福建省大地測量學科發展研究報告

福建省測繪學會

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福建省大地測量學科發展研究報告

福建省測繪學會

介紹福建省大地測量學科發展的現狀，分析了福建省大地測量學科發展存在的問題，進一步分析了我省大地測量發展的趨勢,從連續運行衛星定位服務系統、20000坐標系、似大地水準面精化等方面提出了今后發展的方向。

福建省 大地測量 發展現狀 發展趨勢

0 引言

大地測量學是地學領域中的基礎性學科，是為人類的活動提供地球空間信息的學科。隨著社會經濟的迅速發展，人口持續增長，人類可利用的地球空間受到日益嚴峻的約束，獲取地球空間信息，合理利用空間資源，已成為現代社會經濟發展戰略的重要環節。大地測量學在20世紀特別是近幾十年來隨著計算機技術和空間技術的進步而得到了飛躍發展。大地測量學的對象已逐漸由靜止的轉為動態的；其學科范圍已由陸地表面擴展到海洋，由地球表面延伸到地球內部；大地測量的信息獲取手段已由地面技術發展到空間技術；其數據處理已由后處理發展到準實時和實時處理；其工作距離已由數十公里發展到幾千公里，定位精度由米級提高到厘米級和毫米級；大地測量學由單一學科發展到與其它測繪學科或和其它地學學科相互滲透的綜合性學科，成為推動地球科學發展的前沿學科之一。由此，大地測量學在資源和環境的利用、保護、管理以及防災減災和提供地球空間信息或地理信息基礎框架等方面的應用得到不斷的擴展。

1 學科定義及主要任務

大地測量學（Geodesy）是在一定的時間—空間參考系統中，測量和描繪地球及其它行星體的一門學科。大地測量學是地球科學中的一個分支，而且是發展最活躍、最具有重要地位的一個分支。它的最基本的任務是測量和描述地球并監測其變化，為人類活動提供關于地球等行星體的空間信息。因此，從本質上講，它是一門地球信息學科，既是基礎學科，又是應用學科。

從廣義上說，現代大地測量的基本任務是：①建立和維持高精度的慣性和地固參考系，建立和維持地區性和全球的三維大地網，包括海底大地網，以一定的時間尺度長期監測這些網隨時間的變化，為大地測量定位和研究地球動力學現象提供一個高精度的地球參考框架和地面基準點網；②監測和解釋各種地球動力學現象；③測定地球形狀和地球外部重力場精細結構及其隨時間的變化，對觀測結果進行地球物理學解釋。

具體到我省，大地測量的主要任務有：①坐標系統的建立、維護和更新；②衛星定位的發展應用；③重力基準的建立、維護和更新；④似大地水準面精化的發展應用。

空間大地測量是實現大地測量學科各類目標最基本、最適用的技術手段，是大地測量學科向地球科學深層次擴展的主通道和主推力，決定著學科的發展方向和科學地位。近年空間大地測量發展的特點是：①GPS技術已迅速普及，正在成為大地測量的主要常規技術；②技術模式多樣化，包括空基系統、陸基系統和衛星跟蹤系統等，正在逐步形成一個全功能的配套系統，這一配套空間大地測量系統將具有感測重力場不同波段信息、衛星軌道測定、地面點定位、全球地形測高等整體功能；③向降低用戶人工干預程度，作業自動化方向發展；④追求更高的精度、分辨率和可靠性，繼續系統的更新換代過程；⑤實施一系列國際空間大地測量計劃，以支持精化全球參考框架和研究地球動力學問題。

2 福建省大地測量學科發展現狀

建國以來，我省的大地測量工作取得了巨大的成績，其發展水平和國內相當。經過我省測量工作者的多年努力，已經建立起遍布全省的大地基準、高程基準、重力基準，為海西建設發揮了重要的作用。

2.1 常規大地測量

常規大地測量主要是指建國后，國家組織測量的天文大地控制網和各等級的三角點。

我省的天文大地控制網1954年～1955年施測，測定了８個一等天文點，９個二等天文點和５個四等天文點。此外，福建省地震綜合隊于1973年在東山縣測定了４個一等天文點。這些天文點的坐標成果為：1954年北京坐標系，高斯投影六度分帶；1956年黃海高程系。

國家三角測量按控制次序和施測精度分為一、二、三、四等。

福建省的一等三角測量，有浦城－永安、瑞安－浦城、瑞安－福清、永安－瑞金、永安－福清、潮州－瑞金、永安－廈門、福清－廈門、廈門－潮安等9個縱橫鎖段，互相交叉構成三個鎖環。由總參測繪局大地測量隊于1955年～1957年間施測完成，現在福建省內有一等三角點約152點。

二等三角網是在一等三角鎖控制下布設的，福建省的二等三角網由總參測繪局和總參測繪學院于1956年～1959年完成，福建省內有二等三角點（含三角鎖）約892點。

三、四等三角網是二等三角網的進一步加密。建國初期，福建省大面積的三等三角測量是由總參測繪局和總參測繪學院于1957年～1959年施測的。1958年，建筑工程部勘察設計院在福州市制定了城Ⅱ、城Ⅲ三角網。其后福建省各個經濟建設部門，先后在各測區進行了大量的三、四等三角測量，省內的主要施測單位有：福建省測繪局、福建省建筑設計院、福建省水利電力設計院、福建省121煤田地勘隊等多個單位。福建省內有三等三角點約954個，四等三角點約651個。此外，福州軍區于上世紀60～70年代期間還在全省范圍內布設有大量的四等三角點。

