“1954年北京坐标系”,是采用苏联
克拉索夫斯基椭圆体,在1954年完成测定工作的,所以叫“1954年北京坐标系”,我国
地形图上的
平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。
建立背景
我国1949年前曾建立过南京坐标系,采用
贝塞尔椭球,其长
半轴a=6377397.155m,扁率ƒ=1:299.1528,以南京大石桥天文点天文坐标作为大地坐标系的原点,在我国南方一些地区推行。日本帝国主义曾在东北地区建立过长春坐标系,采用贝塞尔椭球,以长春附近三角点欢喜岭天文坐标作为大地坐标系的原点。
1949年后,国家开始大规模经济建设,大地网布设逐渐展开,1951年首先布设了北京至石家庄一等三角锁,以后逐步推向河北、山东等地区。当时需对已测一等三角锁进行单锁平差,再以其控制二等补充网,推算资用坐标。为了满足测制基本比例尺地形图的急需,决定暂行建立以石家庄基线网柳辛庄为原点的大地坐标系,采用克拉索夫斯基椭球,单点定位方式,将天文坐标视为大地坐标。这个坐标系使用时间短暂,很快就被1954年北京坐标系所取代。
随着国家经济的发展和国防建设的需要,建立国家大地坐标系的任务已提到日程。1953年夏季,前苏联军事测绘部门按照一等三角测量的纲要,对我国东北地区一等三角锁进行了联测。根据当时的条件,考虑到前苏联建立大地坐标系所依据的理论与方法,我国有关部门决定依据此建立国家大地坐标系。
当时我国东北境内一等三角锁是1934—1945年日本关东军布测的,共有24个锁段,531个三角点,直到日本投降在东北的三角测量仍未最后完成。前苏联军事测绘部门与之联测地点有三处,它们是吉拉林一等基线网扩大边端点,呼玛一等基线网扩大边端点与绥芬河地区的2个三角点。后一地区是由牡丹江一等基线网向东支出至绥芬河一个锁段的一端。20世纪50年代后期,我国开始在东北地区初步改造旧一等三角锁,1958年才在绥芬河南的东宁布设了一个一等基线网,称东宁基线网。因此,我国一等三角锁联测准确的说法应该是联测通过吉拉林、呼玛两基线网扩大边的端点和绥芬河地区的2个
三角点。
实现方法
根据我国政府的委托,前苏联军事测绘部门对我国东北境内1935—1945年已有的与1953年前所测的一等三角锁进行了局部平差。第一期于1954年(上半年)将约北纬42°
开鲁、铁岭以北的5个锁环,19个三角锁段依前苏联与中国三角锁联测的三角点为起算进行局部平差,这样确定的大地坐标系被定为1954年北京坐标系。
1955年又对上述局部平差的一等锁以南,北京以东,济南以北4个锁环进行了局部平差,后来增加郑州、徐州、合肥、靖江以北3个锁环,计28个三角锁段于同年再次进行重新平差。1954年平差的结果被称为东北部地区一等三角锁平差,1955年平差的结果被称为东部地区一等三角锁平差。1956年又进行了我国东南部地区一等三角锁局部平差。1958年国家测绘总局第一分局对我国中部地区一等三角锁进行了局部平差。1961年总参谋部测绘局完成了西北地区一等三角锁平差。同年,国家测绘总局第一分局还完成了新疆南部地区一等三角锁平差。1962年国家测绘总局第二分局在旧一等锁适当改造的基础上,对东北、内蒙古地区的一等三角锁又重新进行了平差。后来于20世纪60年代,国家测绘总局第一分局又连续完成了我国西南部、川西一等三角锁与青藏地区一、二等导线的平差。
东北部地区一等三角锁平差时,前苏联军事测绘部门文献中,明确记载着“1942年坐标系平差,并以苏联一等三角点起算”。以后每一次局部地区一等三角锁平差都是采用已有局部平差所得已知坐标作逐一传算。在一等三角锁已局部平差的基础上,再推求二等以下各等三角点坐标。一个大地坐标系,主要取决于选定的参考椭球参数,定义的各基本参考面以及通过定位给定的大地原点上的一组相应的大地基准数据。其他一些因改造旧锁网,或增加了观测量或改变推算路线产生的差异,不应作为两坐标系不同的依据。因而说1954年北京坐标系实际上是1942年前苏联大地坐标系的延伸。
