第一节 国家高精度平面控制测量

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一、国家高精度GPS(A)级网
国家高精度GPS(A)级网是全国建立各种高精度GPS测量网和有关定位与导航服务体系的基础,并为中国地球动力学研究提供服务。全网共布设27点(33站)。山东省内设威海1点,位于威海市环翠区朱家洼村。1990年5月,国家地震局测量大队完成选点、埋石工作。1992年7月26日至8月5日,国家测绘局、地质矿产部、中国石油天然气总公司、国家地震局、中国煤田地质总局等部门共同组织20多家测绘单位参加联测,取得较好的野外观测数据。国家地震局测量大队承担威海点的施测。1993年8月,省测绘局购置瑞士威特(Wild)200型双频GPS接收机3台(套),参加国家高精度GPS(A)级网威海点大地坐标联测工作。

图1-1 1990年5月建造在威海市环翠区朱家洼村的国家高精度GPS(A)级点外景

为及时准确地求定国家高精度GPS(A)级网与国家天文大地网之间的转换参数,1994年1月,国家测绘局安排山东省测绘局承担威海点与国家天文大地网的平面坐标联测和高程联测。1月10-15日,省测绘局第一测绘院依据1992年版《全球定位系统(GPS)测量规范》,使用3台威特200型GPS接收机,按GPS(C)级网观测精度,采用昼夜观测2时段(2-5时,14-17时),每时段观测90分钟,联测国家天文大地网中的南玉皇庙(一等)和猴子山、老虎窝、正棋山3个二等三角锁点,求得威海点在1980西安坐标系中的高斯平面坐标。高程联测采用三等水准测量的方法,起闭于I沙青83、86两点,组成附合水准路线。依据国家技术监督局1991年颁布的《国家三、四等水准测量规范》,使用国产DSZ3水准仪、区格木制标尺,采用往返观测,求得该点1985国家高程基准的高程值。路线全长12.9千米,往返测量最大闭合差3.5毫米,路线闭合差29.4毫米。1995年12月28日,国家高精度GPS(A)级网正式启用。

二、国家高精度GPS(B)级网
1991年,为推进中国现今地壳运动和地球动力学的研究以及在全国范围内建立高精度三维大地控制网,加强、检核和改造全国天文大地网精度,精化大地水准面,建立国家亚米级高程基准,并提供WGS-84地心坐标与中国大地坐标系的转换参数,统一全国陆地和海洋的大地测量基准,国家测绘局决定在全国范围布测国家高精度GPS(B)级网。该项工程是国家测绘局“八五”规划重点工程项目。山东省内的布测工作由国家测绘局第二大地测量队(简称国测二大队)承担。
1993年5月26日,国测二大队进入辽、冀、京、津、鲁、豫、皖测区,开始首期作业。在山东中西部地区布测国家高精度GPS(B)级点15个。作业依据1992年版《全球定位系统(GPS)测量规范》、国家测绘局1991年制定的《国家高精度GPS网项目设计书》等有关技术规定,使用4台阿什泰克MD-XⅡ型双频GPS接收机施测。
1994年,国测二大队承担中国中部、东部地区部分国家高精度GPS网的布测任务,在胶东地区布测国家高精度GPS(B)级点9个。作业依据和使用仪器均与首期相同。
1995年,国测二大队承担中国沿海地区部分国家高精度GPS网海岛联测,在山东沿海布测青岛验潮站(GH07)、千里岩(GH06)、潮连岛(HH01)、平山岛(HH02)4点,使用7台GPS接收机施测。作业依据和使用仪器型号均与前两期相同。
由于1993年底国家测绘局修改国家高精度GPS(B)级网技术规定,对异步环的边长数由12条改为6条,异步环边长总长度由2000千米改为1000千米,1995年,国测二大队对山东省内GS71、GT11、GS58、GS59四点进行补测。至1996年底,此次全国范围的国家高精度GPS(B)级网外业布测工作全部结束。1994-1997年,国家测绘局大地测量数据处理中心完成内业资料整理、数据处理工作。整网约束平差后,相对于国家高精度GPS(A)级网框架,水平方向优于0.05米,垂直方向优于0.10米。平均点位中误差水平方向±0.013米,垂直方向±0.026米,基线相对精度达10-7。1998年11月,国家启用该成果。
在国家测绘局建立国家高精度GPS(B)级网的同时,军事测绘部门为国防建设在全国布测部队一、二级GPS控制网。1995年5-11月,总参测绘局第一测绘大队(简称总参一大队)完成山东省内17个网点的布测任务。

