中国大地测量学科奠基人———记中国科学院学部委员陈永龄院士
日期:2013-10-17

中国大地测量学科奠基人

———记中国科学院学部委员陈永龄院士

  【简介】陈永龄,1910 年11 月8 日生于北京,生长在一个普通职员家庭。1927 年考入清华大学,主修土木工程,1929 年转入上海交通大学土木工程学院学习。1931 年毕业后回到北京,在清华大学土木工程系任教。1934 年由中英庚子赔款应试选送赴英国留学,就读伦敦大学帝国理工学院,一年后转入德国柏林工业大学测量系,1937 年获特许工程师文凭,1939 年获工学博士学位。1939 年回国,曾先后在西南联合大学、同济大学、中山大学担任教授。1950年任岭南大学理工学院院长,1953 年任华南工学院副院长。1958 年8 月武汉测量制图学院(武汉测绘学院前身)成立,陈永龄被任命为副院长兼天文大地测量系主任,1959 年后,任国家测绘总局总工程师兼测绘科学研究所所长,中国科学院学部委员、院士、资深院士,第二届全国人大代表,全国政协第五、第六、第七届委员,中国测绘学会第二、第三届副理事长。

    在当今的中国测绘界,无人不知奠定了中国测绘科研事业基础的陈永龄教授。早在20 世纪40 年代,陈永龄就主持布测了“北碚测量实验区”的二等大地网,并对该网进行了理论探索和实践总结,相继写出了《嘉陵江北碚渡江水准测量》《基线网图形强度之比较》《大规模三角网之平差方法》等11 篇论文,先后发表在地理研究所编辑的《测量专刊》上,在当时测绘界产生一定影响。同时,他搜集资料,推算出了适合我国境内的地球形状,撰写了《由中国三角测量的成果初步推算地球形状和大小》的论文,1946 年由美国地球物理学会发表,引起了国际测量学界的关注。
    当时,我国实测1∶ 50 000 和1∶ 100 000 比例尺地形图,都是沿用美国采用的兰勃特正形圆锥投影,由于不同带的同名纬线投影半径不等,引起变形较大,且相邻纬度之间点位的坐标换算十分复杂。经过严密计算,陈永龄提出改用德国使用的高斯分带正形投影。但那时腐朽的国民党政府不重视科学,始终未被采纳,直到新中国成立后,在大地测量全面变革中才得以实现。
    1945 年,陈永龄任交通部铁路测量总处处长兼总工程师。当时我国铁路测量方法还很落后,在选定路线时,无大面积地形图可供参考,只是凭借选线经验,野外实测勘测线路,费力费时,精度不高。1947 年陈永龄首次将航空摄影测量技术应用到闽赣铁路线的勘测中,为中国铁路航测技术的发展作出了重要贡献。
    1959 年,陈永龄离开了耕耘三载的武汉测绘学院,接受了党和国家交给的新任务,任国家测绘总局总工程师兼新组建的测绘科学研究所所长。为了改变新中国成立初期中国测绘科学技术落后的面貌,陈永龄不遗余力,呕心沥血。由于旧中国留给测绘建设者的是一副千疮百孔的烂摊子,全国没有统一的测量基准和技术标准,测区零散,成图质量粗劣。因此,及时制定新中国大地测量的根本大法《大地测量法式》就成为当务之急。
    大地测量的任务,是为测制地形图和工程建设提供水平位置和高程控制的基础,为军事用途和空间科学技术提供精确的地面点位坐标、距离、方向和重力值,为研究和测定地球形状、大小和重力场以及研究地壳形迹、地震预报等提供资料。《大地测量法式》主要是确定国家天文大地网的布测方案及其实施,就是要在地面建立大地测量控制网,包括天文大地网、水准网和重力网。其中,天文大地网是基础的基础。
    陈永龄从1956 年就开始构思《大地测量法式》的编写和论证工作。他对当时全国正在实施的天文大地网的布设结构、图形强度和观测精度等,都作了深入研究分析。那时我国布测方案完全是参照苏联1934 年制定的细则规范,方法较为落后,难以适应大于1∶ 10 000 比例尺测图的要求。在他负责制定的我国大地测量法式及其相应的规范细则中,充分考虑各种因素,减少了层次,增加了四等三角测量,适当提高了观测精度。1959 年10 月, 《中华人民共和国大地测量法式(草案)》正式颁布,从此改变了我国过去大地测量完全按照苏联模式作业的状况。以后的事实证明,按照这个法式规定实施的布网方案,从一开始就具有世界先进水平,适应了我国经济建设的需要。
    说起陈永龄院士对中国测绘事业作出的贡献,老测绘们能讲出许多许多,但有口皆碑的还要算下面的三个重要贡献。
    第一个贡献是由他指导的国家天文大地网平差。