可以說，各等級天文點和三角點的點位基本覆蓋全省，為我省經濟建設作出了巨大貢獻。但是，受當時技術條件的限制，其精度較低，而且大多數點位位于高山上，使用非常不方便，加上多年沒有維護、沒有復測，單純的三角點已經不能滿足我省經濟建設的需要。

2.2 空間大地測量技術的發展和應用

空間大地測量技術主要是指全球導航衛星定位（GNSS）技術。GNSS目前在世界上主要指美國的GPS系統，同時并存的還包括俄羅斯的GLONASS系統、歐洲的GALILEO系統以及中國的COMPASS北斗系統。

美國于1973年提出了GPS全球衛星導航系統，1995年該系統建成并開始投入運行，至2009年9月，美國共發射了4種GPS衛星系列。美國的GPS是GNSS中第一個投入全面工作的系統，而且是從1995年以來至今一直穩定運營的唯一系統。GPS進入正常工作之后，1996年，美國啟動GPS現代化進程，大幅度提高系統的性能，作為現代化的第一步，在2000年5月1日終止了人為降低民用定位精度的可用性選擇(SA)，接著在衛星載荷系統、地面運控系統等方面采取積極舉措，有效提高了GPS的各項功能和性能指標，使應用范圍迅速擴大，用戶數量急劇增長，全球掀起了衛星導航系統建設和應用服務的浪潮。GPS測量技術以一種全新的測量方式，在大地測量方面得到廣泛的應用。

全球定位系統的主要特點有：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應用廣泛等。

2.2.1定位精度高

應用實踐已經證明，GPS相對定位精度在50公里以內可達10-6，100～500公里可達10-7，1000公里可達10-9。在300～1500米工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與高精度電磁波測距儀測定的邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。

2.2.2觀測時間短

隨著GPS系統的不斷完善和軟件的不斷更新，目前，20公里以內相對靜態定位，僅需15～20分鐘；快速靜態相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15公里以內時，流動站觀測時間只需1～2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。

在大地測量方面，GPS主要應用于區域大地控制網。從上世紀90年代中期開始，GPS技術已經成為建立我省大地控制網的最主要手段。

2.2.2.1 福建境內的國家A、B級GPS控制網

國家測繪局于1992年至2004年施測的國家A、B級GPS網，在福建境內有GPS A 級網點30個，B級網點25個。GPS A級網的基線相對精度達到10-8量級，GPS B級網的基線相對精度達到10-7量級。A、B級GPS點具有WGS-84大地坐標系和1980西安坐標系的成果。

2.2.2.2 福建省C級GPS控制網

2003年福建省測繪局組織實施了福建省C級GPS網的建設工作。福建省C級GPS網由475個控制點組成，提供了網點的WGS-84大地坐標系和1980西安坐標系及1954年北京坐標系坐標，同時分別確定了福建省準確、可靠的WGS-84坐標系統至1954年北京坐標系統及WGS-84坐標系統至1980西安坐標系統的坐標轉換參數。GPS網的起算數據準確可靠，結果精度高，GPS C級網點水平方向的精度優于±2厘米，高程方向的精度優于±3厘米。

同時對部分GPS C級點用附合路線或支線方式進行水準聯測，按照三等水準觀測。三等水準測量于2002年11月~2004年10月完成。

2.2.2.3 各地市建立的GPS控制網

在福建省全省C級GPS網的基礎上，全省多個地市也建立了各自的基礎GPS控制網，覆蓋各自區域或部分區域，為各種測量工作提供工作基準，如廈門市在上世紀90年代就建立了覆蓋全市范圍的C級GPS控制網；莆田市在2006年建成了由40個C級GPS控制點和160個D級GPS控制點組成基礎控制網，覆蓋全莆田市范圍；其余的各地市如寧德市、福州市、漳州市、泉州市、三明市等也建成了覆蓋全市或覆蓋核心規劃區的基礎控制網。

2.2.2.4 各縣市建立的基礎控制網

在福建省全省C級網的基礎上，部分經濟較發達的縣市也建立了各自的基礎GPS控制網，覆蓋各縣市區域，為各種測量工作提供工作基準，如晉江市于2008年建成了由45個C級GPS控制點和150個D級GPS控制點組成基礎控制網，覆蓋全晉江市范圍。其它如福清、永定、惠安等縣也建立了各自的基礎GPS控制網。

2.3 福建省連續運行衛星定位服務系統

連續運行衛星定位服務系統是利用全球導航衛星系統（GNSS）技術，在某地區、某個城市建立永久性的連續運行參考站、系統控制和數據處理中心（簡稱控制中心），利用計算機、數據通信和互聯網技術將各參考站與系統控制和數據處理中心組成網絡，共享參考站數據，利用參考站網軟件進行處理，然后向各種用戶自動地發布不同類型的GNSS原始數據、各種類型RTK差分改正數據等。其主要功能是向系統覆蓋區域內的用戶提供各種不同精度的時間和位置服務信息。它是多功能、多用途的綜合服務定位網。

