張 鵬，武軍酈，孫占義

（國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830）

0 引 言

測(cè)繪基準(zhǔn)主要包括大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)和重力基準(zhǔn)，是進(jìn)行各種測(cè)量工作的起算數(shù)據(jù)和起算面，新中國(guó)建立以來(lái)，測(cè)繪基準(zhǔn)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)等方面發(fā)揮了重要作用。2003年國(guó)家測(cè)繪局、總參測(cè)繪局和中國(guó)地震局通過(guò)整合全國(guó)范圍2 518個(gè)GPS控制點(diǎn)和30個(gè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站形成了“2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)”，同時(shí)對(duì)原有的國(guó)家天文大地網(wǎng)進(jìn)行了兩網(wǎng)聯(lián)合平差處理，最終建立了“2000國(guó)家大地坐標(biāo)系”，并于2008年7月發(fā)布使用[1]。我國(guó)高程基準(zhǔn)目前采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。高程控制網(wǎng)分別在1976～1984年和1981～1988年、1991～1998年,進(jìn)行了3次國(guó)家高等級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)與觀測(cè)，包括一等水準(zhǔn)100個(gè)環(huán)，共計(jì)9.3×104km，以及二等水準(zhǔn)路線13.6×104km[2-3]。我國(guó)現(xiàn)行的重力基準(zhǔn)由“2000國(guó)家重力基本網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)，由21個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)、126個(gè)基本點(diǎn)和112個(gè)引點(diǎn)構(gòu)成，精度優(yōu)于±10×10-8ms-2[4]。

歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)行的測(cè)繪基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施陳舊和損毀嚴(yán)重、技術(shù)體系不完善的現(xiàn)實(shí)，破壞了測(cè)繪基準(zhǔn)體系的完整性，降低了測(cè)繪基準(zhǔn)的服務(wù)能力和成果的可用性，不能滿足現(xiàn)代應(yīng)用的需求。主要表現(xiàn)在：我國(guó)現(xiàn)行的坐標(biāo)系統(tǒng)維持能力欠缺，未能徹底擺脫傳統(tǒng)靜態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)的模式，科學(xué)性亟待提高；高程基準(zhǔn)成果現(xiàn)勢(shì)性弱，屬性成果維持難度比較大，同時(shí)高程系統(tǒng)局部和靜態(tài)特點(diǎn)也不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需要，與國(guó)際高程基準(zhǔn)的接軌以及動(dòng)態(tài)維持成為難點(diǎn)；重力基本網(wǎng)的密度不夠均勻，服務(wù)能力不足。因此，迫切需要開展現(xiàn)代基準(zhǔn)工程建設(shè)，建立高精度、地心、動(dòng)態(tài)、統(tǒng)一的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系，這對(duì)于提高我國(guó)測(cè)繪地理信息保障服務(wù)能力、滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求等具有重要意義[5-8]。

1 國(guó)家現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程

國(guó)家現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程于2012年啟動(dòng)，2017年5月通過(guò)了驗(yàn)收。工程利用現(xiàn)代測(cè)繪空間信息技術(shù)，建設(shè)了一套地基穩(wěn)定、分布合理、利于長(zhǎng)期保存的全新測(cè)繪基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施，更新了現(xiàn)有測(cè)繪基準(zhǔn)成果，形成了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這些成果陸續(xù)在國(guó)家、省級(jí)基準(zhǔn)服務(wù)以及行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)地心化，滿足衛(wèi)星導(dǎo)航坐標(biāo)系與我國(guó)地圖坐標(biāo)系的一致性；實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新，具備更加精確和客觀描述地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)科學(xué)規(guī)律的能力；統(tǒng)一空間幾何屬性與物理屬性，建立基準(zhǔn)之間相互依存的聯(lián)系；具備了測(cè)繪基準(zhǔn)大規(guī)模數(shù)據(jù)科學(xué)運(yùn)算、處理分析、存儲(chǔ)備份的能力，初步形成了全國(guó)范圍實(shí)時(shí)米級(jí)/分米級(jí)精度的廣域差分定位能力[9]。

