我国第二期一等水准网复测的技术特点及其科学意义

中华人民共和国建国后，在1950～1976年间，我国完成了国家第一期一等水准测量，路线总长约5万公里，分别于1957年对我国东南部地区、1959年对我国东北和内蒙地区的第一期一等水准进行了平差。这些平差均以1956年黄海平均海水面为高程基准，以青岛水准原点为该期水准的起算点（该点高程当时定为72.289m）。采用正常高系统。     

大地水准面的严密定义和我国高程基准的选择

<正> 我国国家一等水准网的外业工作已基本完成,整体平差工作也早已着手进行。在国家水准网平差时,除去其它一些有待解决的技术问题外,高程基准问题也是我们必须考虑的重要问题之一。无论那个国家,在全国性的高程控制网重新平差时,都要考虑到高程基准问题。我国目前的国家水准网高程是以1956年由青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准推算的。采用这个基准,基本上统一了我国的高程系统,解决了解放前的那种高程基准不统一的混乱局面。但是,我们知道,1956年高程基准还存在着这样或那样的     

我国新高程系统开始启用

1985年全国一等水准网布测协调扩大会议决定:采用青岛验潮站1952—1979年潮汐观测资料计算的平均海水面为我国新的高程基准面。以此基准面起算,国家水准原点的高程为72.2604米。新高程系统采用10个19年验潮周期计算,更接近海水受日、月引力影响所产生的潮汐周期变化规律,而旧高程系统仅用7年     

对我国高程基准面和起算点确定中的几点意见

当前我国采用的高程基准——黄海平均海水面，自从建立以来、在统一我国混乱的旧高程系统、满足测绘、国防建设、经济建设和科学研究等方面中起了重要作用。但该基准确定时，一是应用青岛验潮站七年的潮汐记录算得的平均海面，还不太稳定；二是     

介绍一种新型高深度表：兼谈地图上陆高与海深的表示

地图上陆高均以平均海水面起算,平均海水面称为高程基准面,此面以上为陆地高程,以下为陆地负高程。海洋中的水深,则以深度基准面起算,此面以下为海深,以上为干出高度。尽管这两个基准面之间相差仅1—2米,相对于几百米乃至几千米的高差来说,可算是微乎其微,但毕竟不是统一的基准面,即不存在陆高、海深的统一零点(图1)。     

局部大地水准面的精确确定及地球物理解释

大地水准面,定义为地球重力场在平均海水面上的等位面,是陆地地形及海洋高程系统的基准面.局部大地水准面的精确确定对测绘、地球物理以及海洋学都是极为重要的.几何水准是地球表面高程的常用方法,但由于几何水准劳动强度大、费力、费钱,因此,近几十年各国都在研究和开发取代传统水准的方法和技术.如今,全球定位系统 ( GPS ) 相对定位精度达到几厘米 +1～2×10-6D,如果大地水准面精度足够高,GPS大地高就可以转化为几何高程.从而使GPS代替水准成为可能.局部大地水准面的精确确定可以使GPS得到更广泛的应用.     

1956年黄海平均海水面的确定与我国旧有各高程系统的关系

测定地球表面上各点的平面位置和高程，是大地测量学基本的任务之一。本文就我国关于1965年黄海平均海水面的确定，作为全国统一高程系统问题、以及与旧有各高程系统之间的关系，作一简述，以便纠正某些部门、单位在利用联测黄海高程系统时产生的混乱现象．     

论大地水准面

经典大地水准面被定义为等重力位水准面 ,它在海洋中重合于假想的静止海水面 ,而后者通常又由平均海水面来代替。然而 ,平均海水面并非重力等位面 ,如果精度要求高于 1m ,则上述经典定义不再适用。近代大地水准面被定义为最接近于平均海水面的重力等位面 ,但关键问题是如何确定这种大地水准面。为实现这一目标 ,不仅需要确定大地水准面的形状 ,而且需要确定大地位常数W0 。探讨了几种主要的大地水准面的定义及其相关的确定大地水准面的问题 ,并建议了一种新的大地水准面的定义     

通过大港验潮站坐标确定我国高程基准的垂直偏差

确定局部高程基准相对大地水准面的垂直偏差是统一全球高程基准的重要途径。本文的目的是通过大港验潮站坐标直接确定我国高程基准的垂直偏差。首先给出通过大港验潮站坐标确定我国高程基准垂直偏差的基本原理,然后介绍测定大港验潮站平均海面坐标的方法及过程,接下来通过EGM2008和EIGEN-6C4重力场模型计算出的我国高程基准面的重力位,进而推算获得垂直偏差,并与我国东部地区GPS/水准数据的计算结果进行了比较。经分析发现,EGM2008模型计算结果的可靠性要好于EIGEN-6C4模型;利用大港验潮站坐标计算得到的我国高程基准相对大地水准面的垂直偏差为0.344 m,比利用我国东部261个GPS/水准点数据计算获得的偏差值小0.006 m。     