1995年山东省内部队一、二级GPS网点一览表
表1-1
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│名称 │编号│概略经度(L) │概略纬度(B) │
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│莱阳人卫站 │Ⅱ │东经120°47′ │北纬37°02′│
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│Ⅱ炉房 │AC │东经118°36′ │北纬36°07′│
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│Ⅱ青岛验潮站│AD │东经120°18′ │北纬36°05′│
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│H潮连岛 │AE │东经120°53′ │北纬35°54′│
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│Ⅱ大墩 │AF │东经118°40′ │北纬35°24′│
├──────┼──┼───────┼──────┤
│Ⅱ胡官屯 │AG │东经116°34′ │北纬36°33′│
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│Ⅱ程海 │AH │东经115°33′ │北纬35°15′│
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│魏家庄 │B-37│东经117°51′ │北纬35°25′│
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│滨县 │B-29│东经117°58′ │北纬37°29′│
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│小山前 │B-40│东经118°11′ │北纬35°06′│
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│北垛庄铺 │B-36│东经118°29′ │北纬35°50′│
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│常山 │B-35│东经119°23′ │北纬35°54′│
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│蓬莱 │B-31│东经120°42′ │北纬37°47′│
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│南城村 │H-75│东经120°44′ │北纬37°56′│
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│威海 │B-33│东经122°09′ │北纬37°23′│
├──────┼──┼───────┼──────┤
│福来山 │GOAA│东经121°12′ │北纬37°33′│
├──────┼──┼───────┼──────┤
│东山 │GOBB│东经122°03′ │北纬36°56′│
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图1-2 1998年山东省内国家高精度GPS(A)(B)级点分布示意图

三、中国地壳运动观测网络
中国地壳运动观测网络是国家“九五”时期重大科学工程,由中国地震局牵头,总参测绘局、中国科学院、国家测绘局参建。全国共设GPS基准站25个,GPS基本站56个,GPS区域站1000个,形成连续观测和定期观测网络,配以高精度的重力观测和水准观测,目标是以地震预测、预报为主,兼顾大地测量和国防建设需要,同时服务广域差分GPS、气象和星载干涉合成孔径雷达等领域。网络基本精度达到基准站相邻点间GPS基线长度年变化测定精度优于2毫米,山东省内建有泰安基准站和青岛基本站及43个区域站。
1998年4-7月,总参一大队在东经114°30′~122°31′,北纬25°28′~37°30′范围内,完成基本站和区域站的选点、埋石工作。
1998年8月22日至9月10日,国家地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局所属的多家测绘单位对该网络的25个基准站、56个基本站进行首期联测,泰安基准站和青岛基本站的联测由总参一大队承担。
1999年3-7月,总参一大队空间大地测量队12个作业小组完成中国地壳运动观测网络区域网华北测区(含山东省)首期GPS网点大地坐标测定任务。同时,对网络工程区域网与军事测绘部门布设的一、二级GPS控制网中山东省内的17个网点进行联测。
“十五”时期,省地震局分别在烟台、即墨、日照、苍山、无棣设5个GPS基准站,在济南设数据处理中心,与中国地壳运动观测网络中的泰安基准站共同构成山东地壳运动GPS观测网络。该网络2004年初开始设计施工,选用徕卡(Leica)GPS接收设备,2005年底建成并试运行。

1998年山东省内中国地壳运动观测网络GPS网点一览表
表1-2
┌──┬──┬───────┬──────┐
│名称│编号│概略经度(L) │概略纬度(B) │
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│龙口│B003│东经120°29′ │北纬37°18′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│宁津│C009│东经116°50′ │北纬37°39′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│蓬莱│B002│东经120°50′ │北纬37°47′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│平度│B024│东经119°56′ │北纬36°50′│
└──┴──┴───────┴──────┘