基準(zhǔn)工程具體完成了以下5個(gè)方面內(nèi)容：

（1）國(guó)家GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)。完成210座國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站建設(shè)（其中新建150座，改造60座），利用已有基準(zhǔn)站150座，構(gòu)成全國(guó)360座規(guī)模的衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)，形成國(guó)家大地基準(zhǔn)框架的主體，可獲得高精度、穩(wěn)定、連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，維持國(guó)家三維地心坐標(biāo)框架，同時(shí)具備提供站點(diǎn)的精確三維坐標(biāo)變化信息、實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航信息及高精度連續(xù)時(shí)頻信號(hào)等的能力。

（2）國(guó)家GNSS大地控制網(wǎng)。建設(shè)完成2503座GNSS大地控制點(diǎn)，利用2000座，總規(guī)模4503座，作為國(guó)家GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的加密與補(bǔ)充，形成全國(guó)統(tǒng)一、高精度、分布合理、密度相對(duì)均勻的大地控制網(wǎng)，用于維持我國(guó)大地基準(zhǔn)和大地坐標(biāo)系統(tǒng)。

（3）國(guó)家高程控制網(wǎng)。建設(shè)完成26 327點(diǎn)規(guī)模的國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)（新埋設(shè)7 227點(diǎn)），全網(wǎng)路線長(zhǎng)度12.56×104km。全網(wǎng)包含148個(gè)環(huán)，246個(gè)結(jié)點(diǎn)，431條水準(zhǔn)路線。建立了全國(guó)統(tǒng)一、高精度、分布合理、密度相對(duì)均勻的國(guó)家高程控制網(wǎng)，改善局部薄弱地區(qū)的高程基準(zhǔn)穩(wěn)定性，并獲取到高精度水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，全面升級(jí)和完善了我國(guó)高程基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施，更新了我國(guó)高程基準(zhǔn)成果。

（4）國(guó)家重力基準(zhǔn)點(diǎn)。在國(guó)家已有絕對(duì)重力點(diǎn)分布的基礎(chǔ)上，選擇50座新建衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站，進(jìn)行絕對(duì)重力屬性測(cè)定，屬性測(cè)定結(jié)果優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)每300 km有一個(gè)絕對(duì)重力基準(zhǔn)點(diǎn)，改善國(guó)家重力基準(zhǔn)的圖形結(jié)構(gòu)和控制精度，形成分布合理、利于長(zhǎng)期保存的國(guó)家重力基準(zhǔn)的基礎(chǔ)設(shè)施。

（5）國(guó)家現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)管理服務(wù)系統(tǒng)。建設(shè)了由數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理分析、共享服務(wù)及全國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)4個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)組成的國(guó)家現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心，具備先進(jìn)的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理、處理分析和共享服務(wù)功能，有效提升和拓展了現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)成果應(yīng)用服務(wù)的能力和服務(wù)范圍。

2 基準(zhǔn)工程特點(diǎn)

基準(zhǔn)工程取得了一批高水平的創(chuàng)新成果。工程構(gòu)建了新的生產(chǎn)工藝流程，建成了全國(guó)范圍基準(zhǔn)站網(wǎng)、大地控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)三網(wǎng)深度融合的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)設(shè)施，形成了高精度、三維、動(dòng)態(tài)以及幾何和物理基準(zhǔn)融合統(tǒng)一的我國(guó)現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系。具有如下特點(diǎn)：

（1）規(guī)模大?；鶞?zhǔn)工程是迄今為止全國(guó)規(guī)模最大的綜合測(cè)繪基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程。全國(guó)范圍內(nèi)（除港澳臺(tái)外）一次性完成12.56×104km一等水準(zhǔn)路線布設(shè)與觀測(cè)，是我國(guó)最高等級(jí)、最高精度的高程控制網(wǎng)；2503座規(guī)模的大地控制網(wǎng)和360座規(guī)模的衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)，兼容BDS、GPS、GLONASS、GALILEO四系統(tǒng)，也是全球最大規(guī)模的綜合地面觀測(cè)設(shè)施。

