淺析北京市控制測量的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

　[論文關(guān)鍵詞]控制測量 歷史 現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)庫 
　　［論文摘要]介紹了北京市自解放以 來的控制測量的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，并提出建立控制測量數(shù)據(jù)庫和管 理系統(tǒng)，對北京市的控制測量成果進(jìn)行有效的整合與管理，展現(xiàn)北京市控制測量的歷史沿革及發(fā)展變化，實(shí)現(xiàn)對北京市各類控制點(diǎn)的綜合管理、查詢、統(tǒng)計(jì)與分析。
 
　　控制測量是城市建設(shè)的基礎(chǔ)，維持北京市的測繪基準(zhǔn)是北京市基礎(chǔ)測繪的重要內(nèi)容之一，提供現(xiàn)勢的、滿足現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展需要的測繪基準(zhǔn)服務(wù)是基準(zhǔn)建設(shè)的主要目標(biāo)。
解 放前，北京市沒有專門為城市建設(shè)的測繪工作。北京市的控制測量，是解放后隨著北京市城市建設(shè)和發(fā)展的需要而發(fā)展起來的。發(fā)展的歷史是從無到有，從小到大， 從低級到高級逐步建立和健全的。
　　1三角測量的發(fā)展歷史
　　用三角測量的方法建立平面控制網(wǎng)，是控制測量初期的生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的 一種方法。北京市的三角測量大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。
　　1．1 1950年的建網(wǎng)
　　解放初期，當(dāng)時(shí)的北京市人民政府地政局由于技術(shù)力 量、儀器設(shè)備及可能的投資有限，無力完成較大范圍完整的三角網(wǎng)，因此委托軍委測繪局建立市區(qū)主干三角網(wǎng)。在北京市區(qū)布設(shè)了一個(gè)27點(diǎn)(包括基線端點(diǎn))的全 面網(wǎng)，其范圍北至清河，東至定福莊，南至南苑，西至山邊，控制面積約1100平方公里。整個(gè)三角網(wǎng)用T3型經(jīng)緯儀觀測六測回，在網(wǎng)中選用“復(fù)興門”三角點(diǎn) 為大地原點(diǎn)，投影方式采用蘭勃切圓錐投影，地球原子采用海福特原子。
　　1．2 1957年的初次改建
　　隨著北京市區(qū)的逐步擴(kuò)大， 原來的三角網(wǎng)只能控制1100平方公里，雖然自建網(wǎng)以后，隨著需要向外有所擴(kuò)展，但是在擴(kuò)展過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題。因此，1956年8月北京市開始著手進(jìn) 行控制網(wǎng)的改建工作。
　　改建的原因主要有三：一是1950年主干網(wǎng)的測回?cái)?shù)過少，精度低；二是由于解放初期國內(nèi)缺少長度檢定設(shè)備，1950年 建網(wǎng)時(shí)采用的基線尺存在誤差；三是規(guī)劃用圖的范圍和品種不斷地提出了新的要求，這樣原來的網(wǎng)鎖已顯得不適應(yīng)日益發(fā)展的要求。
　　改建的要點(diǎn)主要 有：一是廢除了部分基線和方位角，轉(zhuǎn)而施測并啟用新的基線和方位角，將起始邊移在網(wǎng)的外圍，便于向外擴(kuò)展；二是外業(yè)觀測值仍用六測回的觀測值，平差采用條 件平差，中心網(wǎng)共45個(gè)條件，獨(dú)立平差；三是為了與國家三角網(wǎng)關(guān)聯(lián)，將大地原點(diǎn)由復(fù)興門改到崔村，崔村三角點(diǎn)是國家網(wǎng)與北京市網(wǎng)的重合點(diǎn)，該點(diǎn)大地經(jīng)緯度 用國家的平差結(jié)果，其余點(diǎn)的大地經(jīng)緯度用史賴伯公式進(jìn)行計(jì)算；四是投影 方法仍用蘭勃切圓錐投影，但地球原子改為克拉索夫斯基原子，五是為了使擴(kuò)大后的地區(qū)坐標(biāo)不出現(xiàn)負(fù)值，增加了x、Y軸的附加值。
　　1957年改 建后，北京已形成控制面積四萬平方公里的主干控制網(wǎng)及加密了一些地區(qū)的三等三角點(diǎn)。
　　1．3 1963年的第二次改建
　　1958 年由于要修建地下鐵道，國家在北京地區(qū)布設(shè)了46個(gè)點(diǎn)的高精度控制網(wǎng)，多數(shù)為高鋼標(biāo)，而1950年中心區(qū)主干網(wǎng)大部分覘標(biāo)腐朽，標(biāo)石也有損壞，更由于高樓 聳立，彼此多不通視，失去控制意義，因此決定再次改建北京控制網(wǎng)。改建的要點(diǎn)：