    20 世纪60 年代初,当全国正在大规模进行国家大地控制网布测时,作为总工程师的陈永龄就开始组织力量研究我国天文大地网整体平差问题。经研究,他发现“1954 年北京坐标系”所根据的椭球及其定位与中国大地水准面的差距较大,沿海地区最大达68 米,天文大地垂直偏差在东部有规律地由西向东倾斜。于是他先后撰写了《关于参考椭球体定位的理论》《我国参考椭圆体定位的初步研究报告》《天文大地网平差有关科学技术问题》等重要论文,论证我国选择的椭球大小及定位不够理想,提出重新选择与我国大地水准面最佳拟合的椭球及其定位,建立新的大地坐标系。1975 年陈永龄在全国天文大地网平差技术座谈会上作了“天文大地网平差方法矩阵分块分解法”的发言,国家测绘总局和总参测绘局一致同意陈永龄的意见。1978 年在陕西省泾阳县境内,矗立起了一座淡黄色圆顶塔式建筑,建筑内护卫着一个表面精度相当高的玛瑙球,环绕球体镌刻着几个清晰的隶书字“中华人民共和国大地原点”。从此我国新的大地坐标系“1980 西安坐标系”建立了,国家天文大地网整体平差于1982 年完成。这在当时是一项世界范围内前所未有的工程,参加平差的大地点共计5 万个。当时国际上已完成天文大地网整体平差的只有西欧大地网,规模仅几千个大地点。经整体平差后的我国天文大地网,精度得到很大提高,相对于西安大地原点的最远大地点点位误差小于正负1 米。这成为国际上大规模天文大地网严密整体平差的一个范例,在当时属世界前列。这项成果后来获国家级科技进步二等奖。
    第二个贡献是珠穆朗玛峰高程测量。
    作为世界第一高峰的珠穆朗玛峰,它的高程历来为世人所瞩目。近百年来,不少国家都曾尝试对它进行测量。但是,由于珠峰地区特殊的自然地理条件的限制,一些特殊理论和技术问题始终没有很好地解决,使得珠峰高程披上了一层神秘的面纱。1975 年5 月27 日14 时30 分,随着中国登山队9 名男女登山健儿胜利地登上世界屋脊珠穆朗玛峰,一根高3 52 米的红色金属测量觇标树立在珠峰峰顶,经过综合利用三角、导线、水准、三角高程、天文、重力、天文水准、温度垂直梯度等测量方法,终于得出珠峰高程为8 848 13 米,这是当时测定珠峰高程最精确的数字结果。谁承想到陈永龄从1965 年便开始了测定珠峰海拔高程基本技术方案的研究,他最后认定,其中的技术难点集中在求出观测珠峰时的大气折光系数和推求珠峰附近大地水准起伏方法这两个问题上。解决的方案是,观测站要尽可能地靠近峰顶,每一站都要做观测实验,并根据温度、空气密度等随高程变化的规律,算出当地的大气折光系数。为推求珠峰附近大地水准的起伏方法,他提出首先要考虑重力因素,要做重力实验,要有测重力的人跟着登山队到最后一个营地。根据陈永龄提出的方案,经过大家的努力,最后终于获得了精确测定珠峰高程的成果,并得到国际公认。当时珠峰测量是陈永龄主持的,但正式的文件、资料,陈永龄都没有署上个人的名字。
    第三个贡献是积极推动我国卫星大地测量新技术的发展。
    20 世纪70 年代,卫星大地测量技术已经在世界上的不少先进国家很快发展,涉及的范围日益广泛。而当时的中国究竟应该先发展哪一种技术比较适宜,众说纷纭,造成在这一技术领域的徘徊状态。陈永龄分析了国外经验和国内情况,力主引进卫星多普勒技术。1979 年他的建议终于被采纳。从1980 年起,在全国开始建立了由37 个点组成的卫星多普勒大地网。这项工作的重要意义,是建立了中国自己的地心坐标系,为我国空间技术的发展作出了贡献。同时,也为探索天文大地网总的精度因素、方位偏差和平移等量的大小,提供了一种独立的可资参考的外部检核数据。
    陈永龄治学严谨,孜孜不倦,鞠躬尽瘁,如醉如痴。20 世纪60 年代,“文革”的浩劫降临到陈老的头上,家被抄、人被批,但使他最痛苦的是多年精心编写的《大地测量学》下卷(高等部分)的手稿在查抄办公室时丢失了,这对于我国的大地测量学教材和学术研究来说都是一个难以弥补的损失。
    在担负中科院学部委员期间,陈永龄十分珍惜测绘科技人才,面对学科专家的尖锐提问,他九次发言,全力举贤,促使像陈俊勇、李德仁、许厚泽这些测绘精英早日成为当今测绘科技界的栋梁之材。
    1980 年,陈永龄因患白内障和眼底出血,视力完全衰退,但他仍接受了负责《中国大百科全书·测绘学》卷的总编辑任务。他对全卷的框架结构、词目的选择花费了大量心血,亲自撰写近6 000 字大地测量学方面的词条,使测绘学作为自然科学的独立类别,列入我国第一部大型综合性百科全书。
    1989 年,年近80 岁的陈老,仍关心我国大地测量事业的发展,撰写了《从卫星大地测量技术的崛起展望今后的大地测量任务》的论文,指出了今后我国卫星大地测量工作的重点,并倡议参加“地球动力学座谈会”,推动大地测量学和地球动力学的结合,开创大地测量的新领域。
    1999 年,已年近90 高龄的陈老身患多种疾病,眼睛完全失明,行动不便,对于一位老知识分子来讲,没有比失去视力更为糟糕的事了。但他对生活依然充满了乐趣。有一个时期,由于陈老出行不便,每个月都会有清华大学的老校友聚会到陈老家,最年少的也有80 多岁。陈老也总要按事前的约定,准备一个发言,在聚会上交流,天南海北、时事政治无所不谈。每天的新闻联播,陈老总会听上几遍,电视新闻看不了也要定时收听,他关心国家的发展,关心当代科技新的动态,平时让相濡以沫62 载的老伴高棣华女士为他读读报刊,尤其关注科技方面的新闻报道,像什么“数字地球”之类的名词,早被他所熟知。每每单位有人去看望,他都饶有兴致地问这问那,他抱着一片赤子之心,关心着为之付出毕生精力的事业,因为他太习惯于这种生活,他离不开科技工作,他一生的甘辛忧乐全都溶在其中。
 作者:李安利   

 (选自《中国测绘》1999 年第6 期)



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