（2）精度高。基準(zhǔn)工程建設(shè)的是我國(guó)最高等級(jí)的國(guó)家平面、高程和重力控制網(wǎng)，施工的技術(shù)要求和精度指標(biāo)在所有的大地測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中是最高的。其中，衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站、大地控制點(diǎn)的絕對(duì)地心坐標(biāo)精度達(dá)到毫米級(jí)；國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)全中誤差優(yōu)于1mm/km；重力基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)精度優(yōu)于5微伽。國(guó)家測(cè)繪基準(zhǔn)服務(wù)管理系統(tǒng)具備每天處理600個(gè)以上衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的能力，處理精度和技術(shù)性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

（3）設(shè)計(jì)新?；鶞?zhǔn)工程首次將平面、高程、重力基準(zhǔn)一體化理念融入布網(wǎng)設(shè)計(jì)，在3個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了三網(wǎng)融合。其中，設(shè)計(jì)了一體化的新型測(cè)量標(biāo)石，既是GNSS大地控制點(diǎn)、也是水準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)又可作為重力控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量標(biāo)志基準(zhǔn)屬性的融合；綜合考慮了GNSS大地控制網(wǎng)與國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)的點(diǎn)位位置和相互關(guān)系，盡可能將GNSS大地控制點(diǎn)納入一等水準(zhǔn)路線中，在全國(guó)范圍形成大量的同期建設(shè)的GNSS大地控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)共用點(diǎn)，為我國(guó)厘米級(jí)（似）大地水準(zhǔn)面建立提供了基礎(chǔ)保障；在衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站上并置重力基準(zhǔn)點(diǎn)，建立平面基準(zhǔn)與重力基準(zhǔn)的聯(lián)系。工程產(chǎn)出成果與其他工程建設(shè)成果進(jìn)行聯(lián)合處理，建立了陸地與海域測(cè)繪基準(zhǔn)的聯(lián)系。

（4）難度大。完成了世界上覆蓋范圍最廣、長(zhǎng)度最長(zhǎng)、地勢(shì)最復(fù)雜、精度最高的國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)的建設(shè)與更新，尤其在世界超級(jí)水準(zhǔn)大環(huán)閉合觀測(cè)方面取得了歷史性突破，環(huán)長(zhǎng)5 460 km、平均海拔4000 m以上、橫跨新疆、西藏、青海三省沙漠及無(wú)人區(qū)地帶超級(jí)水準(zhǔn)大環(huán)，僅用4個(gè)月會(huì)戰(zhàn)就實(shí)現(xiàn)一次性高精度閉合觀測(cè)，環(huán)閉合差優(yōu)于1/2限差，達(dá)到我國(guó)一等水準(zhǔn)觀測(cè)的歷史最高水平。

（5）能力強(qiáng)。建設(shè)了國(guó)家測(cè)繪基準(zhǔn)管理服務(wù)數(shù)據(jù)中心，基于地理信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立國(guó)家測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)成果的海量存儲(chǔ)、高效管理與精確處理；基于全國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)，建立全國(guó)基準(zhǔn)站管理服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍2000個(gè)以上衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)匯集、統(tǒng)一管理、共享服務(wù)，形成北斗最大地基增強(qiáng)系統(tǒng)，提供實(shí)時(shí)米級(jí)、分米級(jí)衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)；具備全國(guó)動(dòng)態(tài)坐標(biāo)框架更新能力，基準(zhǔn)站時(shí)間序列以及全國(guó)基準(zhǔn)站速度場(chǎng)成果每日更新；全面提升了我國(guó)測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)成果管理和應(yīng)用服務(wù)能力。

3 工程成果服務(wù)

（1）坐標(biāo)框架服務(wù)

基準(zhǔn)工程建設(shè)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，利用其位置和速度通過(guò)內(nèi)約束的方法與ITRF框架下對(duì)應(yīng)的位置速度鏈接，實(shí)現(xiàn)我國(guó)區(qū)域參考框架，并通過(guò)后驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)定量分析和評(píng)估參考框架的短期和中長(zhǎng)期穩(wěn)定性，從而提供高精度的基準(zhǔn)站時(shí)間序列以及速度場(chǎng)等內(nèi)容的坐標(biāo)框架服務(wù)。

