現代測繪基準體系標準化建設探討

趙 鑫，段怡紅，呂玉霞，尹偉言

（1.國家測繪地理信息局測繪標準化研究所，陜西 西安 710054；2.國家測繪地理信息局第一大地測量隊，陜西 西安 710054）

國家測繪基準體系是國民經濟建設、國防建設和社會發展的重要基礎。歷時4 a的國家現代測繪基準體系基礎設施建設一期工程已順利完成，GNSS國家連續運行基準站（GNSS CORS）網新建了150個基準站，改造了60個基準站；搭建了31條國家數據中心與省級數據中心互聯互通的骨干數據傳輸專線；完成了國家GNSS大地控制網2 500點的新建和屬性測定，國家高程控制網12.2萬km一等水準路線、5 個深層基巖點的選埋和屬性測定以及27 400個水準點上加密重力測定；完成了國家重力基準點100 點 次絕對重力觀測的外業生產工作[1]。標準化建設在現代測繪基準體系建設中起著至關重要的作用，完整、統一、適用的標準為現代測繪基準體系建設中的數據獲取、處理、管理和服務，成果質量要求、檢查驗收和評定等方面提供標準支撐，為現代測繪基準體系建設工作提供依據與保障。本文主要介紹了國內外現代測繪基準體系標準化現狀，分析了現代測繪基準體系在標準化建設方面存在的問題與不足，并提出了相應建議。

1 國內外現代測繪基準與標準化建設概況

1.1 國外現代測繪基準建設概況

為了適應全球化、信息化的新要求，滿足本國經濟社會發展需要，世界各國紛紛建立了適應新技術發展的測繪基準體系。在大地基準建設方面，建立了地心、三維坐標系統以取代傳統的參心、二維坐標系統；坐標框架將通過更多的衛星定位連續運行基準站和衛星大地控制網來維持，同時CORS網將提供實時、高精度的位置服務，并建立與國際坐標參考框架的聯系，以適應全球化的需要。在高程基準建設方面，更加注重加快本國大地水準面精化工作，以提高大地水準面的分辨率和精度，逐步取代傳統的全國性高等級水準測量工作。在重力基準建設方面，擴大地面絕對重力點數量，注重加快發展航空重力和衛星重力，豐富不同尺度的重力數據。

美國在本土建立了CORS，由美國大地測量局（NGS）負責，除NGS的GPS跟蹤站外，還包括美國海岸警備隊的差分網、美國聯邦航空局的WAAS網、美國工程兵團的跟蹤站。美國CORS系統包括國家大地測量CORS網、合作CORS網、地區部門級CORS網。美國推出了重力大地水準面模型G99SSS和混合大地水準面模型GEOID99，GEOlD99與GPS/水準的RMSE為±4.6 cm[2]。

日本對大地基準和坐標框架建設非常重視，從2000年4月開始，新的大地基準JGD2000正式取代具有百年歷史的東京大地基準。JGD2000通過日本GPS網同IGS站聯測與其數據聯合處理，將國際地球參考框架ITRF引入日本。維持JGD2000的大地坐標框架由日本GPS地球觀測網絡，64 000個一等、二等、三等經典大地點以及20 000個大地水準點（正高系統）組成。2000年，基于重力和GPS水準數據，日本推算了新的大地水準面GE2000，它和JGD2000一起被認為是日本空間數據基礎設施建設極為重要的進步。

德國己建立全國范圍內的GNSS連續運行基準站網SAPOS。目前，SAPOS系統建有270個永久GNSS基準站，站間距為25～60 km，基本覆蓋德國全境，從而構成德國國家動態大地基準框架。隨著歐洲GALILEO導航系統的建設，GALILEO和GPS系統的組合將進一步提高衛星導航的性能，從而進一步提高SAPOS系統的服務性能。推出的歐洲重力大地水準面模型EGG97在除去中長波誤差后，獨立控制點的殘差在±0.02 m量級[3]。