我國連續運行參考站建設開始于1992年，國家測繪局與美國大地測量局在武漢建立國內第一個GPS永久跟蹤站，用于全球陸地參考框架定義以及GPS衛星軌道確定。此后，深圳市建立了國內首個區域連續運行衛星定位服務系統，連續運行參考站網系統建設的熱潮在我國悄然興起。北京、香港、上海、深圳、天津、武漢、昆明、成都等地已建立了類似的服務系統，廣東、江蘇、浙江等也建成覆蓋全省的連續運行衛星定位綜合服務系統，全國其它省份也都在籌建或在建連續運行衛星定位服務系統。

福建省連續運行衛星定位服務系統（FJCORS）是我國華東地區省級的連續運行參考站網絡系統，它不僅可以向省內測繪用戶提供高精度、連續的時間和空間基準，并可向精密導航、精密定位、抗災減災等應用提供數據服務，是空間數據基礎設施最為重要的組成部分，也是數字省份多種空間數據采集的基準參考框架。FJCORS可與浙江省、江西省、廣東省連續運行參考站網絡聯網，通過加入省網，實現全省系統的互聯互通和互操作，實現信息資源的共享。

FJCORS由福建省測繪局于2008開始建設，到目前完成了FJCORS第一期的建設，已建成30個參考站，參考站主要分布在沿海經濟發達地區，可以提供包括網絡RTK在內的多項服務。

2.4 坐標系統

坐標系統一直是大地測量中最基本的問題。大地坐標系依其坐標系原點的位置不同而分為地心坐標系和參心坐標系。我國大地坐標系從建立至今，經歷了從參心坐標系到地心坐標系的發展過程，為國民經濟建設和國防建設提供了有效保障。隨著國家空間數據基礎設施建設的不斷完善和數字地球戰略的提出，我國大地坐標系發生新的變化。

我國大地坐標系的建立始于20世紀50年代從前蘇聯引入的1954年北京坐標系(簡稱54坐標系)。20世紀80年代初，通過天文大地網平差，建立了1980西安大地坐標系(簡稱80坐標系)和新54坐標系。20世紀80年代末，隨著空間技術的發展,我國實現了多種高精度地心坐標框架。2008年7月1日開始使用CGCS2000坐標系統。我省使用的大地坐標系情況與國家坐標系統發展基本一致。

2.5 地方坐標系

我國各大中城市和地區為適應當地規劃和建設的需要，建立城市坐標系和地區坐標系，它們的特點是相互獨立、使用方便，但與地心坐標系不發生聯系，與國家坐標系的關系也不精確。隨著國民經濟的發展，各城市和地區間的聯系愈加密切，各種跨城市和地區的建設項目越來越多，而且隨著空間技術的應用，這種坐標系的缺點逐漸暴露出來，必將影響城市建設的需要。

我省各地級市一般根據當地地理位置在1954年北京坐標系或1980西安坐標系的基礎上確立當地的地方坐標系，主要方法有投影于參考橢球面的任意分帶的高斯投影、具有高程抵償面的3°分帶高斯投影、具有高程抵償面的任意分帶高斯投影等。各地級市城市現行使用的坐標分別為：莆田——1980西安坐標系，中央子午線119°；泉州——泉州獨立坐標系，即中央子午線為118°30′的1954年北京坐標系；漳州 ——漳州城市坐標系，中央子午線為117°40′的1954年北京坐標系；龍巖——龍巖市地方坐標系（即抵償面高程為350米，中央子午線為117°的1980西安坐標系）；南平——1980年西安坐標系，中央子午線為118°30′；比較特殊的是福州 ——福州城市地方平面直角坐標系，廈門——92廈門坐標系。

福州城市地方平面直角坐標系投影帶采用任意帶，以高蓋山控制點東經119°18′23″為中央子午線，投影面為克拉索夫斯基參考橢球體面，與大地水準面之間為60m。坐標原點以主網高蓋山三角點為坐標原點起算。起算方位角以主網高蓋山三角點為坐標起算原點，往玉毛尾三角點方向方位角為起算方位角。

我省正式經過批準的地方坐標系只有“92廈門坐標系”，由廈門市人民政府發布，1998年1月1日實施。92廈門坐標系是1.5度帶的1954年北京坐標系，高程歸算面采用黃海0米。

2.6 高程基準

新中國成立前，我國沒有統一高程系統，高程基準較為混亂，曾在不同時期以不同方式建立了如坎門、吳淞口、青島、大連等地驗潮站，得到不同的高程基準面系統。我省也存在多種地方高程系統，如福州地區的羅基高程系統和羅星塔零點高程系統、廈門海關高程系統、漳州馬肚底高程系統、南安石礱高程系統、南安石壁高程系統等，高程基準不一，為生產帶來很大不便。

1957年確定青島驗潮站為我國基本驗潮站，以該站1950年至1956年7年間的潮汐資料推求的平均海水面作為我國的高程基準面，計算的水準原點高程為72.289米。以此高程基準面作為我國統一的高程系統，為1956年黃海高程系統。幾十年來，1956年黃海高程系在經濟建設、國防和科學研究等方面都起到了重要的作用。

1956年黃海高程系的高程基準面的確立，是在當時客觀條件下的最佳方案，對統一全國高程有其重要的歷史意義。但隨著科學技術的進步，驗潮資料的積累，存在著明顯的不足和缺陷：采用青島驗潮站7年的觀測資料太少，由于潮汐數據時間短，無法消除長周期潮汐變化的影響，導致計算的平均海水面不太穩定，代表性較差；潮汐數據記錄有個別錯誤；對我國沿海海面狀況缺乏深入了解，沒有測定各地平均海面和黃海平均海面的差值，無法確定我國沿海海面存在的南高北低的具體量級，也就無法顧及我國海面存在的傾斜問題；沒有聯測至海南島等等。