全国统一高程系统的建立

我国在解放以前,长期处于半殖民地状态,科学技术也随着各帝国主义霸占的势力范围形成分割的局面,水准系统表现得甚为突出,零点纷岐,关系复杂,高程资料多不可靠,使用不便。解放后全国人民在中国共产党的领导下一日千里的建设祖国,到处须要引用高程资料,帝国主义者虽被赶走,但其所遣留的零点混乱的局面还直接影响着我们的建设事业;因此经有关测绘部门几年来的共同努力,已建立起我国全国统一高程系统,但由于有些旧的测绘资料客观上还得利用,如何从混乱的高程系统过渡到统一的高程系统,还有待于大家进一步的努力。兹将旧高程系统的混乱情况和统一高程系统的建立经过简介于后,供大家参考：     

大港验潮站潮汐分析与国家高程基准面变化

利用1980—2011年小时潮位数据和1952—2007年月平均潮位数据,对大港验潮站处海洋潮汐以及国家高程基准面近60年的变化进行了分析和研究。首先利用傅里叶变换对两组数据进行频谱分析,获得了影响海水面变化的180个较短周期分潮以及6个长周期分潮;然后对小时潮汐数据进行最小二乘调和分析,获得影响海水面变化的主要分潮的振幅及其变化,发现Q1、O1、M2、K1、K2的振幅具有非常明显的约19年的周期变化;并利用调和分析和18.61年移动平均对国家高程基准面的变化进行了估算,分别获得基准面1952—1980年的下降速率为1.07mm/a和0.76mm/a,1980—2011年的上升速率为1.59mm/a和1.62mm/a;最后,通过18.61年移动平均对1985高程基准进行了检核,发现两者相差0.14cm。     

期刊博览

<正>全球高程系统的统一问题(《测绘学报》2017年第8期)本文讨论了建立全球统一高程系统的若干基本问题,包括正常高的几何定义和重力定义,区域水准测量高程系统的全球统一问题以及大地水准面位W0的确定。结果表明:(1)几何水准高程和重力定义的正常高存在差别,由GNSS/重力得到的正常高并不等于几何水准给出的正常高,而要加上一与高程有关的改正项,并且在山区这一改正不可忽略;(2)由GNSS/重力/区域几何水准融合可以给出一个相对的全球统一高程系统,而要得到绝对的统一     

我国高程控制网的现代化

随着空间和信息技术的快速发展 ,我国的地理空间基础框架的主干之一 ,国家高程控制网也面临更新和现代化。国家高程控制网的现代化应包括两个部分 ,一是国家高精度水准网 ,即毫米级的一等水准网的定期更新 ;二是具有厘米级精度的 (似 )大地水准面的测定。建议尽快组织施测国家三期一等水准网 ,切实执行《中华人民共和国大地测量法式》中“一等水准网必须 2 5年复测一次”的规定 ,依法行政 ,以保证国家高程控制网毫米级高精度的可靠性和现势性 ;另一方面应结合 GPS水准和重力测量 ,精化我国大陆的 (似 )大地水准面至厘米量级 ,以利用“GPS+(似 )大地水准面”的技术取代国家二等水准网 ,采用这一技术可以节约大量人财物和时间 ,获得考虑的高程时 ,其精度均匀一致 ,没有水准测量沿线逐站传递的积累误差 ,在海岛、山区等困难或甚至无法传递水准测量高程的地区 ,采用这一技术不仅可以快捷地测得高程 ,而且其成果和国家高程基准和高程系统是统一的和协调的 ,中国大陆国土的任何一点 ,利用这一技术可以获得不低于原来二等水准网所提供的相应精度的高程     

我国大陆沿海的海面地形

利用Engelis按SEASAT卫星测高资料得到的海面地形模型和Levitus按位水准得到的海面地形模型计算了我国沿海几个验潮站与青岛验潮站之间的海面地形,并与几何水准联测得到的这几个验潮站的平均海面的高差进行了比较。用这三种方法求得的我国大陆沿海海水面倾斜的趋势大体上是一致的。此外,在全球统一系统内计算大地水准面差距时,若在计算点附近(Ψ_0=10°)应用我国区域性重力异常,由于大地水准面差距零阶项N_0和海面地形的影响,可使N的误差达到0.4米,这对确定米级精度的大地水准面差距是有影响的。     

