現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)體系是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。歷時4 a的國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一期工程已順利完成，GNSS國家連續(xù)運行基準(zhǔn)站（GNSS CORS）網(wǎng)新建了150個基準(zhǔn)站，改造了60個基準(zhǔn)站；搭建了31條國家數(shù)據(jù)中心與省級數(shù)據(jù)中心互聯(lián)互通的骨干數(shù)據(jù)傳輸專線；完成了國家GNSS大地控制網(wǎng)2 500點的新建和屬性測定，國家高程控制網(wǎng)12.2萬km一等水準(zhǔn)路線、5 個深層基巖點的選埋和屬性測定以及27 400個水準(zhǔn)點上加密重力測定；完成了國家重力基準(zhǔn)點100 點 次絕對重力觀測的外業(yè)生產(chǎn)工作[1]。標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)在現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用，完整、統(tǒng)一、適用的標(biāo)準(zhǔn)為現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)中的數(shù)據(jù)獲取、處理、管理和服務(wù)，成果質(zhì)量要求、檢查驗收和評定等方面提供標(biāo)準(zhǔn)支撐，為現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)工作提供依據(jù)與保障。本文主要介紹了國內(nèi)外現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系在標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面存在的問題與不足，并提出了相應(yīng)建議。

1 國內(nèi)外現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)概況

1.1 國外現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)概況

為了適應(yīng)全球化、信息化的新要求，滿足本國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，世界各國紛紛建立了適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的測繪基準(zhǔn)體系。在大地基準(zhǔn)建設(shè)方面，建立了地心、三維坐標(biāo)系統(tǒng)以取代傳統(tǒng)的參心、二維坐標(biāo)系統(tǒng)；坐標(biāo)框架將通過更多的衛(wèi)星定位連續(xù)運行基準(zhǔn)站和衛(wèi)星大地控制網(wǎng)來維持，同時CORS網(wǎng)將提供實時、高精度的位置服務(wù)，并建立與國際坐標(biāo)參考框架的聯(lián)系，以適應(yīng)全球化的需要。在高程基準(zhǔn)建設(shè)方面，更加注重加快本國大地水準(zhǔn)面精化工作，以提高大地水準(zhǔn)面的分辨率和精度，逐步取代傳統(tǒng)的全國性高等級水準(zhǔn)測量工作。在重力基準(zhǔn)建設(shè)方面，擴(kuò)大地面絕對重力點數(shù)量，注重加快發(fā)展航空重力和衛(wèi)星重力，豐富不同尺度的重力數(shù)據(jù)。

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

日本對大地基準(zhǔn)和坐標(biāo)框架建設(shè)非常重視，從2000年4月開始，新的大地基準(zhǔn)JGD2000正式取代具有百年歷史的東京大地基準(zhǔn)。JGD2000通過日本GPS網(wǎng)同IGS站聯(lián)測與其數(shù)據(jù)聯(lián)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(biāo)框架由日本GPS地球觀測網(wǎng)絡(luò)，64 000個一等、二等、三等經(jīng)典大地點以及20 000個大地水準(zhǔn)點（正高系統(tǒng)）組成。2000年，基于重力和GPS水準(zhǔn)數(shù)據(jù)，日本推算了新的大地水準(zhǔn)面GE2000，它和JGD2000一起被認(rèn)為是日本空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)極為重要的進(jìn)步。

德國己建立全國范圍內(nèi)的GNSS連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)SAPOS。目前，SAPOS系統(tǒng)建有270個永久GNSS基準(zhǔn)站，站間距為25～60 km，基本覆蓋德國全境，從而構(gòu)成德國國家動態(tài)大地基準(zhǔn)框架。隨著歐洲GALILEO導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，GALILEO和GPS系統(tǒng)的組合將進(jìn)一步提高衛(wèi)星導(dǎo)航的性能，從而進(jìn)一步提高SAPOS系統(tǒng)的服務(wù)性能。推出的歐洲重力大地水準(zhǔn)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(wǎng)站，136個多普勒大地網(wǎng)站，64 000個天文大地點，300 000個三、四等補(bǔ)充網(wǎng)點，由此組成了國家大地網(wǎng)；2000年又新建了14個GPS永久性基準(zhǔn)站。1995～1996 年俄羅斯進(jìn)行了聯(lián)合平差，平差后分別建立了大地坐標(biāo)參考系SK95和地心坐標(biāo)系PZ90，并求出了二者的轉(zhuǎn)換參數(shù)。最近俄羅斯建立的GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)也在進(jìn)行補(bǔ)星，新研制的導(dǎo)航衛(wèi)星延長了使用壽命，幾年后GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)將會提供更可靠的服務(wù)。精確的似大地水準(zhǔn)面利用GPS/GLONASS水準(zhǔn)和重力資料來解決。