（2）數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)

基準(zhǔn)工程建立的測(cè)繪基準(zhǔn)管理服務(wù)系統(tǒng)提供GPS和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的精密軌道、鐘差和區(qū)域電離層等產(chǎn)品服務(wù)，其中GPS衛(wèi)星軌道產(chǎn)品精度約為2cm量級(jí)，鐘差精度優(yōu)于0.2ns，與國(guó)際IGS分析中心產(chǎn)品精度相當(dāng)；北斗GEO衛(wèi)星軌道精度優(yōu)于0.2 m，IGSO和MEO衛(wèi)星軌道精度優(yōu)于0.1m；中國(guó)區(qū)域電離層模型精度與CODE電離層產(chǎn)品相比優(yōu)于8TECU，可滿足高精度用戶對(duì)軌道、鐘差、電離層產(chǎn)品的事后處理要求。

（3）實(shí)時(shí)定位服務(wù)

依托基準(zhǔn)工程建立的全國(guó)覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算并播發(fā)精密衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、電離層和對(duì)流層模型等高精度產(chǎn)品，其中實(shí)時(shí)精密軌道、鐘差和對(duì)流層模型以1s的頻率播發(fā)，電離層模型產(chǎn)品每5分鐘播發(fā)，向用戶提供了實(shí)時(shí)亞米級(jí)的導(dǎo)航定位服務(wù)，并可向?qū)I(yè)用戶提供厘米級(jí)的定位服務(wù)。

（4）處理分析服務(wù)

基于PPP技術(shù)搭建多任務(wù)計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了超大規(guī)模GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)（2 000站以上）的高精度解算，并且可通過(guò)基于WEB的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)界面，用戶可以定制數(shù)據(jù)處理策略實(shí)現(xiàn)對(duì)于自身觀測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程處理和分析。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)工程所打下的基礎(chǔ)形成了我國(guó)現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的基本形態(tài)，初步實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)維持和服務(wù)能力，為我國(guó)現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)自身建設(shè)與全球地理信息資源開發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，滿足現(xiàn)階段國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。該工程全面升級(jí)和完善了我國(guó)大地、高程和重力基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施，為國(guó)家地心坐標(biāo)框架和區(qū)域坐標(biāo)框架的建立和維持提供了新一代、統(tǒng)一的測(cè)繪基準(zhǔn)成果。這些成果將在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用，為國(guó)土資源調(diào)查、能源資源開發(fā)、重大工程建設(shè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、國(guó)防建設(shè)、地球科學(xué)研究、智能交通、精細(xì)農(nóng)業(yè)、智慧城市、天氣預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)以及大眾位置服務(wù)等提供高精度、動(dòng)態(tài)、三維的測(cè)繪基準(zhǔn)支持與服務(wù)。

同時(shí)我國(guó)測(cè)繪基準(zhǔn)面臨著新時(shí)代的發(fā)展挑戰(zhàn)，需根據(jù)新的技術(shù)發(fā)展和新的應(yīng)用需求進(jìn)行新的開拓與發(fā)展，如進(jìn)一步推進(jìn)各類大地測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和融合，加大大地測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施（如GNSS、VLBI、SLR、DORIS、海洋驗(yàn)潮以及衛(wèi)星重力等）的建設(shè)，促進(jìn)全球統(tǒng)一的大地測(cè)量參考框架的建立與維持，實(shí)現(xiàn)全球基準(zhǔn)的有效統(tǒng)一以及幾何與物理基準(zhǔn)的有機(jī)結(jié)合，能夠?yàn)椤耙粠б宦贰?、?jīng)濟(jì)全球化、“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施以及全球地理信息資源建設(shè)、全球信息化建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、外交服務(wù)保障等提供統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)，在我國(guó)乃至全球經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、科學(xué)研究中發(fā)揮重要做用、做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。