新中国重力基准的建立与发展

老村长

　　大地测量技术人员在野外进行重力测量（来自互联网）

新中国重力基准的建立与发展

作者：老村长

2020年8月20日于北京

重力是重力加速度的简称。重力测量就是测定空间点的重力加速度。重力基准，就是标定一个国家或地区的（绝对）重力值的标准。为了使全国重力测量有统一的起算依据，就必须建立国家重力基准，这是开展全国重力测量工作的基础，也是国家经济建设、国防建设和科学研究的基础建设。

国际上，曾建立过三个重力基准：第一个是维也纳重力系统，1900年在巴黎举行的国际大地测量协会会议上通过；第二个是波茨坦重力系统，1909年在伦敦举行的国际大地测量协会会议上通过;第三个是1971国际重力基准网（IGSN—71），1971年在莫斯科举行的国际大地测量与地球物理联合会会议通过。中国于1895～1949年间，共测量200多个重力点，但旧中国没有建立重力基准。新中国成立以来，先后建立了1957重力系统、1985国家重力基本网和2000国家重力基本网。

　　大地测量技术人员在野外进行重力测量（来自军事测绘历史资料）

一、1957重力系统

1954年全国基础测绘全面展开后，急需建立与国际重力系统接轨的国家重力基准，以便开展大范围的重力测量工作。1954年，总参测绘局与中国科学院地合作，开始国家重力网的布测工作。但是，由于受装备技术等条件的限制，测量进度慢，成果精度低，不能适应全国测绘、地质、石油等部门开展重力测量工作的需要。为此，经国务院、中央军委批准，总参测绘局邀请苏联航空重力测量队两次来华，援助布测了27个重力基本点和33个一等重力点。

1955年12月至1956年1月，苏联航空重力测量队第一次来华，从莫斯科重力基本点起测，联测了北京、西安、上海、青岛、南京5个重力基本点；1957年3～8月，根据1956年10月在捷克斯洛伐克举行的第三届社会主义国家测绘会议进行大地网联测的决议，苏联航空重力测量队再次来华，分别从北京、西安、青岛、南京重力基本点起测，并与苏联的阿拉木图、伊尔库茨克和赤塔重力基本点联测，布测了22个重力基本点和33个一等重力点，还对北京、乌兰巴托、平壤、河内4个重力基本点进行了联测。重力基本点联测中误差为±0.15毫伽，相对北京重力基本点的误差不超过±0.3毫伽。期间，国家测绘总局重力测量队成立后，布测了47个一等重力点。

以波茨坦重力系统为基准，通过与苏联重力基本点的联测，将中国的重力基本点、一等重力点的重力值归算到波茨坦重力系统，构成了中国1957重力系统。该系统的建成，填补了中国重力基准的空白，标志着新中国的物理大地测量已经开始，在中国此后进行的重力测量以及与重力有关的地球科学研究、远程武器试验等均具有重大意义。直到20世纪80年代初，中国所进行的重力测量都是以1957重力系统为起算基准进行的。

但是，随着时间的推移和科学技术的发展，1957重力系统存在的问题逐步凸现：主要是没有进行绝对重力测量，是从苏联的重力基本点联测而来的，而采用的苏联重力基本点相对于波茨坦系统的误差已达±0.5毫伽，精度较低；其次，波茨坦系统本身存在约14毫伽系统误差，而且已经废止，以1971国际重力基准网（IGSN—71）代之，中国还没有纳入这个新系统。因此，1957重力系统已难以适应科学技术发展的需要，有必要建立第二代国家重力基本网。

　　大地测量技术人员在野外进行重力测量（来自军事测绘历史资料）

二、1985国家重力基本网

鉴于1957重力系统存在的问题，在1974年3月第七机械工程部主持召开的地球形状及引力场研究专题会议上，提出要重新建立国家重力系统，以适应空间技术和远程武器发展的需要。1978年4月，经国务院、中央军委批转的《地球形状及引力场研究第二次专业会议研究》，决定由国家测绘总局（1982年改称国家测绘局）、国家计量局、总参测绘局负责重建国家重力系统，以更好地适应经济建设、国防建设和现代科学技术发展提出的新要求。