俄羅斯在1996年以前已建成20個空間大地網站，136個多普勒大地網站，64 000個天文大地點，300 000個三、四等補充網點，由此組成了國家大地網；2000年又新建了14個GPS永久性基準站。1995～1996 年俄羅斯進行了聯合平差，平差后分別建立了大地坐標參考系SK95和地心坐標系PZ90，并求出了二者的轉換參數。最近俄羅斯建立的GLONASS導航系統也在進行補星，新研制的導航衛星延長了使用壽命，幾年后GLONASS導航系統將會提供更可靠的服務。精確的似大地水準面利用GPS/GLONASS水準和重力資料來解決。

1.2 我國現代測繪基準建設概況

我國的大地基準由CORS和衛星大地控制網建立和維持，獲得高精度、動態三維、穩定、連續的觀測數據，提供實時定位和導航信息，以滿足國家對坐標系統和定位的需求。隨著我國自主研制的北斗衛星導航系統的快速推進和發展，逐漸對原有的基準站進行整合，并升級改造北斗系統，建成全國范圍的基準站網，可在全國范圍內提供亞m級的實時動態定位導航服務，在經濟發達的省市提供實時cm級高精度位置服務和后處理mm級高精度位置服務。

我國的高程基準由388條水準路線和27 400個水準點組成，通過與衛星大地控制網的結合，實現對大范圍高程變化的監測。精密大地水準面數字模型的發展，推動了傳統地面標識高程基準向數字高程基準的轉變。目前全國范圍的精度達到±10.9 cm，西藏地區的精度顯著提高[4]。

現代測繪基準建設中大力推進國家重力基準點建設，補充和完善了國家重力基準。在已有絕對重力點分布的基礎上，選擇50個新建的CORS站并置重力基準點，形成分布合理、利于長期保存的國家絕對重力基準的基礎設施。

建設了國家測繪基準管理服務系統和測繪基準數據中心，具備了先進的測繪基準數據管理與處理功能，形成了每天約600個CORS站，超過10 000點衛星大地控制網的數據處理分析能力，提升了現代測繪基準成果的服務能力。

1.3 國內外現代測繪基準標準發展概況

本文搜集到的國外現代測繪基準建設相關標準見表1，我國現代測繪基準建設相關標準見表2。

表1 國外相關標準清單

由表1可知，搜集到的國外有關現代測繪基準建設方面的標準并不多，也無較強聯系，不構成體系，唯有新西蘭的標準較為完整；由表2可知，我國在現代測繪基準建設方面，尤其是大地基準方面的標準較全面，包括基礎類、獲取與處理類、運行與服務類以及檢驗與測試類。

表2 我國相關標準清單

2 我國現代測繪基準標準化建設問題與不足

標準貫穿于現代測繪基準建設的始終，目前現代測繪基準一期工程已完成，梳理已有標準，結合現代測繪基準體系建設的技術要求，并考慮當前新技術、新儀器、新方法的發展發現，現代測繪基準標準化建設存在一些問題和不足，主要體現在：

1）缺乏GNSS CORS相關標準。當前，我國迎來了大規模GNSS CORS建設的熱潮，各行業、各部門的CORS網建設和應用蓬勃開展，助推我國經濟社會的快速發展，這也是現代測繪基準建設的重要任務之一。但這些CORS網均為各部門、各地方獨立建設，缺乏統籌考慮與整體規劃，沒有統一的標準指導，造成CORS網間無法互聯、互通、互操作，不能實現跨行業、跨地區的數據共享，重復建設又導致資源浪費，不利于高精度位置服務的推廣[5-6]；且各CORS網提供的高精度位置數據無法統一管理，數據使用缺乏有效監管，給國家帶來潛在的安全隱患。

