測繪、地質(zhì)、地震、石油、國防等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。但是，隨著時間的推移，各經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展，使85網(wǎng)基本點(diǎn)因受損而不便使用或不能使用。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，有2/3以上的85網(wǎng)重力基本點(diǎn)不能使用。另一方面，由于受當(dāng)時設(shè)備、技術(shù)等方面的限制，85網(wǎng)絕對重力點(diǎn)的觀測精度較低，點(diǎn)位分布不均勻，圖形結(jié)構(gòu)不盡合理。由此可見，85網(wǎng)的這種狀況已不能充分發(fā)揮國家重力基準(zhǔn)應(yīng)有的作用。 近年來，我國又引進(jìn)了精度達(dá)到3~5微伽的FG5絕對重力儀，在網(wǎng)絡(luò)工程基準(zhǔn)點(diǎn)上施測精度很高，為我國獨(dú)立建立新一代更高精度的重力基準(zhǔn)提供了技術(shù)手段。另外從國際重力基準(zhǔn)的變化來看，已決定建立國際絕對重力基準(zhǔn)網(wǎng)。而85網(wǎng)仍屬于IGSN71重力系統(tǒng)。從以上各方面分析，有必要建立新一代國家基本重力網(wǎng)（即2000國家重力基本網(wǎng)）。 經(jīng)過國家測繪局、總參測繪局、中國地震局近三年的艱苦努力，于2002年圓滿完成了2000國家重力基本網(wǎng)的建立工作。2000國家重力基本網(wǎng)由137個點(diǎn)組成。其中基準(zhǔn)點(diǎn)18個，基本點(diǎn)119個；另有引點(diǎn)106個。 2

2000國家重力基本網(wǎng)平差后的精度指標(biāo)為：基本網(wǎng)中重力點(diǎn)平均中誤差為±7.35微伽;其中具有絕對重力觀測成果的基準(zhǔn)點(diǎn)平均中誤差±2.3微伽；基本點(diǎn)平均中誤差±6.6微伽；基本點(diǎn)引點(diǎn)平均中誤差±8.7微伽。8個國家重力儀格值標(biāo)定場的64個重力點(diǎn)平均中誤差為±3.4微伽。2000網(wǎng)聯(lián)測的85網(wǎng)和地殼運(yùn)動網(wǎng)等其它66個重力點(diǎn)平均中誤差±9.5微伽。 2000國家重力基本網(wǎng)是由基準(zhǔn)點(diǎn)、基本點(diǎn)、引點(diǎn)以及長基線、短基線構(gòu)成，并對已有的85網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測（見圖3.23），網(wǎng)形結(jié)構(gòu)合理，充分考慮了國家基礎(chǔ)建設(shè)、國防建設(shè)和防震減災(zāi)等方面的需要，種類齊全，功能完備，設(shè)計科學(xué)合理。該網(wǎng)精度高，覆蓋范圍大，點(diǎn)數(shù)多，點(diǎn)位顧及了我國實際情況，額度適宜，分布基本均勻。建網(wǎng)中采用了多項國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)代作業(yè)方式。該網(wǎng)數(shù)據(jù)處理理論方法嚴(yán)密，技術(shù)先進(jìn)，平差結(jié)果可靠，精度真實可信。該網(wǎng)與85網(wǎng)相比具有質(zhì)的飛躍，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。下表為我國重力建網(wǎng)的基本情況。2