浅析北京市控制测量的发展历史与现状

黄豆豆

　　[论文关键词]控制测量 历史 现状 数据库  
　　［论文摘要]介绍了北京市自解放以来的控制测量的发展历史及现状，并提出建立控制测量数据库和管理系统，对北京市的控制测量成果进行有效的整合与管理，展现北京市控制测量的历史沿革及发展变化，实现对北京市各类控制点的综合管理、查询、统计与分析。
  
　　控制测量是城市建设的基础，维持北京市的测绘基准是北京市基础测绘的重要内容之一，提供现势的、满足现代技术发展需要的测绘基准服务是基准建设的主要目标。
解放前，北京市没有专门为城市建设的测绘工作。北京市的控制测量，是解放后随着北京市城市建设和发展的需要而发展起来的。发展的历史是从无到有，从小到大，从低级到高级逐步建立和健全的。
　　1三角测量的发展历史
　　用三角测量的方法建立平面控制网，是控制测量初期的生产中应用最广泛的一种方法。北京市的三角测量大致经历了四个阶段。
　　1．1 1950年的建网
　　解放初期，当时的北京市人民政府地政局由于技术力量、仪器设备及可能的投资有限，无力完成较大范围完整的三角网，因此委托军委测绘局建立市区主干三角网。在北京市区布设了一个27点(包括基线端点)的全面网，其范围北至清河，东至定福庄，南至南苑，西至山边，控制面积约1100平方公里。整个三角网用T3型经纬仪观测六测回，在网中选用“复兴门”三角点为大地原点，投影方式采用兰勃切圆锥投影，地球原子采用海福特原子。
　　1．2 1957年的初次改建
　　随着北京市区的逐步扩大，原来的三角网只能控制1100平方公里，虽然自建网以后，随着需要向外有所扩展，但是在扩展过程中发现了一些问题。因此，1956年8月北京市开始着手进行控制网的改建工作。
　　改建的原因主要有三：一是1950年主干网的测回数过少，精度低；二是由于解放初期国内缺少长度检定设备，1950年建网时采用的基线尺存在误差；三是规划用图的范围和品种不断地提出了新的要求，这样原来的网锁已显得不适应日益发展的要求。
　　改建的要点主要有：一是废除了部分基线和方位角，转而施测并启用新的基线和方位角，将起始边移在网的外围，便于向外扩展；二是外业观测值仍用六测回的观测值，平差采用条件平差，中心网共45个条件，独立平差；三是为了与国家三角网关联，将大地原点由复兴门改到崔村，崔村三角点是国家网与北京市网的重合点，该点大地经纬度用国家的平差结果，其余点的大地经纬度用史赖伯公式进行计算；四是投影方法仍用兰勃切圆锥投影，但地球原子改为克拉索夫斯基原子，五是为了使扩大后的地区坐标不出现负值，增加了x、Y轴的附加值。
　　1957年改建后，北京已形成控制面积四万平方公里的主干控制网及加密了一些地区的三等三角点。
　　1．3 1963年的第二次改建
　　1958年由于要修建地下铁道，国家在北京地区布设了46个点的高精度控制网，多数为高钢标，而1950年中心区主干网大部分觇标腐朽，标石也有损坏，更由于高楼耸立，彼此多不通视，失去控制意义，因此决定再次改建北京控制网。改建的要点：