1.2 我國現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)概況

我國的大地基準(zhǔn)由CORS和衛(wèi)星大地控制網(wǎng)建立和維持，獲得高精度、動態(tài)三維、穩(wěn)定、連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)，提供實時定位和導(dǎo)航信息，以滿足國家對坐標(biāo)系統(tǒng)和定位的需求。隨著我國自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速推進(jìn)和發(fā)展，逐漸對原有的基準(zhǔn)站進(jìn)行整合，并升級改造北斗系統(tǒng)，建成全國范圍的基準(zhǔn)站網(wǎng)，可在全國范圍內(nèi)提供亞m級的實時動態(tài)定位導(dǎo)航服務(wù)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的省市提供實時cm級高精度位置服務(wù)和后處理mm級高精度位置服務(wù)。

我國的高程基準(zhǔn)由388條水準(zhǔn)路線和27 400個水準(zhǔn)點組成，通過與衛(wèi)星大地控制網(wǎng)的結(jié)合，實現(xiàn)對大范圍高程變化的監(jiān)測。精密大地水準(zhǔn)面數(shù)字模型的發(fā)展，推動了傳統(tǒng)地面標(biāo)識高程基準(zhǔn)向數(shù)字高程基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變。目前全國范圍的精度達(dá)到±10.9 cm，西藏地區(qū)的精度顯著提高[4]。

現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)中大力推進(jìn)國家重力基準(zhǔn)點建設(shè)，補(bǔ)充和完善了國家重力基準(zhǔn)。在已有絕對重力點分布的基礎(chǔ)上，選擇50個新建的CORS站并置重力基準(zhǔn)點，形成分布合理、利于長期保存的國家絕對重力基準(zhǔn)的基礎(chǔ)設(shè)施。

建設(shè)了國家測繪基準(zhǔn)管理服務(wù)系統(tǒng)和測繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心，具備了先進(jìn)的測繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理與處理功能，形成了每天約600個CORS站，超過10 000點衛(wèi)星大地控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理分析能力，提升了現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)成果的服務(wù)能力。

1.3 國內(nèi)外現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展概況

本文搜集到的國外現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表1，我國現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)清單

由表1可知，搜集到的國外有關(guān)現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)方面的標(biāo)準(zhǔn)并不多，也無較強(qiáng)聯(lián)系，不構(gòu)成體系，唯有新西蘭的標(biāo)準(zhǔn)較為完整；由表2可知，我國在現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)方面，尤其是大地基準(zhǔn)方面的標(biāo)準(zhǔn)較全面，包括基礎(chǔ)類、獲取與處理類、運行與服務(wù)類以及檢驗與測試類。

表2 我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)清單

2 我國現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)問題與不足

標(biāo)準(zhǔn)貫穿于現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)的始終，目前現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)一期工程已完成，梳理已有標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)的技術(shù)要求，并考慮當(dāng)前新技術(shù)、新儀器、新方法的發(fā)展發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)存在一些問題和不足，主要體現(xiàn)在：

1）缺乏GNSS CORS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，我國迎來了大規(guī)模GNSS CORS建設(shè)的熱潮，各行業(yè)、各部門的CORS網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用蓬勃開展，助推我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，這也是現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)的重要任務(wù)之一。但這些CORS網(wǎng)均為各部門、各地方獨立建設(shè)，缺乏統(tǒng)籌考慮與整體規(guī)劃，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，造成CORS網(wǎng)間無法互聯(lián)、互通、互操作，不能實現(xiàn)跨行業(yè)、跨地區(qū)的數(shù)據(jù)共享，重復(fù)建設(shè)又導(dǎo)致資源浪費，不利于高精度位置服務(wù)的推廣[5-6]；且各CORS網(wǎng)提供的高精度位置數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)使用缺乏有效監(jiān)管，給國家?guī)頋撛诘陌踩[患。