　　(1)將西局三角點(diǎn)設(shè)為起算點(diǎn)，其值用國家1954 年北京坐標(biāo)系的高斯坐標(biāo)值反算經(jīng)緯度。起算方位選用崔村～老山的大地方位角為起始方位。
　　(2)投影由蘭勃切圓錐投影改為高斯任意帶投影，地 球原子采用克拉索夫斯基原子。同時(shí)為了避免坐標(biāo)值出現(xiàn)負(fù)數(shù)，再次對x、Y軸增加了附加值。
　　(3)對地鐵網(wǎng)未平差，而直接采用了該網(wǎng)的平差 值，然后反投影到球面變成球面方向值，求出球面邊長后，依史賴伯公式計(jì)算各點(diǎn)的大地坐標(biāo)。
　　1．4 1973年的第三次調(diào)整
　　 1966年3月8日及22日，河北邢臺發(fā)生強(qiáng)烈地震后，為了監(jiān)視北京地殼活動，研究地殼的水平運(yùn)動，以達(dá)到地震預(yù)報(bào)的目的，國家測繪局在北京地區(qū)布設(shè)了大 面積的地震三角網(wǎng)，施測精度高，達(dá)到國家一等三角的精度。
　　而北京市1963年改建后的控制網(wǎng)，中心網(wǎng)利用地鐵網(wǎng)精度很高，而外圍網(wǎng)鎖之間仍 存在著矛盾，有的點(diǎn)由網(wǎng)鎖之間推算坐標(biāo)出現(xiàn)較大的誤差，因此對北京控制網(wǎng)進(jìn)一步調(diào)整又一次提上日程。此次改算的方法是以改建的地鐵網(wǎng)為首級控制，對于網(wǎng)的 西部、東南部兩網(wǎng)有重疊的點(diǎn)，則保持地鐵網(wǎng)點(diǎn)改選聯(lián)測有關(guān)的地震網(wǎng)點(diǎn)，用T3型經(jīng)緯儀測15個(gè)測回。
　　至此，北京市具有合于國家規(guī)范的三角 網(wǎng)，可控制約28000平方公里。
　　2水準(zhǔn)測量的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀
　　水準(zhǔn)測量是城市各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)——地上的和地下的——的基礎(chǔ)，是 提供研究地殼形變的可靠資料，是中長期地震預(yù)報(bào)的主要手段之一。
　　北京市水準(zhǔn)網(wǎng)的建立同樣是經(jīng)歷了由小到大，由低級到高級的發(fā)展過程。
　 　2．1 1950年建立近郊區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)
　　1950年與建立三角網(wǎng)的同時(shí)，北京建立了近郊區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)，以滿足都市建設(shè)及地形測量的需要。共布設(shè)了 甲種水準(zhǔn)點(diǎn)96點(diǎn)，組成8個(gè)環(huán)線，并在甲種點(diǎn)環(huán)線以內(nèi)及西部環(huán)線以外布設(shè)乙種點(diǎn)73點(diǎn)。甲種點(diǎn)依最小二乘法嚴(yán)密平差，乙種點(diǎn)附合于甲種點(diǎn)，誤差按距離為比 例予以配賦。控制范圍北至清河，東至定福莊，南至南苑以南瀛海莊，西至三家店，控制面積約1100平方公里，基本上與三角網(wǎng)相適應(yīng)。
　　 2．2 1955年第一次調(diào)整
　　1950年至1954年之間，北京市區(qū)的水準(zhǔn)網(wǎng)逐步擴(kuò)大到昌平、良鄉(xiāng)、京西礦區(qū)也延伸進(jìn)山溝，近郊區(qū)也進(jìn)行了 加密，并檢測了1950年水準(zhǔn)網(wǎng)。但由于舊網(wǎng)點(diǎn)不能滿足城市建設(shè)的長期使用，補(bǔ)充布設(shè)了新網(wǎng)，1955年我院對水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行了第一次調(diào)整。
　　首 先對近郊檢測的水準(zhǔn)網(wǎng)仍按原8個(gè)環(huán)進(jìn)行平差；其次把城內(nèi)的220個(gè)點(diǎn)分為南、北兩部分分別平差，未組織到環(huán)線內(nèi)的點(diǎn)，附合在已出成果的點(diǎn)上。
　 　2．3從1956年到1959年的第二次調(diào)整
　　北京市到1956年所轄區(qū)域已是第三次擴(kuò)大，由原來的豐、海、朝三區(qū)擴(kuò)大到昌平、良鄉(xiāng)及通縣 的一部分，面積增加到4820平方公里。同時(shí)，1956年市區(qū)建設(shè)任務(wù)增多，原來水準(zhǔn)點(diǎn)甲種點(diǎn)的間距為2至3公里，乙種點(diǎn)間距為3至5公里，使用非常不 便，因此在西、北、東郊加密了丙種點(diǎn)，使各等水準(zhǔn)點(diǎn)間距縮短到1公里左右。
