從參觀大地原點說起

強興霖

盛夏時節我回了趟家鄉西安，期間專程去了國家大地原點參觀，以滿足自己一生興趣點的追求。中國大地原點，位于陜西省咸陽市涇陽縣永樂鎮。建成于1980年，為中國大地測量的基準點。作為男性的特征，我從小就方向感很強，喜歡去外面東奔西闖。初中開始酷愛地理、地貌和地圖方面的知識，地理課是絕對的最愛。常常幫助地理老師繪制講課用的地理掛圖，總是到老師那里翻閱相關書籍和地圖，因為那時很難找到這方面的課外讀物。<div>　　1964年初中畢業時，毫不猶豫地報考了武漢測繪學院中專部，追尋自己對測量和地圖的理想。然而命運卻無情的捉弄了我，那個史無前例的環境改變了我的人生軌道，陰差陽錯的成了中國汽車制造行業發展的參與者。</div><div> 所以這次專程去看一眼大地原點，就是為追尋小時候的夢想。</div> 建國初期，中國測繪坐標系統是延用蘇聯40年代的坐標系統，推算確立了“1954年北京坐標系”。因為把遠在萬里之外的蘇聯大地原點延伸過來會造成很大的誤差，同時該坐標系與中國的地形地貌差別很大，不利于我國經濟建設的應用。<br> 20世紀70年代，我國決定建立自己的大地原點與大地坐標體系，由國家測繪局投資建設，1978年建成交付使用。<br>　　中華人民共和國設定的大地原點，又稱大地基準點，位于陜西省咸陽市涇陽縣永樂鎮石際寺村。根據該點推算的大地坐標名為1980年大地坐標系，簡稱“80系”。大地原點不僅在經濟建設、科學技術和國防上有了堅實的基礎，而且也是國家尊嚴的象征。那么大地原點的應用和意義是什么呢？以我業余愛好者的理解是這樣的：<div><br><div>　　中學平面幾何里的直角坐標系，X 軸與Y 軸的交點就是原點，平面中所有的點都可以用 X 和 Y 的值表示。</div><div> 同樣在地圖應用中，大地原點與數學原點概念完全相同。地上所有的實體點都可以用與大地原點的距離用 X 和 Y 標示出來。</div></div> 我國國土面積很大，在遠離大地原點的地方，X和Y的數值很大，數位會超過10位，有些還是負數，圖上標記很不方便。其實在實際應用時，可以在使用地區內規定，將X值和Y值增加或減少一個固定值，這樣可以方便標注應用，也不會影響在大地坐標系中的偏差。坐標值在經濟建設和國防建設中非常有用，人們使用的各種規劃圖、施工圖、運行圖時，它能給出建筑物、道路中線、管線拐點、農田邊線等物體的準確定位。那么如何確定目標物的坐標呢？<br><br><div> 國家測繪機構在祖國大地上已經建立了無數測量標志，由這些標志連接成網狀三角形，連接點叫做三角點，也叫控制點。這些控制點都建在視距良好的地形高點上，三角點有不同的等級，其中一等點的等級最高，點與點之間的邊長能達數十公里。依據不同的需求，還可以有二等點網和三等點網等，以增加控制點的密度。最終的應用者可以根據區域內的三角控制點的坐標確定自己圖幅的基準點，也叫圖根點，用來推算圖內物體的坐標。</div> <div>　　多說幾句：這些三角控制點是在沒有計算機，甚至沒有計算器的年代開展建立的。三角點坐標的精度要求非常高，長度都在厘米以下，觀測角度也在秒級。那個年代手工計算含有三角函數的大位數運算，需要有多么大的耐心和精力啊！</div> 近些年隨著電子運算技術的發展和衛星定位功能的應用，取得位置坐標已經非常簡便。那些三角控制點的永久標志也逐漸被冷落和損壞，不過這并不影響國家大地坐標系的權威，隨著新技術的應用，這些坐標點的定位卻更加精準。<div>　　目前衛星定位系統已經被廣泛應用，我國的北斗衛星體系已是國際上先進的定位系統，已在國內外被廣泛應用。</div> 普通人現在用手機就可以準確地確定自己的位置，上圖是我用手機拍的標有位置的照片，下圖是包含在這張照片中的參數，其中以經緯度表示的位置非常精確。我簡單計算了一下，緯度一秒（1"）約為地面30米的長；經度一秒（1"）在赤道附近也大約30米長，越往北越會逐漸變短。手機照片保存位置的功能，讓我在旅游時忽略導游的講解，可事后根據經緯度在地圖上找到拍攝點，再查閱景點名稱并百度一下相關的介紹。順便談談水準點<div><br><div>　　三角控制點可以定位平面位置，而水準點可以確定高度，就是相對于海面的高度。我國的水準原點建在青島，是1954年根據黃海多年的平均值確定的。通過水準測量在祖國各地設立了許多水準基準點，其中一等水準點等級最高。</div></div><div><br></div><div> 下圖那塊水泥蓋板下就是一處國家二等水準點。</div> 水準點的確立是通過水準測量從水準原點一站一站測過來的，其測量精度非常高，要達到毫米級，因為它是其它高程應用的依據標準。<div>　　至于建筑物或山峰高程可以三角測量計算出來，其精度也能達到厘米級；運用航空攝影和衛星照片也可以得到地形高程，其精度約為米級；高原旅游也有用氣壓表測量高程的，精度百米級也夠用了。至于建筑物沉降或地面找平那還必須運用水準測量。</div> <p class="ql-block">　　最后沒話找話說幾句：</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 三角控制點可以確定平面位置，這是二維；水準點可以確定高程位置，這是三維。</p><p class="ql-block"> 舉個例子：你確定在東經120°北緯30°的一座建筑的12層里，但不能確定你一小時后還在那里。這雖然是四維空間的常識概念，但在實際應用中非常重要。比如一張畫作可以永久保存不會有變；而一幅地圖隨著生態變化和經濟發展，很快就會過期失效。而要攔截數千公里外的飛行目標就需要依據更精準的四維標準。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 所以要說時間標準同樣重要，而最精準的國家授時中心也在我的家鄉西安。</p>

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強興霖