1980年，国家计量研究院利用自行研制的可移动式绝对重力仪，首先测量了昆明重力基准点的绝对重力值。为使绝对重力测量具有世界先进水平，国家测绘总局决定开展国际合作。1981年7～11月，国家测绘总局与意大利都灵计量研究所合作，采用该所提供的可移动式绝对重力仪，先后在北京（玉渊潭）、上海、福州、广州、长沙、武汉、南宁、昆明、西安（国家大地原点）、郑州、青岛等11个点进行了绝对重力测量，测量平均误差为±10微伽。由于仪器稳定性及选址不当等原因，只选用了其中6个绝对重力点作为基准点。

1983年5月至1984年5月，国家测绘局、总参测绘局、国家地震局、中国科学院测量与地球物理研究所等单位，联合进行了新的国家重力基本网的野外联测。全网包括6个基准点、46个基本点及5个引点，平差后点重力值精度为±8微伽。新的重力网称为1985国家重力基本网，其中各基准点及其成果称为1985重力基准。

为使新网与1971国际重力系统一致，国家测绘局组织协调，总参测绘局、国家计量局、中国科学院测量与地球物理研究所等单位参加，于1984年3～5月使用6台LCR—G型重力仪，进行了多线路的国际重力点联测。从而改善了图形结构，提高了外部精度标准，并使1985国家重力基本网纳入1971国际重力系统。在此基础上，于1985年完成了测量成果的整体平差。平差后，点的最大中误差为±13微伽，平均中误差为±7.8微伽，单位权中误差为±15微伽，达到国际同类网的先进水平。

1985重力基本网较1957重力系统，在精度上提高了一个数量级，消除了波茨坦系统的误差，增大了基本网的密度，使中国在重力测量方面跃上了一个新台阶，在大地测量、地球科学研究、空间技术发展及国防建设等方面发挥着十分重要的作用。但是，因受机场迁建或改扩建成的影响，使大多数建在机场附近的重力基本点遭到破坏或使用不便，已无法满足各方面的应用需求，第三代国家重力基本网建设被摆到重要议事日程。

　　1999年5月28日，2000国家重力基本网技术方案评审会在北京召开（来自军事测绘历史资料）

三、2000国家重力基本网

为更好地适应国家经济建设、国防建设和科学研究对重力基准提出的新要求，1998年国家测绘局、总参测绘局研究决定，重建国家重力基本网，并定名为2000国家重力基本网。

为合作实施2000国家重力基本网项目，国家测绘局、总参测绘局、中国地震局于1999年7月6日在北京进行了会商，确定1999年完成选点、埋石工作，2000年完成观测工作，2001年完成数据处理工作。根据任务分工和技术方案，三部门和参测人员密切合作，经过3年的艰苦努力，于2002年圆满完成2000国家重力基本网的建设。各局完成总工程量的比例分别为：国家测绘局约50％，总参测绘局约30％，中国地震局约20％。全网由243个点组成，其中基准点18个，基本点119个和重力基本点引点106个。

　　2000国家重力基本网点位分布示意图（来自互联网）

2000国家重力基本网平差后，重力点平均中误差为±7.35毫伽，具有绝对重力测量成果的基准点平均中误差为±2.3毫伽，基本点的中误差为±6.6毫伽。2000国家重力基本网建设，充分考虑了国家基础建设、国防建设和防震减灾等各方面的需要，点位分布均匀，图形结构合理，覆盖范围大，数据处理严密，精度较1985重力基本网提高了一倍，达到了国际领先水平。

科技发展无止境。2013年，国家测绘地理信息局开始实施国家现代测绘基准体系基础设施建设一期工程，计划在2000国家重力基本网的重力基准点的基础上，再选择50座GNSS连续运行基准站建立并置的重力基准点，在近海岛屿建立约15座与连续运行基准站并置的重力基准点，从而将重力基准扩展到整个陆海国土，构成全国新的重力基准，以满足国家经济建设、国防建设、科学研究等对时空基准不断提出的新要求。

注：本文撰写过程中参考引用了《中国测绘史》第3卷（测绘出版社，2002）、《大地测量学基础》（吕志平等编著，解放军出版社，2005）、《现代大地测量基准》（党亚民等著，测绘出版社，2015）等相关文献资料。1957重力系统重力点数量引自军事测绘历史资料。版权归作者老村长所有。