每年的測(cè)繪法宣傳日暨國(guó) 家版圖意識(shí)宣傳周期間，公眾紛紛將目光聚焦于地圖上。眾所周知，地圖是測(cè)繪成果的一種展現(xiàn)形式，而大地測(cè)量是地圖測(cè)繪的基礎(chǔ)，是地理位置精 準(zhǔn)的重要保  證。近年來(lái)，大地測(cè)量技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)地觀測(cè)手段日益豐富，使高大上的高精度導(dǎo)航定位和位置服務(wù)走入了“尋常百姓家”。衛(wèi)星大地測(cè)量數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感影像不但給地圖制作提供了新的數(shù)據(jù)源，同時(shí)把人們的視野拓展到月球和其他星球。

　　今天，讓我們走進(jìn)地圖背后的“大地測(cè)量”，特別是大地測(cè)量的核心——大地測(cè)量基準(zhǔn)建設(shè)與維持。

　　地理位置準(zhǔn)不準(zhǔn)，基準(zhǔn)很重要

　　大地測(cè)量是為研究地球的形狀及表面特性進(jìn)行的實(shí)際測(cè)量工作。各種測(cè)繪任務(wù)只有在大地測(cè)量基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，才能獲得統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、法定的坐標(biāo)成果，才能獲得正確的點(diǎn)位和海拔高，以及點(diǎn)之間的空間關(guān)系和尺度。在我們的生活中，大到衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、宇宙探測(cè)器等的發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作，小到外賣配送、出行導(dǎo)航等都離不開大地測(cè)量的支撐和服務(wù)。

　　大地測(cè)量系統(tǒng)規(guī)定了大地測(cè)量的基準(zhǔn)、尺度標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)現(xiàn)方式，以此來(lái)確定地球上物體的精確位置，包括坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、深度基準(zhǔn)和重力參考系統(tǒng)以及相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)框架、高程框架和重力測(cè)量框架。正是由于平面和高程為兩個(gè)不同參考系，所以在實(shí)際測(cè)量工作中，平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量就需要分開來(lái)測(cè)。

　　全球大地測(cè)量觀測(cè)系統(tǒng)(GGOS)作為全球大地測(cè)量坐標(biāo)框架建設(shè)和地球變化監(jiān)測(cè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，得到世界各國(guó)高度重視。經(jīng)過(guò)18年的建設(shè)和發(fā)展，該觀測(cè)系統(tǒng)已成為國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)(IAG)“旗艦”品牌，在地質(zhì)災(zāi)害防治、自然資源監(jiān)測(cè)、氣候變化研究、臺(tái)風(fēng)颶風(fēng)預(yù)報(bào)、海平面變化監(jiān)測(cè)、全球風(fēng)險(xiǎn)管理、海洋預(yù)測(cè)預(yù)警和空間天氣研究等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

　　在此期間，基于全球大地測(cè)量觀測(cè)系統(tǒng)，國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)組織其下屬的國(guó)際GNSS服務(wù)組織、國(guó)際重力場(chǎng)服務(wù)組織等十多家機(jī)構(gòu)，綜合利用各種大地測(cè)量觀測(cè)資料，在全球地心坐標(biāo)框架維持、地球自轉(zhuǎn)和定向服務(wù)、重力場(chǎng)和大地水準(zhǔn)面研究、導(dǎo)航定位服務(wù)以及海平面變化監(jiān)測(cè)等方面，為全球提供全方位的大地測(cè)量數(shù)據(jù)和產(chǎn)品服務(wù)。

　　隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，過(guò)去8年來(lái)，由我國(guó)主導(dǎo)基于北斗的全球GNSS監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)(iGMAS)，得到全球廣泛認(rèn)可。中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院、武漢大學(xué)、上海天文臺(tái)等13家高校和科研機(jī)構(gòu)，充分利用北斗數(shù)據(jù)，對(duì)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行狀況和主要性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，生成高精度精密星歷和衛(wèi)星鐘差、地球定向參數(shù)等產(chǎn)品，為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、推動(dòng)北斗國(guó)家坐標(biāo)基準(zhǔn)建設(shè)和各種應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。