1985国家高程基准相对于大地水准面的垂直偏差

局部高程基准通常由一个 (或多个 )验潮站所测的当地平均海面确定。由于海面地形的客观存在 ,人们已经认识到当地平均海面与大地水准面的差异可能达 2m之多。为了获得这一垂直偏差 ,很有必要确定当地平均海面和全球大地水准面上的重力位值。提出了利用全球重力场模型和GPS/水准资料计算局部高程基准相对全球大地水准面垂直偏差的 2种不同方法。我国目前采用的 1 985国家高程基准 ,由青岛验潮站所处黄海平均海面 1 95 2～ 1 979年的验潮记录计算得到。利用全球重力场模型和分布全国大陆范围的GPS/水准数据 ,计算了 1 985高程基准与大地水准面的垂直偏差。结果表明 1 985国家高程基准点的重力位值为( 62 63685 3.40± 0 .1 3)m2 s- 2 ,这比重力位W0 =( 62 63685 6.0± 0 .5 )m2 s- 2 隐含的大地水准面高 ( 0 .2 6± 0 .0 5 )m。     

基于GNSS水准和重力场误差特性的大地水准面精度评估方法

缺乏有效的大地水准面成果精度评估方法,是高程基准现代化及其成果应用面临的关键问题。本文基于GNSS水准高程异常与重力场频域误差特性,研究GNSS水准与重力地面高程异常融合的技术要求,进而提出一种大地水准面成果的误差表达与精度评估方法。经示例测试分析,得出主要结论如下:①实用地面高程异常(即融合后的似大地水准面)精度,应采用随距离非线性变化的高程异常差误差曲线表达;②似大地水准面的精度评估,推荐采用两项误差指标和两条误差曲线共4个要素完整表达,即重力地面高程异常差误差、实用地面高程异常内部误差、实用地面高程异常差误差曲线与GNSS水准高程异常差误差曲线;③当两个GNSS水准点间距离接近或小于所有GNSS水准点平均间距时,GNSS水准高程异常对实用地面高程异常的贡献起主要作用;④较大空间尺度的实用地面高程异常精度主要依靠重力地面高程异常控制。     

全球高程系统的统一问题

讨论了建立全球统一高程系统的若干基本问题,包括正常高的几何定义和重力定义,区域水准测量高程系统的全球统一问题以及大地水准面位W_0的确定。结果表明:(1)几何水准高程和重力定义的正常高存在差别,由GNSS/重力得到的正常高并不等于几何水准给出的正常高,而要加上一与高程有关的改正项,并且在山区这一改正不可忽略;(2)由GNSS/重力/区域几何水准融合可以给出一个相对的全球统一高程系统,而要得到绝对的统一系统,还须知道大地水准面的位W_0;(3)现代大地测量技术可以以一定精度求出W_0,但它是时变的,因此只能定义出某个历元的全球绝对统一高程系统。     

对中国高程控制网现代化工作的思考

随着空间和信息技术的快速发展,我国测绘基准中的国家高程控制网现代化也迫在眉睫。它应包括两个部分,一是国家高精度水准网,即mm级一等水准网的更新;二是具有cm级精度的(似)大地水准面的确定。建议切实执行《中华人民共和国测绘法》中"基础测绘成果应当定期更新,国民经济、国防建设和社会发展急需的基础测绘成果应当及时更新"的规定,尽快组织施测国家三期一等水准网,以保证国家高程控制网mm级高精度的可靠性和现势性。另一方面,应结合GPS水准和重力测量精化我国大陆的(似)大地水准面至cm量级,以利用GPS (似)大地水准面的技术求解相当于二、三等水准测量精度的正常高,这不仅可以改变传统高程测量的作业模式,节约人财物和时间,而且获得的点位高程的精度比较一致。在海岛、山区等困难或无法传递水准测量高程的地区,采用这一技术可以快捷地测得高程,其成果与国家高程基准、高程系统是统一的和协调的。     

区域性高程基准的统一

全球或区域性高程基准面的统一始终是大地测量学研究的主要内容之一 ,对于构建“数字区域”和“数字地球”及研究全球或区域性环境变化具有重要的科学意义和现实意义。本文利用全球重力场模型EGM 96和WDM94及GPS水准数据 ,确定了香港主要高程基准面与我国 195 6黄海高程基准面的重力位差。计算结果表明 ,这两个基准面的重力位差为 (8 36 6± 0 76 5 )m2 s-2 ,表明香港主要高程基准面平均低于我国 195 6黄海高程基准面 (0 85 5± 0 0 78)m2 s-2 。本文的计算结果有助于本地区高程基准面的统一     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。