从参观大地原点说起

强兴霖

盛夏时节我回了趟家乡西安，期间专程去了国家大地原点参观，以满足自己一生兴趣点的追求。 中国大地原点，位于陕西省咸阳市泾阳县永乐镇。建成于1980年，为中国大地测量的基准点。 作为男性的特征，我从小就方向感很强，喜欢去外面东奔西闯。初中开始酷爱地理、地貌和地图方面的知识，地理课是绝对的最爱。常常帮助地理老师绘制讲课用的地理挂图，总是到老师那里翻阅相关书籍和地图，因为那时很难找到这方面的课外读物。

　　1964年初中毕业时，毫不犹豫地报考了武汉测绘学院中专部，追寻自己对测量和地图的理想。然而命运却无情的捉弄了我，那个史无前例的环境改变了我的人生轨道，阴差阳错的成了中国汽车制造行业发展的参与者。

所以这次专程去看一眼大地原点，就是为追寻小时候的梦想。

建国初期，中国测绘坐标系统是延用苏联40年代的坐标系统，推算确立了“1954年北京坐标系”。因为把远在万里之外的苏联大地原点延伸过来会造成很大的误差，同时该坐标系与中国的地形地貌差别很大，不利于我国经济建设的应用。
20世纪70年代，我国决定建立自己的大地原点与大地坐标体系，由国家测绘局投资建设，1978年建成交付使用。
　　中华人民共和国设定的大地原点，又称大地基准点，位于陕西省咸阳市泾阳县永乐镇石际寺村。根据该点推算的大地坐标名为1980年大地坐标系，简称“80系”。大地原点不仅在经济建设、科学技术和国防上有了坚实的基础，而且也是国家尊严的象征。 那么大地原点的应用和意义是什么呢？以我业余爱好者的理解是这样的：

　　中学平面几何里的直角坐标系，X 轴与Y 轴的交点就是原点，平面中所有的点都可以用 X 和 Y 的值表示。

同样在地图应用中，大地原点与数学原点概念完全相同。地上所有的实体点都可以用与大地原点的距离用 X 和 Y 标示出来。

我国国土面积很大，在远离大地原点的地方，X和Y的数值很大，数位会超过10位，有些还是负数，图上标记很不方便。其实在实际应用时，可以在使用地区内规定，将X值和Y值增加或减少一个固定值，这样可以方便标注应用，也不会影响在大地坐标系中的偏差。 坐标值在经济建设和国防建设中非常有用，人们使用的各种规划图、施工图、运行图时，它能给出建筑物、道路中线、管线拐点、农田边线等物体的准确定位。 那么如何确定目标物的坐标呢？

国家测绘机构在祖国大地上已经建立了无数测量标志，由这些标志连接成网状三角形，连接点叫做三角点，也叫控制点。这些控制点都建在视距良好的地形高点上，三角点有不同的等级，其中一等点的等级最高，点与点之间的边长能达数十公里。依据不同的需求，还可以有二等点网和三等点网等，以增加控制点的密度。最终的应用者可以根据区域内的三角控制点的坐标确定自己图幅的基准点，也叫图根点，用来推算图内物体的坐标。

　　多说几句：这些三角控制点是在没有计算机，甚至没有计算器的年代开展建立的。三角点坐标的精度要求非常高，长度都在厘米以下，观测角度也在秒级。那个年代手工计算含有三角函数的大位数运算，需要有多么大的耐心和精力啊！

近些年随着电子运算技术的发展和卫星定位功能的应用，取得位置坐标已经非常简便。那些三角控制点的永久标志也逐渐被冷落和损坏，不过这并不影响国家大地坐标系的权威，随着新技术的应用，这些坐标点的定位却更加精准。

　　目前卫星定位系统已经被广泛应用，我国的北斗卫星体系已是国际上先进的定位系统，已在国内外被广泛应用。

普通人现在用手机就可以准确地确定自己的位置，上图是我用手机拍的标有位置的照片，下图是包含在这张照片中的参数，其中以经纬度表示的位置非常精确。 我简单计算了一下，纬度一秒（1"）约为地面30米的长；经度一秒（1"）在赤道附近也大约30米长，越往北越会逐渐变短。 手机照片保存位置的功能，让我在旅游时忽略导游的讲解，可事后根据经纬度在地图上找到拍摄点，再查阅景点名称并百度一下相关的介绍。 顺便谈谈水准点

　　三角控制点可以定位平面位置，而水准点可以确定高度，就是相对于海面的高度。我国的水准原点建在青岛，是1954年根据黄海多年的平均值确定的。通过水准测量在祖国各地设立了许多水准基准点，其中一等水准点等级最高。

下图那块水泥盖板下就是一处国家二等水准点。

水准点的确立是通过水准测量从水准原点一站一站测过来的，其测量精度非常高，要达到毫米级，因为它是其它高程应用的依据标准。

　　至于建筑物或山峰高程可以三角测量计算出来，其精度也能达到厘米级；运用航空摄影和卫星照片也可以得到地形高程，其精度约为米级；高原旅游也有用气压表测量高程的，精度百米级也够用了。至于建筑物沉降或地面找平那还必须运用水准测量。

　　最后没话找话说几句：

三角控制点可以确定平面位置，这是二维；水准点可以确定高程位置，这是三维。

举个例子：你确定在东经120°北纬30°的一座建筑的12层里，但不能确定你一小时后还在那里。这虽然是四维空间的常识概念，但在实际应用中非常重要。比如一张画作可以永久保存不会有变；而一幅地图随着生态变化和经济发展，很快就会过期失效。而要拦截数千公里外的飞行目标就需要依据更精准的四维标准。

所以要说时间标准同样重要，而最精准的国家授时中心也在我的家乡西安。