新的國家高程基準面根據1952年~1979年27年間的驗潮資料計算得到，依據這個高程基準面作為全國高程的統一起算面，稱為“1985國家高程基準”，計算得到的國家水準點的高程為72.260米。1987年經國務院批準，于1988年1月正式啟用。目前，福建省內統一使用1985國家高程基準。

在高程基準基礎數據方面，上世紀50年代至60年代完成了國家一期一等水準網的施測和平差計算，總長約4萬公里，構成了我國建國初期的國家高程系統。70年代至80年代完成了國家二期一等和二等水準網的布設和計算。國家一等水準網總長度約9. 3萬公里，國家二等水準網總長度約為13. 7萬公里，為全國所有涉及高程的各項工作提供了基準框架。90年代完成了國家二期一等水準網的復測工作，為中國大陸地殼垂直運動研究提供了可靠的科學基礎數據。

福建省內現有高程基準基礎數據主要有一、二等水準測量數據，主要沿國道和部分省道布設。第一次于1952年至1958年間，主要由福建省水利系統精密水準測量隊施測；第二次測量自1972年至1979年開始，由福建省地震測量隊進行；第三次在1992年至1998年之間施測，主要是一等水準復測，共復測了8條路線，路線總長度約1430公里，共583個水準點（上下標志各算一個）；第四次在2003年至2004年之間施測，主要是二等水準復測，共復測了21條路線，路線總長度1800公里，共450個水準點。

省內部分單位也為各地市進行了一、二等水準測量工作，主要由廈門地震勘測研究中心承擔：（1）2000年建設了泉州市一等水準網建設，為泉州市城市建設提供統一的高程基準；（2）2002年在福建境內杭廣南一等水準路線基礎上，建設了一等水準網，該網由3個閉合環，13條水準觀測路線，385個一等水準點構成，2002年完成1期共1529.7公里一等水準觀測，為地方市政建設提供高等級高程基準和獲取福建省垂直形變場提供服務；（3）2002年建設了廈門市一等水準網，該網由13條水準測線，70多個水準點構成，共245公里，從2005年至今每年復測1期，為廈門市市政建設提供統一高程基準，同時為廈門市地面沉降特征研究提供服務。

2.7 似大地水準面精化

似大地水準面的精化一直是大地測量學中的熱點問題，不僅具有理論價值，尤其是在高精度衛星導航定位系統廣泛應用的今天，更具巨大的使用價值，它將使全球衛星定位系統的三維定位性質在實際應用中充分發揮作用，并在高程測定上用衛星定位逐漸替代低等級的水準作業。新一代中國似大地水準面CQG2000是在利用420055的重力數據和671個國家A/B級GPS水準資料計算得出的。CQG2000在36°以北、108°以西似大地水準面的精度為±0. 5米；在36°以北、108°以東精度為±0. 3米；在36°以南、108°以西精度為±0. 6米；在36°以南、108°以東精度為±0. 3米。

我國局部大地水準面的研究，自2004年以來，提出了確定似大地水準面嚴密的陸海統一算法和具有原創性的球冠諧理論和方法，突破了若干關鍵技術，使得我國城市似大地水準面確定精度實現了跨時代的發展。全球定位技術結合1厘米精度似大地水準面成果，可以滿足二等水準測量要求。

具體到我省，在2003年～2004年由福建省測繪局組織，開展了全省區域似大地水準面精化工作，綜合利用GPS、水準、重力測量成果的基礎上，以高分辨率數字高程模型、重力場模型，采用重力法與移去—恢復技術，確定我省分辨率為2.5′×2.5′的高精度似大地水準面，內符合精度為±5.5厘米，外部檢驗精度為±6.2厘米，達到當時的國內領先水平。

各地市、縣近年來也開展了區域似大地水準面精化工作。2005年～2006年，莆田市組織實施了高精度似大地水準面精化項目，覆蓋范圍為莆田市四區一縣，覆蓋面積約4200平方公里，經數據處理，其內符合精度優于±1.4厘米。2009年，寧德市組織實施了高精度似大地水準面精化項目，覆蓋整個寧德范圍面積約13400平方公里，經數據處理，其內符合精度為優于±3.0厘米。特別是福州市，2009年，在福州市區及附近約5000平方公里范圍，進行了高精度的區域似大地水準面精化工作，經過平差計算，其平地精度優于±0.8厘米，山地精度優于±1.6厘米，達到國內先進水平。其它的如廈門、漳州、泉州、龍巖、晉江等地也開展了區域似大地水準面精化工作，覆蓋范圍大小不一，精度都優于3厘米或5厘米。

2.8 重力測量

重力測量是根據不同的目的和要求，使用儀器測量地面某點的重力加速度。重力測量作為地震監測的手段之一，同時是求定一、二等水準點正常高的重力異常改正數的主要數據，是大地測量的一項重要內容。

上世紀50年代中期，我國建立了國家57重力基準，在80 年代更新為85重力基準，并于21世紀初建立2000國家重力基本網。

1973年開始，福建省地震綜合隊在福建、江西兩省的部分地區進行了重力測量，主要沿一等水準路線在水準點上施測，重力路線長達6000多公里，點的密度為每隔15～20公里一個。