　　陸海基準(zhǔn)建設(shè)，無(wú)縫銜接需求迫切

　　今年6月底，在北京召開的國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)(IAG)2021科學(xué)大會(huì)上，國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)主席祖赫·阿爾塔米米(Zuheir Altamimi)科研團(tuán)隊(duì)預(yù)發(fā)布了最新研發(fā)的國(guó)際地球參考框架(ITRF 2020)，成為目前權(quán)威的地心坐標(biāo)基準(zhǔn)。地心坐標(biāo)基準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單理解為描述地球及外部空間任意一點(diǎn)三維位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。

　　由于坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置隨地球運(yùn)動(dòng)不斷發(fā)生變化，國(guó)際地球參考框架(ITRF)也一直不斷更新，以確保其可用性和精確性。如今，這一基準(zhǔn)已迭代了12次之多。該基準(zhǔn)成為世界各國(guó)建立國(guó)家地心坐標(biāo)系的基礎(chǔ)，也是美國(guó)GPS、中國(guó)北斗等全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)精化導(dǎo)航定位參考框架的基礎(chǔ)。

　　我國(guó)的2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系是以國(guó)際地球參考框架(ITRF97)為基準(zhǔn)建立的，是國(guó)家法定坐標(biāo)基準(zhǔn)。我國(guó)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、國(guó)土空間規(guī)劃和其他各行業(yè)高精度位置服務(wù)都需要該坐標(biāo)基準(zhǔn)來(lái)控制。

　　2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系框架轉(zhuǎn)換軟件，是中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院近年來(lái)的創(chuàng)新科技成果之一。該軟件是國(guó)內(nèi)歷史參心坐標(biāo)系框架、國(guó)際ITRF框架與 2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系框架間地理信息成果的轉(zhuǎn)換軟件，已在自然資源部相關(guān)單位以及全國(guó)31個(gè)省(區(qū)、市)得到應(yīng)用。

　　“眼下，需要將全國(guó)可用的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站納入2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)，特別是要將北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合進(jìn)去，并實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)框架的持續(xù)更新和維護(hù)，確保國(guó)家坐標(biāo)基準(zhǔn)自主、安全、可控。”國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)研究所所長(zhǎng)黨亞民說(shuō)。

　　在2020年珠峰高程測(cè)量中，由于中尼兩國(guó)高程基準(zhǔn)不同，國(guó)際上也沒(méi)有統(tǒng)一的高程測(cè)量基準(zhǔn)，導(dǎo)致沒(méi)有統(tǒng)一的高程起算點(diǎn)。據(jù)專家介紹，通過(guò)這次測(cè)量，我國(guó)首次在珠峰地區(qū)建立了國(guó)際高程參考框架，聯(lián)合航空和地面重力等數(shù)據(jù)，建立了珠峰區(qū)域高精度重力大地水準(zhǔn)面模型，為確定珠峰高程提供了高精度起算基準(zhǔn)，取得歷史性突破，得到國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)的高度認(rèn)可。

　　建立國(guó)家級(jí)厘米級(jí)精度重力大地水準(zhǔn)面，以數(shù)字高程基準(zhǔn)取代傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量模式維持國(guó)家高程基準(zhǔn)是國(guó)際主流趨勢(shì)。目前，國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)也在積極推動(dòng)建立全球統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)，已完成國(guó)際高程參考系統(tǒng)理論和技術(shù)研究。一些國(guó)家和地區(qū)已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，初步實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的高程參考框架。

