國際重力標準網

1971年在莫斯科舉行的國際大地測量與地球物理聯合會上，決定採用國際重力標準網1971（IGSN71）代替波茨坦系統。IGSN71作為全球重力測量的參考基準一直使用至今。

基本介紹

• 中文名：國際重力標準網
• 外文名：International Gravity Standardization Net
• 簡稱：IGSN71
• 所屬：測繪科學

簡介

20世紀50年代末期到60年代，雷射干涉技術和原子鐘技術大幅度提高了距離測量和時間測量的精度。20世紀60年代末，利用自由落體測量絕對重力的精度已達10^-7~10^-8m/s²，並發現波茨坦的重力測量值比其精確值大了0.000135m/s²。而且僅採用波茨坦一個基準點給重力測量的實施帶來很多不便，且風險較大。因此，20世紀70年代起，波茨坦重力系統逐漸被國際重力標準網1971（IGSN1971）取代。IGSN1971是聯合世界範圍內的高精度擺儀、彈簧重力儀和自由落體式絕對重力儀測定了全球1900多個基準點（其中美國450個）的觀測值，每個測站點的觀測精度都優於±50 μGals。經統一處理後向全球公布，並命名為國際重力標準網1971（IGSN71）。波茨坦重力系統下重力點的重力值通過加上約-14.0 mGals（不同測站點的改正值會略有不同）的改正轉換到IGSN1971系統。IGSN71作為全球重力測量的參考基準一直使用至今。

我國重力基本網

我國在解放前只測了200多個重力點，精度5~10毫伽，沒有建立重力基本網。新中國成立後為滿足各方面需要，先後建立過三代重力基本網，即1957國家重力基本網和1985國家重力基本網，2000國家重力基本網是第三代國家重力基本網。

1957國家重力基本網

1956-1957年，為了適應全國天文大地控制網數據處理對高程異常和垂線偏差的需要，我國同蘇聯合作建立了我國第一代重力基本網。當時沒有進行絕對重力測量，基準點重力值從莫斯科經由伊爾庫茨克、阿拉木圖和赤塔3個基本點用航空聯測方法，用9台相對重力儀聯測到北京西郊機場。在此之前，前蘇聯航空重力隊曾在波茨坦和莫斯科之間進行聯測。北京西郊機場上的重力點是我國第一個重力原點，其重力屬於波茨坦重力系統，相對於波茨坦國際重力原點的精度為±0.51毫伽。與此同時，在全國布設了21個重力基本點和82個I等重力點，基本重力點的聯測精度為±0.25毫伽，這些點一併平差處理，構成1957國家重力基本網，其基本點相對於北京重力原點的誤差不大於±0.32毫伽，I等點不大於±0.40毫伽. 20世紀70年代初，中國計量科學院研製成功自由落體絕對重力儀，進行了我國首次絕對重力測量，與北京重力原點聯測，證明原值大了13.5毫伽。因此，在生產中凡採用波茨坦重力系統重力時，一律改正-13.5毫伽。有些單位則直接採用國際有關組織決定，對波茨坦重力系統的重力值加-14.0毫伽改正數。

1985國家重力基本網

我國57網存在的問題主要是沒有絕對重力點（統稱為基準點）；重力系統由波茨坦輾轉聯測過來，當時相對重力儀測量精度不高，而且波茨坦重力系統已經廢止，以IGSN71代之，我國還沒有納入這個新系統，因此有必要建立第二代國家重力基本網。 1981年，根據中國和義大利科技合作協定，中意合作利用義大利計量院的自由落體絕對重力儀在我國測了11個絕對重力點。由於儀器穩定性及選址不當等原因，85網用了其中6個絕對重力點作為基準點，後又用9台高精度相對重力儀聯測了46個基本點，還與境外23個高精度重力點進行了聯測，其中包括絕對重力點和IGSN71的重力點。這不但改善了圖形結構，提供了外部精度標準，而且使85網與IGSN71有了較緊密的連線，使85網的重力系統納入IGSN71系統。 由於單台絕對重力儀當時的測量精度與多台相對重力儀的測量精度差別不大，故在整體平差中對基準點和相對重力點賦以不同的權也給予改正數解算。另外，將LCR相對重力儀格值因子及周期函式作為儀器給定參數與重力值一併答解，使儀器參數更能適合全網觀測情況，進而求出相對重力的最佳重力值。整體平差由878個觀測方程求解136個未知數，其中重力點未知數80個（國家基準點6個、基本點46個及引點5個，境外基準點和基本點23個），儀器參數56個。 85網整體平差的單位權中誤差為±15微伽，點重力值中誤差（內部符合）為±8~±13微伽，經外部符合檢核，發現重力值中有一定的系統性影響，所以85網重力值的精度被認為是在±20微伽到±30微伽之間。