续表

┌───┬──┬───────┬──────┐
│名称 │编号│概略经度(L) │概略纬度(B) │
├───┼──┼───────┼──────┤
│平邑 │B037│东经117°38′ │北纬35°32′│
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│青岛 │JB03│东经120°26′ │北纬36°03′│
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│日照 │B036│东经119°29′ │北纬35°29′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│荣成 │B005│东经122°22′ │北纬37°11′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│台儿庄│B044│东经117°42′ │北纬34°36′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│滕县 │B045│东经117°06′ │北纬35°05′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│潍坊 │B025│东经119°02′ │北纬36°40′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│五莲 │B031│东经119°12′ │北纬35°46′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│夏津 │C020│东经115°58′ │北纬36°57′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│新泰 │B033│东经117°16′ │北纬35°56′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│烟台 │B004│东经121°20′ │北纬37°28′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│阳谷 │C036│东经115°37′ │北纬36°08′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│阳信 │C018│东经117°34′ │北纬37°37′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│沂南 │B032│东经118°26′ │北纬35°32′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│沂水 │B034│东经118°39′ │北纬35°46′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│沂源 │B028│东经118°10′ │北纬36°09′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│禹城 │C026│东经116°36′ │北纬36°57′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│诸城 │B030│东经119°28′ │北纬35°59′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│淄博 │B027│东经118°08′ │北纬36°46′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│郯城 │B042│东经118°20′ │北纬34°38′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│莒南 │B039│东经118°54′ │北纬35°08′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│莒县 │B035│东经118°51′ │北纬35°35′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│东阿 │C027│东经116°13′ │北纬36°20′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│长岛 │B001│东经120°46′ │北纬37°56′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│苍山 │B043│东经118°02′ │北纬34°53′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│博兴 │B021│东经118°05′ │北纬37°09′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│东明 │C045│东经115°05′ │北纬35°18′│
├───┼──┼───────┼──────┤
│高密 │B029│东经119°48′ │北纬36°24′│
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续表

┌──┬──┬───────┬──────┐
│名称│编号│概略经度(L) │概略纬度(B) │
├──┼──┼───────┼──────┤
│冠县│C028│东经115°25′ │北纬36°29′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│海阳│B006│东经121°10′ │北纬36°45′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│菏泽│C044│东经115°26′ │北纬35°15′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│垦利│B020│东经118°47′ │北纬37°36′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│济宁│C034│东经116°34′ │北纬35°25′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│莱阳│B007│东经120°44′ │北纬36°59′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│掖县│B023│东经119°59′ │北纬37°11′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│梁山│C035│东经116°06′ │北纬35°47′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│临沂│B038│东经118°10′ │北纬35°06′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│临朐│B026│东经118°33′ │北纬36°30′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│陵县│C019│东经116°34′ │北纬37°19′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│寿光│B022│东经118°44′ │北纬36°54′│
├──┼──┼───────┼──────┤
│泰安│TAIN│东经117°07′ │北纬36°13′│
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四、2000国家GPS大地控制网
1998年,随着中国地壳运动观测网络的建成和运行,国家测绘局、国家地震局和总参测绘局共同决定在全国范围内对国家高精度GPS(A)(B)级网,部队一、二级GPS大地控制网,中国地壳运动观测网络进行三网联测,建立2000国家GPS大地控制网。1999年8-9月,总参一大队使用9台阿什泰克Z-12型双频GPS接收机施测,完成东经114°30′~122°31′,北纬25°28′~37°30′的三网联测任务。三网联测后,通过联合处理,将其归于统一坐标参考框架,形成紧密的联系体系,既满足现代测量技术对地心坐标的需求,同时为建立国家新一代的地心坐标系统打下坚实基础。三网经统一处理后,网点的相对精度优于10-7。2000国家GPS大地控制网点在山东省内共97点(含重合点)。
2002年,国家正式启动“全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网联合平差”项目。这项集科研和生产于一体的国家基础测绘项目,由中国测绘科学研究院主持,陕西省测绘局参加,山东省内天文大地网和2000国家GPS大地控制网的观测成果均纳入该项目。平差后,全网点位平均精度达到±0.11米。2004年12月10日,该项目在北京通过国家测绘局组织的验收。

图1-3 2002年山东省内2000国家GPS大地控制网点点位示意图