1981年，國家測繪總局在福建省測繪院溪口基地1號樓埋設了一個重力基準點，是85國家重力基本網的6個基準點之一（另5個是北京、廣州、南寧、昆明、青島），該網還包括64個基本重力點和5個引點，新網建立后，代替了原來采用的誤差較大的國家57重力基準。

80年代期間，由福建省物化探大隊承擔的具有一定密度和精度要求的重力測量工作，已在全省范圍完成。

廈門地震勘測研究中心2008年承擔完成福建全省流動重力網建設，該網共200多個重力測點、252個重力測段。從2008年至今，每年復測2期，為福建省重力背景場及重力場隨時間變化特征研究做出了貢獻。

我省重力點分布較密，精度較高的一級基準點有29個，二級基準點有227個，其余重力加密點有幾十萬個。

另外，在1977年～1978年間，福建省地震綜合隊建立福州鼓山重力基線場。福州鼓山重力基線場屬國家級重力基線場，供本省和鄰省測定重力格值用，改變了過去福建沒有自己的重力基線場的被動局面。

3 福建省大地測量學科發展存在的問題分析

3.1 高端人才缺乏，基礎理論研究基本空白

在基礎理論研究方面，國內跟蹤著世界先進水平，近年來在虧秩自由網平差、粗差檢測和穩鍵估計理論、地面網和衛星網聯合平差的理論和模型、關于地面參考系的定向和地球自轉運動基礎力學理論研究等方面取得不錯的成績，但我省在這方面的高端人才非常缺乏，對大地測量基礎理論進行研究的幾乎沒有，基本空白。

3.2 成果共享機制不暢

目前，福建省已經出臺了測繪成果匯交、共享的制度，但在執行上存在很多問題，難于落實。特別是大地測量的成果數據，由于數據成果分屬測繪、地震、地勘等系統的因素，各部門仍處于各自為政的局面，加上大地測量的數據基本上都是機密、絕密級的數據，成果未能做到共享，使用非常不方便。

3.3 大地測量的發展水平在各地市間差距較大

在我省沿海地區，如福州、莆田、泉州、廈門、寧德等，大地測量的發展水平較高，在當地財政的支持下，基本已經完成整個行政區域或大規劃區的C、D級GPS網加密和厘米級似大地水準面精化工作，甚至部分經濟較發達的縣市也獨立完成了該項工作，能基本滿足當地經濟建設需要。而在我省的大多數山區縣市，由于財政投入不足，其GPS網的覆蓋范圍較小，精度難以保證，甚至極少數地區還在使用三角點成果，其基礎控制網不完善或者多年沒有復測，所使用的平面坐標系統大部分采用54北京坐標系統或以某地區為參心的近似54北京坐標系統或工程獨立坐標系統，有些縣市坐標系選擇不當，投影變形嚴重超限。

3.4 海洋大地測量較少

我省是海洋大省，有漫長的海岸線，但由于海洋測繪的組織實施一般由總參測繪局進行，我省進行的不多。

3.5 從事大地測量的測繪隊伍不多

我省從事測繪的隊伍非常多，有資質的隊伍共有367家，其中甲級隊伍17家，乙級隊伍45家，丙級隊伍109家，丁級隊伍196家，但是有資質從事大地測量的測繪隊伍很少，全省有資質開展大地測量工作的只有4家，其中福建省測繪院和廈門地震勘測研究中心為甲級資質，福建省地質測繪院和福建省國土測繪院為乙級資質。

4 福建省大地測量技術的發展趨勢

隨著科技進步和社會發展，對大地測量提出了越來越迫切的需求，建設統一、高精度、地心、動態和靜態結合的測繪基準框架基礎設施已經成為經濟社會發展的迫切需要。

4.1 福建省連續運行衛星定位服務系統第二期建設及系統維護和運營

福建省連續運行衛星定位服務系統第二期建設應在現有的FJCORS參考站網的基礎上，通過和福建省地震局合作、聯網，再新建部分CORS參考站和整合地市或其它行業及周邊省份的CORS參考站，使FJCORS參考站達到70座以上，能夠覆蓋全省陸域、大部分島嶼及周邊地區，平均站間距離約為50公里。系統建設全部完成后，應對所有參考站進行坐標聯測，同時擬定“福建省連續運行衛星定位服務系統”的維護和社會化服務的政策和制度，建設省級測繪基準數據處理和服務中心，通過網站、手機短信等平臺，提升測繪基準數據處理、分析以及社會化服務能力，促進系統的社會化應用。本著“統籌規劃、分期實施、資源共享、服務社會”的原則，建立一個高精度、高時空分辨率、高效率、高覆蓋率的FJCORS綜合信息服務系統網，把GNSS這一高新技術綜合應用于我省的大地測量、工程測量、氣象監測、地災監測以及城市地理信息系統等領域，并兼顧社會公共定位服務，滿足日益增長的社會綜合管理與信息化建設的需求。

FJCORS的建成并向全社會提供服務，對測繪行業而言是一個技術上的革命，建立了我省永久性連續的動態參考框架，建立了能長期、連續地反映城市時空信息多種動態變化的動態測繪基準，同時應用FJCORS網絡RTK技術，能極大地提高測繪生產效率；其次，在其它行業也能發揮重要的作用，在氣象預報、防災減災、交通管理和智能交通、變形觀測、農林和導航等領域都有著廣泛的應用前景，具有良好的社會效益和經濟效益。