2）現行的標準更新滯后。隨著新技術、新儀器、新方法的發展，我國現行的測繪基準體系相關標準滯后于現代測繪基準體系建設的技術要求。例如，在大地基準方面，隨著GNSS及其應用的迅猛發展，衛星導航定位呈現多系統并存態勢，現行的數據獲取與處理、接收機檢定等方面的標準僅適用于單一衛星導航系統，不能滿足多個衛星導航系統的需求；在重力基準方面，由于現代測繪技術的發展，各種新型高精度重力儀器的廣泛使用，使得國家重力控制網的布設要求、測量技術和手段都發生了一定變化，現行的重力測量方面的標準已不能滿足新技術和新型儀器的需求。因此，需要修訂不適用的標準，保證現代測繪基準體系建設的科學性和先進性。

3）急需統一的現代測繪基準服務標準。當前我國正處于全面建設小康社會的關鍵時期，推進城鎮化發展、新農村建設、一帶一路等國家戰略的實施，南水北調、西電東送、西氣東輸等重大工程建設，加快國民經濟和社會信息化進程，有效應對各類自然災害、妥善處置突發公共事件等都迫切需要現代化測繪基準服務；然而，現代化測繪基準服務也需要在規范化、標準化的基礎上實施。現代測繪基準一期工程已完成，如何提供權威、動態、規范、統一的應用服務，充分發揮現代測繪基準的作用，是目前亟待解決的一個問題。

3 我國現代測繪基準標準化建設建議

1）制定GNSS CORS相關的標準。在現代測繪基準建設過程中，GNSS CORS建設是一項重要的任務，也是當前測繪地理信息發展的一個熱點。CORS系統的建設和應用涉及眾多領域，關系到經濟和社會的可持續發展，而各部門、各行業信息資源條件和工作基礎存在較大差異，發展極不平衡，需要國家宏觀指導與協調，真正實現CORS系統的統一、互聯、互通。因此，在CORS建設、應用、服務、管理等方面急需制定出相應的標準和規范，以支持CORS系統的健康運行，一方面滿足不同行業、不同區域的發展需求；另一方面滿足長遠發展、信息互聯互通、服務多功能、技術可持續性等需求[7]。

2）及時更新現代測繪基準建設中不適用的標準。技術理論的不斷更新，現代測繪新方法的不斷涌現，儀器設備制造工藝水平的不斷提高都極大地改變了傳統的測繪形式。基于傳統測繪生產制定的相關標準和規范顯得不合時宜，已無法滿足現代測繪地理信息發展的需求。測繪標準體系需不斷更新和完善，只有實時更新和修訂不適用的標準，才能滿足現代測繪基準建設的需求，促進我國測繪地理信息事業的發展。

3）加大應用服務標準化推廣。現代測繪基準一期已建成，支撐了我國的戰略發展和大型工程建設，但在應用服務方面還需不斷深化和推廣。現有的測繪基準服務標準存在一定的局限和不足， 無法有效推廣已建成的現代測繪基準，急需提供權威、動態、規范、統一的應用服務標準，使得現代測繪基準能更好地服務人民，服務國家。

[1] 張鵬,武軍酈,孫占義.國家測繪基準體系基礎設施建設[J].測繪通報,2015(10):9-11

[2] Continuously Operating Reference Station (CORS) [EB/OL].(2016-11-21)[2016-12-14]. http://www.ngs.noaa.gov/CORS

[3] 李川章,向才炳,邊少峰.國外連續運行參考站系統發展與啟示[J].艦船電子工程,2012,32(9):4-7

[4] 李建成.我國數字高程基準研究最新進展[C].中國地球科學聯合學術年會論文集.北京:中國地圖出版社,2014:1 716-1 717

[5] 劉經南,劉暉,鄒蓉,等.建立全國CORS更新國家地心動態參考框架的幾點思考[J].武漢大學學報(信息科學版),2009,34(11):1 261-1 265

[6] 陳俊勇,黨亞民.全球導航衛星系統的進展及建設CORS的思考[J].地理空間信息,2009,7(3):1-4

[7] 趙鑫,張坤,鄧國慶,等.全球導航衛星系統連續運行基準站標準化建設探討[J].測繪標準化,2016,32(1):1-4