　　(1)将西局三角点设为起算点，其值用国家1954年北京坐标系的高斯坐标值反算经纬度。起算方位选用崔村～老山的大地方位角为起始方位。
　　(2)投影由兰勃切圆锥投影改为高斯任意带投影，地球原子采用克拉索夫斯基原子。同时为了避免坐标值出现负数，再次对x、Y轴增加了附加值。
　　(3)对地铁网未平差，而直接采用了该网的平差值，然后反投影到球面变成球面方向值，求出球面边长后，依史赖伯公式计算各点的大地坐标。
　　1．4 1973年的第三次调整
　　1966年3月8日及22日，河北邢台发生强烈地震后，为了监视北京地壳活动，研究地壳的水平运动，以达到地震预报的目的，国家测绘局在北京地区布设了大面积的地震三角网，施测精度高，达到国家一等三角的精度。
　　而北京市1963年改建后的控制网，中心网利用地铁网精度很高，而外围网锁之间仍存在着矛盾，有的点由网锁之间推算坐标出现较大的误差，因此对北京控制网进一步调整又一次提上日程。此次改算的方法是以改建的地铁网为首级控制，对于网的西部、东南部两网有重叠的点，则保持地铁网点改选联测有关的地震网点，用T3型经纬仪测15个测回。
　　至此，北京市具有合于国家规范的三角网，可控制约28000平方公里。
　　2水准测量的发展历史和现状
　　水准测量是城市各项建设事业——地上的和地下的——的基础，是提供研究地壳形变的可靠资料，是中长期地震预报的主要手段之一。
　　北京市水准网的建立同样是经历了由小到大，由低级到高级的发展过程。
　　2．1 1950年建立近郊区水准网
　　1950年与建立三角网的同时，北京建立了近郊区水准网，以满足都市建设及地形测量的需要。共布设了甲种水准点96点，组成8个环线，并在甲种点环线以内及西部环线以外布设乙种点73点。甲种点依最小二乘法严密平差，乙种点附合于甲种点，误差按距离为比例予以配赋。控制范围北至清河，东至定福庄，南至南苑以南瀛海庄，西至三家店，控制面积约1100平方公里，基本上与三角网相适应。
　　2．2 1955年第一次调整
　　1950年至1954年之间，北京市区的水准网逐步扩大到昌平、良乡、京西矿区也延伸进山沟，近郊区也进行了加密，并检测了1950年水准网。但由于旧网点不能满足城市建设的长期使用，补充布设了新网，1955年我院对水准网进行了第一次调整。
　　首先对近郊检测的水准网仍按原8个环进行平差；其次把城内的220个点分为南、北两部分分别平差，未组织到环线内的点，附合在已出成果的点上。
　　2．3从1956年到1959年的第二次调整
　　北京市到1956年所辖区域已是第三次扩大，由原来的丰、海、朝三区扩大到昌平、良乡及通县的一部分，面积增加到4820平方公里。同时，1956年市区建设任务增多，原来水准点甲种点的间距为2至3公里，乙种点间距为3至5公里，使用非常不便，因此在西、北、东郊加密了丙种点，使各等水准点间距缩短到1公里左右。
　　1959年，我院对北京市水准网进行了第二次调整，把之前先后平差的市区、良乡、昌平、通密各区和新测定的香涿地区的456个水准点组成了21个环，一并作一次整体平差，水准路线全长1311公里，并且在计算各结点问高差时，加入了正高改正。
　　至此，水准点已基本上与1958年10月第五次扩大的北京市市区16800平方公里相适应，个别地区还超过了市界。
　　2．4 1970年第三次调整
　　1966年邢台发生地震后，国家测绘局在北京进行了地形变测量，组成水准网四大环，按国家一等水准细则施测。同时我院施测其余的二等水准路线，测完由国家测绘局平差计算，一等独立平差，二等作附合环平差。此外，为了研究不同的平差方法对结果的影响，对一、二等做了联合平差。
　　1970年，鉴于我院原施测的水准网无论在点的密度上、精度上以及控制面积上，都不如地形变水准网，因此，决定采用1966年一、二等联合平差的结果为基础进行整理。
　　整理的过程中，高程起算同是北京原点，对一部分没有包括在地形变水准网内的二、三等点，依附合加密的方法计算。此次调整，对北京市解放后十几年的水准点进行了较全面的整理，基本上核清了水准点的数量。
　　2．5 1975—1979年的全网调整
　　从1949年北京解放，北京市的水准测量进行了大量的工作，虽然进行过几次调整，但仍然赶不上客观情况的迅速变化，因此，自1975年至1979年底，我院对北京市高程控制网进行了一次全面的整顿。施测了水准网，将水准网分一、二、三级控制，首级采用一等水准精度，在一等环内分块加密二、三等水准网。其中一等网共形成22个环。
另外，由于过去水准点的编号命名比较紊乱，因此，在此次整顿过程中改革了点号，新编的点名依照国家水准测量规范的要求命名，并编制了新旧点名对照表，把新旧点名的关系紧密地联系起来了。
　　2．6 1979年以后的复测和调整
　　自1979年水准网全面调整之后，我院对北京市的高程控制网实施了周期性的定期复测，分别于1988年、1998、2005年对水准网进行了补埋和复测。
其中
　　(1)1984—1988年，对原网的平原十一环进行补埋和复测，山区利用原观测值进行了平差，未对全网进行调整。
　　(2)1995-1998年，水准网原点从北大移至玉渊潭，一等线路重新构网，南部的一等线路也大都缩至市界内。
　　(3)2002—2005年，全面复测，平原地区依前期复测线路，山区线路大部分移至市界，并重新构成了一等环线。
同时随着计算机技术的不断发展，测量和平差手段已逐步实现外业记录电子化和内业平差自动化。
　　3导线测量的发展历程
　　为了满足北京市城市地图测绘、工程定线拨地及市政建设等控制的需要，从五十年代初开始城市导线控制测量。随着北京市城市控制网建设发展，导线控制范围由点到面，不断扩大，测绘仪器性能提高和计算机软件技术的开发应用，导线观测及内业计算的水平不断提高，目前已形成外业电子记录、内业计算机平差计算的模式。
　　20世纪50年代，导线外业观测采用威特T2型经纬仪和30米钢卷尺，导线控制主要分布在城区，导线布设单一，没有形成导线网，精度不高。
　　60年代，随着1963年三角网的改建和加强，控制范围扩大到城墙外，对1957年的一、二级导线边角资料进行了检核计算；采用人工计算的方法，对简单结点网进行了平差。
　　70年代，我院整理维护原一、二级导线，对资料中精度较低的部分，进行了整测，提高部分旧导线的精度。另外，结合郊区建设发展的需要，开展了郊区导线测量。此时，激光测距仪量测距技术的应用，改变了钢尺量距的历史，通过开发导线平差计算软件，实现了计算机平差计算，提高了内业计算的效率。
　　80年代，我院对城区导线进行补埋观测，结合郊区城市建设项目的需要，郊区一、二级导线控制范围不断扩大。随着激光测距仪技术的发展，距离量测精度不断提高，导线平差软件得到推广应用，能够对校大的导线网进行整体平差计算，成果资料已比较规范。