4.2 建設福建省GPS大地控制網

福建省衛星定位大地控制網是FJCORS參考站的加密與補充，具有較高的點位密度，更廣的服務范圍。其主要工作是對已有福建省C級GPS控制網進行復測，布設、觀測精化控制網點。

在現有的各類高等級控制點基礎上，按約每225km2布設一個精化控制網點（含平面、高程），全省約布設620點，利用現有控制點位約290點，新埋設約330點。主要選擇在水準路線上適合水準聯測的控制點，優先選擇FJCORS參考站點、CGCS2000控制網點、具有天線墩的控制點（如海島礁控制點）、經過水準聯測的福建省C級控制點，可利用合乎標準的控制點位標志，新埋點按普通標石埋設。對已有的福建省C級控制網點進行普查，對已破壞的進行重新埋設和修補。按GPS C級要求觀測所有精化控制網點，同時復測所有C級點。

4.3 提高全省似大地水準面精化的精度

在福建省行政界線范圍內現有的一、二等水準路線基礎上進行踏勘、補埋、加密。充分利用該地區的新、老陸地重力點成果與GPS測高成果，不低于30″×30″分辨率數字高程模型，不低于360階次的國內外先進的重力場模型及分布較均勻的、現勢性較好的GPS網及水準測量成果，采用重力法及移去～恢復技術完成1km格網似大地水準面高和似大地水準面高差的精度（標準差）優于±3cm，外部檢驗精度優于±5cm的高精度高分辨率區域似大地水準面成果。

在建設高精度的似大地水準面的同時，要大力推廣似大地水準面精化成果的全面應用。真正實現利用GPS技術在測得高精度的平面坐標的同時，獲得該點的正常高程，從而代替低等級（三、四等）的水準測量工作，充分發揮GPS精度高、成本低、快速、靈活等特點，大幅度減少外業工作量與降低生產成本，加快構建地理空間基礎框架的步伐，充分發揮測繪、勘察在城市經濟建設與人民生活中的基礎和先行作用，使其具有良好的社會和經濟效益。

4.4 推廣2000國家大地坐標系

現行的大地坐標系歷經50年，對國民經濟建設作出了重大的貢獻，效益顯著。但是無論是1954年北京坐標系還是1980西安坐標系，都受當時技術條件制約，都是二維參心坐標系，其成果精度偏低、無法滿足新技術的要求，已不適應發展的需要。經國務院批準，中國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標系（簡稱為CGCS2000）。中國采用2000國家大地坐標系，對滿足國民經濟建設、社會發展、國防建設和科學研究的需求，有著十分重要的意義。

按照國家要求，2000國家大地坐標系與現行國家大地坐標系轉換、銜接的過渡期為8～10年。現有各類測繪成果，在過渡期內可沿用現行國家大地坐標系；2008年7月1日后新生產的各類測繪成果應采用2000國家大地坐標系。現有地理信息系統，在過渡期內應逐步轉換到2000國家大地坐標系；2008年7月1日后新建設的地理信息系統應采用2000國家大地坐標系。

福建省在2008年就開始推行2000國家大地坐標系，目前已經有部分項目開始使用2000國家大地坐標系，例如，福建省測繪局要求在2010年開始生產的1：5000、1：10000地形圖全部使用2000坐標，福建省測繪院在廈門1：2000地形圖生產項目、龍巖1：1000、1：2000地形圖、泉州規劃區控制測量等項目，在提供當地坐標成果的基礎上，也另外提供一套2000坐標成果，福州市勘測院2010年在平潭綜合實驗區采用航測數字化成圖的方法完成了全島370平方公里2000國家大地坐標系的1：500地形圖。但是，坐標系統的改變涉及到方方面面，錯綜復雜，工作量巨大，坐標基準統一到2000國家大地坐標系的難度很大，是一項長期、艱巨的任務，需要測繪人的共同努力。

4.5 推廣北斗衛星導航系統的應用

北斗導航系統是我國獨立研制的衛星導航系統，在國防建設和國家經濟建設中占有越來越重要的地位，它直接關系到國家安全以及經濟社會的長遠發展。

北斗衛星定位系統由空間衛星系統、中心控制系統、標校系統和各類用戶機等部分組成。北斗系統與其它衛星導航系統相比有著自己獨特的優勢，主要表現在以下幾個方面：

4.5.1同時具備定位與通信功能，無需其它通信系統支持

北斗系統與GPS 系統的民用精度基本相當，能滿足用戶導航定位和授時要求。北斗系統具有用戶與用戶、用戶與地面控制中心之間的雙向報文通信能力。需特別指出的是，北斗系統具備的這種雙向簡短通信功能，目前已廣泛應用的國外衛星導航定位系統（如GPS、GLONASS ）并不具備。

4.5.2全天候快速定位，覆蓋中國及周邊國家和地區，無通信盲區

北斗導航系統是覆蓋中國本土的區域導航系統，覆蓋范圍東經約70°～140°，北緯5°～55°，可以無縫覆蓋我國全部國土和周邊海域，且無通訊盲區。相比之下，GPS結合地面無線通訊系統（GSM、集群），覆蓋范圍只能局限于地面基站系統所達到的地區，無法滿足偏遠山區、海上、跨區域大系統的應用要求。

4.5.3融合“導航系統”和“增強系統”兩大資源，服務內容更加豐富

北斗衛星導航系統中心站不僅可以保留全部北斗終端的位置及時間信息，而且可實時存儲大量非常有價值的GPS 數據，通過“衛星導航增強系統”為用戶提供更加豐富的信息服務及精密導航定位服務。