　　1959年，我院對北京市水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行了第二次調(diào)整，把之前先后平 差的市區(qū)、良鄉(xiāng)、昌平、通密各區(qū)和新測定的香涿地區(qū)的456個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)組成了21個(gè)環(huán)，一并作一次整體平差，水準(zhǔn)路線全長1311公里，并且在計(jì)算各結(jié)點(diǎn)問 高差時(shí)，加入了正高改正。
　　至此，水準(zhǔn)點(diǎn)已基本上與1958年10月第五次擴(kuò)大的北京市市區(qū)16800平方公里相適應(yīng)，個(gè)別地區(qū)還超過了市界。
　　2．4 1970年 第三次調(diào)整
　　1966年邢臺發(fā)生地震后，國家測繪局在北京進(jìn)行了地形變測量，組成水準(zhǔn)網(wǎng)四大環(huán)，按國家一等水準(zhǔn)細(xì)則施測。同時(shí)我院施測其余的 二等水準(zhǔn)路線，測完由國家測繪局平差計(jì)算，一等獨(dú)立平差，二等作附合環(huán) 平差。此外，為了研究不同的平差方法對結(jié)果的影響，對一、二等做了聯(lián)合平差。
　　1970年，鑒于我院原施測的水準(zhǔn)網(wǎng)無論在點(diǎn)的密度上、精度上 以及控制面積上，都不如地形變水準(zhǔn)網(wǎng)，因此，決定采用1966年一、二等聯(lián)合平差的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行整理。
　　整理的過程中，高程起算同是北京原 點(diǎn)，對一部分沒有包括在地形變水準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)的二、三等點(diǎn)，依附合加密的方法計(jì)算。此次調(diào)整，對北京市解放后十幾年的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了較全面的整理，基本上核清了水 準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量。
　　2．5 1975—1979年的全網(wǎng)調(diào)整
　　從1949年北京解放，北京市的水準(zhǔn)測量進(jìn)行了大量的工作，雖然進(jìn)行過 幾次調(diào)整，但仍然趕不上客觀情況的迅速變化，因此，自1975年至1979年底，我院對北京市高程控制網(wǎng)進(jìn)行了一次全面的整頓。施測了水準(zhǔn)網(wǎng)，將水準(zhǔn)網(wǎng)分 一、二、三級控制，首級采用一等水準(zhǔn)精度，在一等環(huán)內(nèi)分塊加密二、三等水準(zhǔn)網(wǎng)。其中一等網(wǎng)共形成22個(gè)環(huán)。
另外，由于過去水準(zhǔn)點(diǎn)的編號命名比較 紊亂，因此，在此次整頓過程中改革了點(diǎn)號，新編的點(diǎn)名依照國家水準(zhǔn)測量規(guī)范的要求命名，并編制了新舊點(diǎn)名對照表，把新舊點(diǎn)名的關(guān)系緊密地聯(lián)系起來了。
　 　2．6 1979年以后的復(fù)測和調(diào)整
　　自1979年水準(zhǔn)網(wǎng)全面調(diào)整之后，我院對北京市的高程控制網(wǎng)實(shí)施了周期性的定期復(fù)測，分別于1988 年、1998、2005年對水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行了補(bǔ)埋和復(fù)測。
其中
　　(1)1984—1988年，對原網(wǎng)的平原十一環(huán)進(jìn)行補(bǔ)埋和復(fù)測，山區(qū) 利用原觀測值進(jìn)行了平差，未對全網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整。
　　(2)1995-1998年，水準(zhǔn)網(wǎng)原點(diǎn)從北大移至玉淵潭，一等線路重新構(gòu)網(wǎng)，南部的一等線路 也大都縮至市界內(nèi)。
　　(3)2002—2005年，全面復(fù)測，平原地區(qū)依前期復(fù)測線路，山區(qū)線路大部分移至市界，并重新構(gòu)成了一等環(huán)線。
同 時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，測量和平差手段已逐步實(shí)現(xiàn)外業(yè)記 錄電子化和內(nèi)業(yè)平差自動化。
　　3導(dǎo)線測 量的發(fā)展歷程
　　為了滿足北京市城市地圖測繪、工程定線撥地及市政建設(shè)等控制的需要，從五十年代初開始城市導(dǎo)線控制測量。隨著北京市城市控制網(wǎng) 建設(shè)發(fā)展，導(dǎo)線控制范圍由點(diǎn)到面，不斷擴(kuò)大，測繪儀器性能提高和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，導(dǎo)線觀測及內(nèi)業(yè)計(jì)算的水平不斷提高，目前已形成外業(yè)電子記錄、 內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)平差計(jì)算的模式。