　　90年代，随着全站仪在导线测量中的应用，已经实现了外业观测的数字化；实现了外业观测计算机记录；同时导线平差软件的不断完善，提高了内业计算的效率；北京市城区一、二级导线网复测也基本进入良性循环。
至今，北京市的导线测量将市区分为四个固定的区域范围，每年定期复测一个区域，4年为一周期，实现对北京市市区范围的周期性复测。
　　4 GNSS测量的发展
　　相对与三角测量，GNSS测量属于新兴的控制测量手段，其使用方便、定位精度高、应用前景广泛。北京市的GNSS测量共实施了两期，分别是1999年城区主控网和方向网数据和2005年似大地水准面精化项目的GNSS框架网和基本网。
　　5北京市控制测量数据库建设
　　北京市测绘设计研究院保存了自解放以来北京市所有的控制测量成果，这些宝贵的成果。资料主要采用传统的纸介质保存，计算机辅助查询结合人工服务的模式，这既不利于资料的长期保存，也不利于科学高效的查询、统计，给操作带来了不便。为此，我院正在建立一个功能齐全、性能良好、使用方便、界面友好的控制测量数据库，以实现对各类、各等级控制测量成果的科学、有效的管理，并为控制测量成果的数据分析提供辅助手段。
北京市控制测量数据库将存储管理三角测量、水准测量、导线测量和GNSS测量四类控制测量成果。从测量工程信息、到网信息、环信息、路线信息、测段信息、成果信息和点之记信息的所有信息，实现对控制测量数据的可追溯性。同时，利用地理信息系统技术，实现控制点的空间分布的展示，并实现空间位置与测量信息的关联。通过数据库中的路线和测段信息，能够在系统中动态生成各期测量工程的控制网和路线。通过建立数据模型，实现诸如水准点沉降分析、基准站漂移分析等数据分析功能。