4.5.4自主控制，安全穩定，保密性好

北斗系統是中國自行研制、自主控制的衛星定位導航系統。在當前復雜多變的國際形勢下，過分依賴國外衛星導航系統難免受制于人，對一些要害部門的用戶而言，能否擁有自主控制的衛星導航系統至關重要。另外，北斗導航系統通信信號穩定，且設計有高強度加密措施，安全可靠，適合關鍵部門應用。

根據系統建設總體規劃，按照三步走的發展戰略，中國北斗衛星導航系統將于2012 年前具備亞太地區區域服務能力，2020年左右，建設成由30余顆衛星、地面段和各類用戶端構成的、覆蓋全球的定位導航系統。北斗衛星導航系統復雜，它的建設應用，將實現中國航天從單星研制向組批生產、從保單星成功向保組網成功、從以衛星為核心向以系統為核心、從面向行業用戶向面向大眾用戶的歷史性轉型。

我省在北斗系統不斷完善的過程中，要積極學習北斗系統接收機的使用，積極推廣其應用。

4.6 促進海洋與陸地大地測量技術、成果的融合

科學技術的發展、全球生態環境保護的強烈要求以及可持續發展的需要，使海洋環境的保護和海洋資源的開發對未來人類的生存起到越來越重要的作用。在陸地上，傳統的大地測量定位基準是由一些均勻分布的固定測站點集合而成的。在海洋上，人們無法利用傳統的大地測量方法均勻布設大地測量控制點，以建立海洋測繪需要的參考基準。為了解決這個問題，需要將海洋與陸地大地測量技術、成果相結合，建立涵蓋基礎的海洋三維定位大地測量基準和實時動態的海洋大地測量基準。

海洋三維定位大地測量基準的目標是將已建成的陸地三維定位基準用高精度的靜態GPS定位技術擴展到沿海地區及海島，形成能滿足各種海洋定位要求的基準體系；利用空間定位技術建立與領海鄰國大地坐標系及國際地球參考框架（ITRF）之間的基準傳遞和坐標轉換關系，建立與領海鄰國地形圖圖件之間不同投影系統之間的轉換關系。由于各個國家通常采用不同大地測量坐標系，基準傳遞和坐標轉換應通過ITRF 坐標系進行過渡。

對于正常高程基準，由于不能用水準測量方法將我國大陸高程基準向海洋傳遞，需研究恢復由基準零點重力位定義的海洋大地水準面，涉及到利用測高技術和動力海洋方法分離動力海面地形和這一特定海洋大地水準面的多種關鍵技術；同樣，我國與領海鄰國的高程基準不一致，陸圖和海圖高程基準不統一，且海圖本身采用多種深度基準面，迫切需要研究建立全球性的或地區性的統一高程基準技術，以及建立不同陸圖和海圖高程基準之間的復雜轉換關系。海洋高程基準建立的關鍵在于大陸高程基準向海洋高程基準的無隙過渡，以及全球或地區統一高程基準的建立。

動態海洋大地測量基準是在海洋三維定位大地測量基準的基礎上，利用GNSS等空間定位技術和數字通信技術建立實時動態的海洋大地測量基準，以提高海洋定位的精度和定位的可靠性。

4.7 進行大地測量交叉學科技術研究

大地測量的深入發展，必將與其它學科融合，形成各種交叉學科，推動社會進步。目前大地測量技術特別是GNSS技術已經在各種行業中得到廣泛應用，諸如精細農林、智能交通、防災減災等。隨著衛星導航技術的現代化發展，出現各種技術的大融合趨勢。如氣象，隨著GPS/MET探測的發展以及人類了解外空氣象的需要，空基GPS/MET得到迅速發展，空基GPS/MET的試驗和研究已成為GPS/MET未來發展的一個重要方向，其具有覆蓋范圍廣、高垂直分辨率、高精度和長期穩定的諸多優點，對惡劣天氣、暴雨的監測和鄰近天氣預報、數值天氣預報、氣候變化和全球變化的監測等都將產生重要的影響；在地震以及地球內部構造方面，以GPS為代表的空間觀測技術，巨型高分辨率寬頻帶流動地震臺陣觀測技術以及電磁陣列觀測技術的發展趨勢表明，從布網觀測走向陣列觀測是地球物理觀測研究發展的基本方向。需要積極借助數值天氣預報的經驗，打破經驗性地震預測的局限，把研究的注意力盡快轉向以動力學為基礎的地震數值預報。以地震數值預報為目的的GPS陣列地殼形變連續觀測，高分辨率地殼上地幔結構探測，地殼動力學，地震孕育和破裂過程的理論、模擬試驗和實際觀測，數據同化和計算軟件的開發成為今后研究發展的重點。

4.8 推廣GPS技術在各行業的應用

今后，我省要加強GPS技術的研究，推廣GPS技術在各行業的應用工作，目前國內在研究的主要方向有：

4.8.1 GPS應用于電離層監測

GPS在監測電離層方面的應用，也是GPS空間氣象學的開端。太空中充滿了等離子體、宇宙線粒子、各種波段的電磁輻射，由于太陽常在1秒鐘內拋出百萬噸量級的帶電物，電離層由此而受到強烈干擾，這是空間氣象學研究的一個對象。通過測定電離層對GPS訊號的延遲來確定在單位體積內總自由電子含量(TEC)，以建立全球的電離層數字模型。