　　20世紀(jì)50年代，導(dǎo)線外業(yè)觀測采用威特T2型經(jīng)緯儀和30米鋼卷尺，導(dǎo)線控制主要分布在城區(qū)，導(dǎo)線布設(shè)單一， 沒有形成導(dǎo)線網(wǎng)，精度不高。
　　60年代，隨著1963年三角網(wǎng)的改建和加強(qiáng)，控制范圍擴(kuò)大到城墻外，對1957年的一、二級導(dǎo)線邊角資料進(jìn)行 了檢核計(jì)算；采用人工計(jì)算的方法，對簡單結(jié)點(diǎn)網(wǎng)進(jìn)行了平差。
　　70年代，我院整理維護(hù)原一、二級導(dǎo)線，對資料中精度較低的部分，進(jìn)行了整測， 提高部分舊導(dǎo)線的精度。另外，結(jié)合郊區(qū)建設(shè)發(fā)展的需要，開展了郊區(qū)導(dǎo)線測量。此時(shí)，激光測距儀量測距技術(shù)的應(yīng)用，改變了鋼尺量距的歷史，通過開發(fā)導(dǎo)線平差計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)平差計(jì)算，提高了內(nèi)業(yè)計(jì) 算的效率。
　　80年代，我院對城區(qū)導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)埋觀測，結(jié)合郊區(qū)城市建設(shè)項(xiàng)目的需要，郊區(qū)一、二級導(dǎo)線控制范圍不斷擴(kuò)大。隨著激光測距儀技術(shù)的 發(fā)展，距離量測精度不斷提高，導(dǎo)線平差軟件得到推廣應(yīng)用，能夠?qū)π４蟮膶?dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行整體平差計(jì)算，成果資料已比較規(guī)范。

　　90年代，隨 著全站儀在導(dǎo)線測量中的應(yīng)用，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了外業(yè)觀測的數(shù)字化；實(shí)現(xiàn)了外業(yè)觀測計(jì)算機(jī)記錄；同時(shí)導(dǎo)線平差軟件的不斷完善，提高了內(nèi)業(yè)計(jì)算的效率；北京市城區(qū) 一、二級導(dǎo)線網(wǎng)復(fù)測也基本進(jìn)入良性循環(huán)。
至今，北京市的導(dǎo)線測量將市區(qū)分為四個(gè)固定的區(qū)域范圍，每年定期復(fù)測一個(gè)區(qū)域，4年為一周期，實(shí)現(xiàn)對北 京市市區(qū)范圍的周期性復(fù)測。
　　4 GNSS測量的發(fā)展
　　相對與三角測量，GNSS測量屬于新興的控制測量手段，其使用方便、定位 精度高、應(yīng)用前景廣泛。北京市的GNSS測量共實(shí)施了兩期，分別是1999年城區(qū)主控網(wǎng)和方向網(wǎng)數(shù)據(jù)和2005年似大地水準(zhǔn)面精化項(xiàng)目的GNSS框架網(wǎng)和 基本網(wǎng)。
　　5北京市控制測量數(shù)據(jù)庫建設(shè)
　　北京市測繪設(shè)計(jì)研究院保存了自解放以來北京市所有的控制測量成果，這些寶貴的成果。資料 主要采用傳統(tǒng)的紙介質(zhì)保存，計(jì)算機(jī)輔助查詢結(jié)合人工服務(wù)的模式，這既不利于資料的長期保存，也不利于科學(xué)高效的查詢、統(tǒng)計(jì)，給操作帶來了不便。為此，我院正在建立一個(gè) 功能齊全、性能良好、使用方便、界面友好的控制測量數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)對各類、各等級控制測量成果的科學(xué)、有效的管理，并為控制測量成果的數(shù)據(jù)分析提供輔助手 段。
北京市控制測量數(shù)據(jù)庫將存儲管理三角測量、水準(zhǔn)測量、導(dǎo)線測量和GNSS測量四類控制測量成果。從測量工程信息、到網(wǎng)信息、環(huán)信息、路線信 息、測段信息、成果信息和點(diǎn)之記信息的所有信息，實(shí)現(xiàn)對控制測量數(shù)據(jù)的可追溯性。同時(shí)，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)的空間分布的展示，并實(shí)現(xiàn)空間位 置與測量信息的關(guān)聯(lián)。通過數(shù)據(jù)庫中的路線和測段信息，能夠在系統(tǒng)中動態(tài)生成各期測量工程的控制網(wǎng)和路線。通過建立數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)諸如水準(zhǔn)點(diǎn)沉降分析、基準(zhǔn) 站漂移分析等數(shù)據(jù)分析功能。