1942年大地坐标系采用克拉索夫斯基椭球。地极选用根据国家领土范围由本国各天文台确定的平极,首子午面约定为
格林尼治天文台子午面。
我国的1954年北京坐标系采用
克拉索夫斯基椭球,大地原点当是1942年大地坐标系原点。
1954年北京坐标系建立之初,我国三角点的高程异常值由前苏联一等三角锁9个基线网的18点已有的高程异常值为已知,按天文水准方法推算。此后,在1954年前苏联中央测绘科学研究所又重新进行了其国内的天文重力水准路线平差,也由于又重新计算了我国测定的一些天文点经度和测定了某些新的天文点等原因,于是前苏联军事测绘部门又于1955年,以中央测绘科学研究所的新结果为起算,重新分别平差计算了我国东北部、东部地区的天文水准路线,得了新的高程异常值。发现前后的高程异常变化了4~5m。1956年进行我国东南部地区一等三角锁局部平差时,就采用了1955年计算的高程异常值作起算,按天文水准方法推算的高程异常值。此后各局部平差所用的高程异常值也以此推算。
1945年以前,日本关东军在我国东北布测的大地点高程都是以大连平均海面为基准面起算,20世纪50年代初,我国开展大规模的大地测量工作,当时规定大地点的高程以北京水准原点(北京医学院附属医院内)靠东参考点,高程为48.802m起算。1954年我国进行东部地区24个环的精密水准网平差,建立起1954年黄海高程基准,之后东部沿海地区点的高程均以此为基准。1956年我国开始进行东南部地区精密水准网平差,1957年正式建立起以1950~1956年青岛验潮站潮汐资料确定的1956年黄海高程基准。
我国一等三角锁局部平差三角点高程所依据的基准,也是与上述时间基本相应的。1954年东北地区一等三角锁平差时,当时的19条三角锁均系日本关东军所测,平差中三角点高程都是采用大连高程基准起算的高程。那时在我国还没有条件将北京水准原点靠东参考点高程引至东北地区。1955年与1954年所测的一等三角点则采用北京水准原点靠东参考点起算的高程。直到1958年国家测绘总局第一分局进行我国中部地区64个一等三角锁段局部平差时,三角点才采用1956年黄海高程基准的高程,以后的一等三角锁局部平差当然也都是采用1956年黄海高程基准起算的高程。
一等三角锁基线网端点及各三角点的高程,在局部平差中主要用于将作为固定值的长度和
拉普拉斯方位角,以及作为平差观测值的三角点水平方向归算至似大地水准面,进而归算至
参考椭球面。这种归算对高程精度要求并不高。1956年黄海高程基准与大连高程基准、北京水准原点靠东参考点起算的高程,相互差异分别为+0.03m和一0.48m。所以它们之间起算基准的不同,在局部平差中完全可以忽略不计。
使用问题
1954年北京坐标诞生后,逐步推向全国,成为国家大地坐标系。当时,为了满足测绘事业的急需,采用这个坐标系是非常必要的。它提供了统一的国家大地坐标,为国家建设做出了应有的贡献。但是,由于受历史条件的局限,也存在明显的缺陷,主要是:
(1)所采用的
克拉索夫斯基椭球参数误差较大,与现代精确值相比长半轴大了约lOOm,扁率的倒数相差了约。
(2)现代地球椭球应具有4个参数,既有几何参数又有物理参数。克拉索夫斯基椭球仅有2个几何参数,不能满足现代大地测量的需要。
(3)椭球定位所确定的椭球面与我国似大地水准面符合较差,由西向东存在着明显的系统倾斜,其数值最大达60余米。
(4)椭球短半轴指向不明确,与通用的地球极不一致。
(5)坐标精度较差。
由于1954年北京坐标系的坐标是采用逐级控制分区平差的方法推算的,使得我国天文大地网的整体精度主要取决结构单薄的一等三角锁,而结构坚强精度高的二等全面网的精度得不到充分发挥。平差后在一、二等锁网结合处,二等网的许多观测方向的平差改正数超过了可能产生的最大观测误差。根据54个区共15000余点局部平差的统计结果,以及利用近期完成的国家高精度GPS网的结果对大地网成果进行检核,都说明我国大地网按上述方法得到的1954年北京坐标系成果存在明显的平差变形。个别地区在分区或锁网结合部的点出现了成果不一致或者产生了裂缝。