4.8.2 GPS應用于對流層監測

GPS應用中，早期主要是軌道誤差影響定位精度，而且早期的GPS基線相對來說比較短，高差不大，因此對對流層的研究沒有給予很大的重視。直到21世紀由于GPS軌道精度大大提高后，對流層折射已成為限制GPS定位精度提高的一個重要障礙。在GPS應用于對流層研究中，IGS的快速軌道和預報軌道信息對于天氣預報會起重大作用。此外，IGS通過德國GFZ的“IGS對流層比較和協調中心”提供的每2小時的對流層天頂延遲系列就象是控制點，對于區域性或局部性的對流層研究來說，可以起到對流層延遲絕對值的標定作用。

4.8.3 GPS作為衛星測高儀的應用

多路徑效應是GPS定位中的一種噪音，至今仍是高精度GPS定位中一個很不容易解決的“干擾”。過去幾年利用大氣對GPS信號延遲的噪聲發展了GPS大氣學，目前也正在利用GPS定位中的多路徑效應發展GPS測高技術，即利用空載GPS作為測高儀進行測高。它是通過利用海面或冰面所反射的GPS信號，求定海面或冰面地形，測定波浪形態、洋流速度和方向。通常衛星測高或空載測高測的是一個點，連續測量結果在反向面上是一個截面，而GPS測高則是測量有一定寬度的帶，因此可以測定反射表面的起伏(地形)。

4.9 注重人才培養

事業發展靠人才，人才成長靠培養，培養人才靠教育。改革開發以來，測繪教育和測繪人才培養飛速發展，但是我省還沒有開設大地測量專業的學校。為此，我們應該：1）創造條件，采取特殊政策加速形成青年學科骨干隊伍；2）培養造就跨學科人才；3）發揮我國人才在國外大地測量的作用；4）加強職工繼續教育，提高職工素質，提升職工技術水平。希望在不久的將來，我省能夠建立一支由政府部門、高校、生產單位等組成的高效、精干的大地測量隊伍。

4.10 其它建議

1）增加大地測量建設投資和科研經費，將有限的發展資金比較集中地用于優先項目，避免經費的分散平均。

2）鼓勵基礎理論研究，開拓新研究領域。

3）大力支持軟件開發，加強大地測量數據庫建設。

4）加強與相鄰學科的合作，建議設立一個推動學科交叉發展的協調機構。

5）充分發揮閩臺科技交流區域優勢，積極推進海洋大地控制網建設，為海洋測繪提供高精度海洋大地控制，統一我省海洋測繪坐標框架標準。

6）擴大國際合作，積極參加全球大地測量計劃。

5 結束語

大地測量學處于一個技術革命的歷史轉變過程，學科的內涵也隨之有新的擴展。以空間大地測量技術為主體的更先進的大地測量技術體系正在形成和完善，這一新的體系能比舊的體系提供精密得多、更為豐富的大地測量信息，不僅擴大了它在經濟和社會發展中的應用領域，提高了效能，也大大加強了它的科學性，提高了作為地球科學基礎性學科的地位。

大地測量學科正在進入當代地學科技發展的前沿，對我國社會經濟的長遠發展和國力的增強有重要戰略意義，大地測量工作者肩負著推動我國大地測量現代化的歷史責任，要有更多的青年人自愿投入這一事業，為發展這一事業充分發揮他們的才智，勇于攀登，大地測量的發展才能實現其預定的目標。所以，盡快形成一支高素質、穩定的中青年大地測量科技隊伍是大地測量發展的最重要保證。

[1] 中國測繪學會.中國測繪學科發展藍皮書(2006卷)[M].北京:測繪出版社, 2006.

[2] 中國測繪學會.中國測繪學科發展藍皮書(2009卷)[M].北京:測繪出版社, 2009.

[3] 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎[M].武漢:武漢大學出版社,2010.

[4] 中國大地測量學學科發展戰略研究組.中國大地測量學學科發展戰略研究報告[J].地球科學進展，1995,10(1):1-9.

[5] 陳俊勇，文漢江，程鵬飛.中國大地測量學發展的若干問題[J].武漢大學學報: 信息科學版，2001,26(6):475-482.

[6] 顧旦生，張莉，程鵬飛，等.我國大地坐標系發展目標[J].測繪通報,2003, (3):1-4.

[7] 程鵬飛，楊元喜，李建成，等.我國大地測量及衛星導航定位技術的新進展[J]. 測繪通報，2007(2):1-4.

[8] 李忠，張志遠.全球衛星導航系統的研究與應用[J].甘肅科技,2011,27(1): 69-71.

[9] 李猛，李穎.論我國衛星導航的應用現狀與發展[J].科技傳播,2011(1): 190-191.

[10] 李毓麟.空間技術與海洋動態大地測量基準[J].測繪科技動態,1999(2): 5-9.

[11] 福建省測繪局.福建省“十二五”基礎地理信息數據測制與更新可行性研究報告[R], 2010.

[12] 福建省測繪局. 武漢大學衛星導航定位技術研究中心.福建省連續運行衛星定位服務系統項目總體方案[Z].福州:福建省測繪局，2008.

課題組成員：

1、姜建慧，福建省測繪院，教授級高工；

2、連鎮華，高工；

3、何書鏡，高工；

4、俞旭升，教授級高工；

5、張 帆，高工。