[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，實現(xiàn)對北京市各類控制點的綜合管理、查詢、統(tǒng)計與分析。
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)歷了四個階段。
1．1 1950年的建網(wǎng)
解放初期，當(dāng)時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27點(包括基線端點)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”三角點為大地原點，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)的測回數(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個條件，獨立平差；三是為了與國家三角網(wǎng)關(guān)聯(lián)，將大地原點由復(fù)興門改到崔村，崔村三角點是國家網(wǎng)與北京市網(wǎng)的重合點，該點大地經(jīng)緯度用國家的平差結(jié)果，其余點的大地經(jīng)緯度用史賴伯公式進(jìn)行計算；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。
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個點的高精度控制網(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：
(1)將西局三角點設(shè)為起算點，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，依史賴伯公式計算各點的大地坐標(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)生強烈地震后，為了監(jiān)視北京地殼活動，研究地殼的水平運動，以達(dá)到地震預(yù)報的目的，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，則保持地鐵網(wǎng)點改選聯(lián)測有關(guān)的地震網(wǎng)點，用T3型經(jīng)緯儀測15個測回。
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，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96點，組成8個環(huán)線，并在甲種點環(huán)線以內(nèi)及西部環(huán)線以外布設(shè)乙種點73點。甲種點依最小二乘法嚴(yán)密平差，乙種點附合于甲種點，誤差按距離為比例予以配賦�？刂品秶敝燎搴�，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)點不能滿足城市建設(shè)的長期使用，補充布設(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個環(huán)進(jìn)行平差；其次把城內(nèi)的220個點分為南、北兩部分分別平差，未組織到環(huán)線內(nèi)的點，附合在已出成果的點上。
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，1956年市區(qū)建設(shè)任務(wù)增多，原來水準(zhǔn)點甲種點的間距為2至3公里，乙種點間距為3至5公里，使用非常不便，因此在西、北、東郊加密了丙種點，使各等水準(zhǔn)點間距縮短到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個水準(zhǔn)點組成了21個環(huán)，一并作一次整體平差，水準(zhǔn)路線全長1311公里，并且在計算各結(jié)點問高差時，加入了正高改正。
至此，水準(zhǔn)點已基本上與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算，一等獨立平差，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，對一部分沒有包括在地形變水準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)的二、三等點，依附合加密的方法計算。此次調(diào)整，對北京市解放后十幾年的水準(zhǔn)點進(jìn)行了較全面的整理，基本上核清了水準(zhǔn)點的數(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個環(huán)。
另外，由于過去水準(zhǔn)點的編號命名比較紊亂，因此，在此次整頓過程中改革了點號，新編的點名依照國家水準(zhǔn)測量規(guī)范的要求命名，并編制了新舊點名對照表，把新舊點名的關(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。
同時隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，測量和平差手段已逐步實現(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)線控制范圍由點到面，不斷擴(kuò)大，測繪儀器性能提高和計算機(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)計算機(jī)平差計算的模式。
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，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)行了檢核計算；采用人工計算的方法，對簡單結(jié)點網(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，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)線平差計算軟件，實現(xiàn)了計算機(jī)平差計算，提高了內(nèi)業(yè)計算的效率。
80年代，我院對城區(qū)導(dǎo)線進(jìn)行補埋觀測，結(jié)合郊區(qū)城市建設(shè)項目的需要，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)實現(xiàn)了外業(yè)觀測的數(shù)字化；實現(xiàn)了外業(yè)觀測計算機(jī)記錄；同時導(dǎo)線平差軟件的不斷完善，提高了內(nèi)業(yè)計算的效率；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)分為四個固定的區(qū)域范圍，每年定期復(fù)測一個區(qū)域，4年為一周期，實現(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，給操作帶來了不便。為此，我院正在建立一個功能齊全、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、成果信息和點之記信息的所有信息，實現(xiàn)對控制測量數(shù)據(jù)的可追溯性。同時，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)控制點的空間分布的展示，并實現(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，實現(xiàn)諸如水準(zhǔn)點沉降分析、基準(zhǔn)站漂移分析等數(shù)據(jù)分析功能。