2000國家重力基本網

我國85網較之於1957國家重力基本網（簡稱57網），在精度上提高了一個數量級，消除了波茨坦系統的誤差，增大了基本點的密度。它作為我國基本重力控制網提供使用後，十幾年來在測繪、地質、地震、石油、國防等領域發揮了重要作用。但是，隨著時間的推移，各經濟建設迅速發展，使85網基本點因受損而不便使用或不能使用。據調查統計，有2/3以上的85網重力基本點不能使用。另一方面，由於受當時設備、技術等方面的限制，85網絕對重力點的觀測精度較低，點位分布不均勻，圖形結構不盡合理。由此可見，85網的這種狀況已不能充分發揮國家重力基準應有的作用。 近年來，我國又引進了精度達到3~5微伽的FG5絕對重力儀，在網路工程基準點上施測精度很高，為我國獨立建立新一代更高精度的重力基準提供了技術手段。另外從國際重力基準的變化來看，已決定建立國際絕對重力基準網。而85網仍屬於IGSN71重力系統。從以上各方面分析，有必要建立新一代國家基本重力網（即2000國家重力基本網）。 經過國家測繪局、總參測繪局、中國地震局近三年的艱苦努力，於2002年圓滿完成了2000國家重力基本網的建立工作。2000國家重力基本網由137個點組成。其中基準點18個，基本點119個；另有引點106個。

2000國家重力基本網平差後的精度指標為：基本網中重力點平均中誤差為±7.35微伽;其中具有絕對重力觀測成果的基準點平均中誤差±2.3微伽；基本點平均中誤差±6.6微伽；基本點引點平均中誤差±8.7微伽。8個國家重力儀格值標定場的64個重力點平均中誤差為±3.4微伽。2000網聯測的85網和地殼運動網等其它66個重力點平均中誤差±9.5微伽。 2000國家重力基本網是由基準點、基本點、引點以及長基線、短基線構成，並對已有的85網點進行了聯測，網形結構合理，充分考慮了國家基礎建設、國防建設和防震減災等方面的需要，種類齊全，功能完備，設計科學合理。該網精度高，覆蓋範圍大，點數多，點位顧及了我國實際情況，額度適宜，分布基本均勻。建網中採用了多項國內外先進技術和現代作業方式。該網數據處理理論方法嚴密，技術先進，平差結果可靠，精度真實可信。該網與85網相比具有質的飛躍，達到國際領先水平。

相關概念

維也納重力系統

19世紀末期，著名大地測量學家赫爾墨特基於維也納的可倒擺重力測量成果建立了維也納重力系統。維也納重力系統是第一個全球重力基準，其精度達到了±10 mGals的水平。維也納重力系統一直使用到1909年，然後被精度更高的波茨坦系統取代。

波茨坦重力系統

1898~1904期間，德國人Kuhnen和Furtwaglev在德國波茨坦大地測量研究所（德國GFZ地學研究中心的前身）利用可倒擺儀進行了約1900次測量，測得位於東經13°04′01″北緯52°22′09″的波茨坦重力基準點重力值為9.81274±0.00003 m/s²。該觀測是當時世界上精度最高的絕對重力觀測，因此，在1909年倫敦舉行的國際大地測量協會（IAG）會議上決定採用該測站的絕對重力值作為全球重力基準，稱為波茨坦系統。全球其他點的重力值均通過將該點作為參考進行相對重力測量測定。波茨坦重力系統的精度水平達到了±3 mGals，略高於維也納重力系統。大量的比較和分析表明，維也納重力系統和波茨坦重力系統存在-16 mGals的系統差。隨著重力觀測水平的提高，獲得了波茨坦重力系統基準點更高精度的觀測，因此1967年，lAG將該基準點的重力值修正為9.81260m/s²。到國際重力標準網1971（IGSN1971）建立前，全世界各國的重力測量結果均基於波茨坦重力系統。