　　我國(guó)2001年發(fā)布國(guó)家似大地水準(zhǔn)面模型CQG2000，至今未更新。其精度與分辨率目前僅能滿足1：5萬(wàn)國(guó)家基本比例尺測(cè)圖需要。此外，全國(guó)大部分省份和主要城市已經(jīng)完成了省市級(jí)似大地水準(zhǔn)面精化，并在本地區(qū)提供高程基準(zhǔn)服務(wù)。但由于各省市似大地水準(zhǔn)面模型相對(duì)獨(dú)立，并且與國(guó)家高程基準(zhǔn)存在系統(tǒng)性偏差，跨省市拼接存在一定誤差，跨區(qū)域工程建設(shè)及應(yīng)用受到了制約。因此，業(yè)界專家認(rèn)為，我國(guó)有必要建設(shè)新一代國(guó)家數(shù)字高程基準(zhǔn)并進(jìn)行定期更新。

　　陸海無(wú)縫垂直基準(zhǔn)體系建設(shè)是建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的“法寶”，越來(lái)越受到世界海洋強(qiáng)國(guó)的重視。該基準(zhǔn)是海岸帶自然資源管理、海洋資源開發(fā)利用和海洋防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它綜合利用衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)和驗(yàn)潮站觀測(cè)資料，可以實(shí)現(xiàn)陸地高程基準(zhǔn)與海洋深度基準(zhǔn)的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。目前，歐美等一些國(guó)家已建成了較為完善的陸海垂直基準(zhǔn)。近10年來(lái)，我國(guó)廣東、江蘇、上海和天津等部分沿海省市根據(jù)自己的實(shí)際需求，開展了局部垂直基準(zhǔn)構(gòu)建和工程化應(yīng)用。我國(guó)尚未在國(guó)家層面建立陸海無(wú)縫垂直基準(zhǔn)體系和基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，這也制約了從陸地向海域延伸的地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)及應(yīng)用服務(wù)。

　　補(bǔ)齊基準(zhǔn)短板，拓寬服務(wù)領(lǐng)域

　　業(yè)界專家認(rèn)為，我國(guó)大地測(cè)量產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度、應(yīng)用服務(wù)能力，與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定差距。目前我國(guó)大地測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)品的服務(wù)對(duì)象主要面向機(jī)構(gòu)，很少直接向社會(huì)大眾提供服務(wù)。在服務(wù)過(guò)程中，也出現(xiàn)了管理資料的單位不會(huì)使用數(shù)據(jù)產(chǎn)品，會(huì)使用的單位或有需求的單位卻拿不到數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。在服務(wù)社會(huì)公眾方面，目前我國(guó)還缺乏國(guó)家級(jí)測(cè)繪基準(zhǔn)產(chǎn)品綜合服務(wù)平臺(tái)，類似國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)這樣的公益性組織、多樣化大地測(cè)量產(chǎn)品和增值服務(wù)能力仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

　　近年來(lái)，中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院持續(xù)開展技術(shù)攻關(guān)，特別是在大地測(cè)量領(lǐng)域，除了在2020珠峰高程測(cè)量中發(fā)揮引領(lǐng)作用外，在2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的建立、維持和應(yīng)用推廣，國(guó)家北斗分析中心建設(shè)與運(yùn)維，地球重力場(chǎng)和垂直基準(zhǔn)理論和技術(shù)研究，海島礁測(cè)繪、海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)體系建設(shè)以及衛(wèi)星導(dǎo)航與定位理論和技術(shù)研究等方面取得了豐碩成果。

　　該院院長(zhǎng)燕琴表示，未來(lái)將通過(guò)建立我國(guó)新一代地心參考框架、國(guó)家陸海統(tǒng)一無(wú)縫垂直基準(zhǔn)體系、國(guó)家測(cè)繪基準(zhǔn)綜合應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)、中國(guó)大地測(cè)量觀測(cè)系統(tǒng)，更好地服務(wù)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等，為全社會(huì)提供公益性測(cè)繪基準(zhǔn)、高精度導(dǎo)航定位，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪地理信息安全可控高質(zhì)量發(fā)展。

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