2）現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)更新滯后。隨著新技術(shù)、新儀器、新方法的發(fā)展，我國現(xiàn)行的測繪基準(zhǔn)體系相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)滯后于現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)的技術(shù)要求。例如，在大地基準(zhǔn)方面，隨著GNSS及其應(yīng)用的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航定位呈現(xiàn)多系統(tǒng)并存態(tài)勢，現(xiàn)行的數(shù)據(jù)獲取與處理、接收機(jī)檢定等方面的標(biāo)準(zhǔn)僅適用于單一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，不能滿足多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的需求；在重力基準(zhǔn)方面，由于現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)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(wǎng)的布設(shè)要求、測量技術(shù)和手段都發(fā)生了一定變化，現(xiàn)行的重力測量方面的標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足新技術(shù)和新型儀器的需求。因此，需要修訂不適用的標(biāo)準(zhǔn)，保證現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)的科學(xué)性和先進(jìn)性。

3）急需統(tǒng)一的現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前我國正處于全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期，推進(jìn)城鎮(zhèn)化發(fā)展、新農(nóng)村建設(shè)、一帶一路等國家戰(zhàn)略的實施，南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸?shù)戎卮蠊こ探ㄔO(shè)，加快國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化進(jìn)程，有效應(yīng)對各類自然災(zāi)害、妥善處置突發(fā)公共事件等都迫切需要現(xiàn)代化測繪基準(zhǔn)服務(wù)；然而，現(xiàn)代化測繪基準(zhǔn)服務(wù)也需要在規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上實施?，F(xiàn)代測繪基準(zhǔn)一期工程已完成，如何提供權(quán)威、動態(tài)、規(guī)范、統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù)，充分發(fā)揮現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)的作用，是目前亟待解決的一個問題。

3 我國現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)建議

1）制定GNSS CORS相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)過程中，GNSS CORS建設(shè)是一項重要的任務(wù)，也是當(dāng)前測繪地理信息發(fā)展的一個熱點。CORS系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用涉及眾多領(lǐng)域，關(guān)系到經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展，而各部門、各行業(yè)信息資源條件和工作基礎(chǔ)存在較大差異，發(fā)展極不平衡，需要國家宏觀指導(dǎo)與協(xié)調(diào)，真正實現(xiàn)CORS系統(tǒng)的統(tǒng)一、互聯(lián)、互通。因此，在CORS建設(shè)、應(yīng)用、服務(wù)、管理等方面急需制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以支持CORS系統(tǒng)的健康運行，一方面滿足不同行業(yè)、不同區(qū)域的發(fā)展需求；另一方面滿足長遠(yuǎn)發(fā)展、信息互聯(lián)互通、服務(wù)多功能、技術(shù)可持續(xù)性等需求[7]。

2）及時更新現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)中不適用的標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)理論的不斷更新，現(xiàn)代測繪新方法的不斷涌現(xiàn)，儀器設(shè)備制造工藝水平的不斷提高都極大地改變了傳統(tǒng)的測繪形式?；趥鹘y(tǒng)測繪生產(chǎn)制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范顯得不合時宜，已無法滿足現(xiàn)代測繪地理信息發(fā)展的需求。測繪標(biāo)準(zhǔn)體系需不斷更新和完善，只有實時更新和修訂不適用的標(biāo)準(zhǔn)，才能滿足現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)的需求，促進(jìn)我國測繪地理信息事業(yè)的發(fā)展。

3）加大應(yīng)用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化推廣。現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)一期已建成，支撐了我國的戰(zhàn)略發(fā)展和大型工程建設(shè)，但在應(yīng)用服務(wù)方面還需不斷深化和推廣?，F(xiàn)有的測繪基準(zhǔn)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的局限和不足， 無法有效推廣已建成的現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)，急需提供權(quán)威、動態(tài)、規(guī)范、統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，使得現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)能更好地服務(wù)人民，服務(wù)國家。

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[7] 趙鑫,張坤,鄧國慶,等.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行基準(zhǔn)站標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)探討[J].測繪標(biāo)準(zhǔn)化,2016,32(1):1-4