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来源：《工程技术:全文版》2016年43期 作者：山东省城乡建设勘察设计研究院王勇
摘要：本文比较详细地阐述了确定地面点的高程所常用的高程系统，大地高系统、正高系统、正常高系统，以及平均海水面和水准原点的概念。对我国验潮站、水准原点的历史、水准原点网的建立时间、组成情况、几种常用高程系的发展沿用作了详尽说明，阐述了我们国家所选用高程系统的理由及全国统一高程基准面的由来和大地高的三种测定方法。并根据实践资料就某市各高程系之间的关系给出了一些参考值。
关键词：高程系统;正常高系统;水准原点 1、 高程的基准面和地面点高程的确定
建立统一的国家高程控制网，首先要选择高程系统和建立水准原点。选择高程系统，就是确定表示地面点高程的统一基准面。不同的高程基准面有不同的高程系统，在大地测量中，常遇到的高程系统有：大地高系统、正高系统和正常高系统。建立水准原点，就是确定国家高程控制网中，用来传算高程的统一起始点。
1.1 大地高系统 以参考椭球面作为基准面来表示地面点高程，这个高程系统称为大地高系统。这个系统的高程，是地面点沿着法线方向到参考椭球面的距离，称为大地高。大地高只有几何意义没有物理意义。这个系统的高差是两地面点大地高之差，称为大地高高差。
1.2 正高系统 以大地水准面为基准面来表示地面点高程，这个高程系统称为正高系统。这个系统的高程，是地面点沿着铅垂线方向到大地水准面的距离，称为正高。这个系统的高差，是两地面点正高之差，称为正高差。采用正高系统，它的正高虽然有物理意义，但不能精确求得。
1.3 平均海水面和水准原点 1.3.1 平均海水面 大家知道，海洋不会静止下来，大地水准面实际上无法找到，因此，它通过验潮所确定的平均海水面来代替。验潮的方法，是在海洋近岸的一点上设立验潮站，利用水位标尺长期观测海水水位的升降，根据这些观测记录，求出海水面在该点上升降的平均位置，然后假想大地水准面就是通过该平均位置的静止海洋面，即平均海水面。上述的平均位置称为水准零点(高程为零)，它是统一的国家高程控制网的高程基准点。
我国海岸线很长，有青岛、吴淞口、坎门等多个验潮站，由于各种因素的影响，各验潮站求得的平均海水面并不相同，它们不在同一面上，因此，只能取其中一个验潮站求得的平均海水面作为国家的高程基准。我国在解放初期，考虑到青岛验潮站地理位置较适宜，设备较完善，历年验潮记录资料较完整，便确定统一以1956年由青岛验潮站求出的黄海平均海水面(即水准零点)，作为高程的基准。
1.3.2 水准原点 为了更明显和稳固地表示高程基准点的具体位置，同时便于全国统一传算高程，应建立水准原点。
1955年，我国在青岛附近建立的水准原点网，由一个水准原点和五个附点组成。水准原点用玛瑙标志标出，花岗岩柱石牢固地埋设在地质情况良好的基岩上。水准原点网用精密水准测量与青岛验潮站的水位标尺联测，并于1956年求得水准原点高出黄海平均海水面(即水准零点)的正常高为72.289米。这个水准原点定名为青岛水准原点，它就作为我国传算高程的统一起始点。显然.用这个原点传算高程和由青岛验潮站的水准零点传算高程是一致的。水准原点网中附点的作用，是检查水准原点的高程变化，即每隔若千年复测一次水准原点网中各点的高差，来研究水准原点的高程有无变动。
以上所述是以青岛验潮站1950-1956年间7年观测资料所定的平均海水面作为基准面.这个统一的高程基准面称为“1956年黄海平均海水面”，并在我国《大地测量法式》(1959年国务院批准试行)中规定正式启用。这一高程系统称为“1956年黄海高程系”，几十年来在经济建设、国防和科学研究等各方面起了重要作用。
由于当时的条件限制，这个基准面定得还不够完善。主要是7年的观测资料太少，误差较大。因此，1987年国家测会局公布启用“1985国家高程基准”。“1985国家高程基准”是采用青岛验潮站1952-1979年间验潮资料计算确定的，依此推算得青岛国家水准原点高程值为高出黄海平均海水面72.2604米。新布测的国家一等水准网点是以“1985家高程基准”起算，目前进行各等级水准测量，尽可能与新布测的国家一等水准网点联测，使用国家一等水准测量作为传算高程的起算值，如不便于联测，可在“1956年黄海高程系”的高程值上加一固定改正值，从而得到以“1985国家高程基准”为准的高程值。
1.4 正常高系统 1.4.1 水准面的不平行性 由物理学知道，在物体与地球所组成的重力系统中，物体因重力而具有的能量，称为重力位能。水准面是一个重力等位面，即同一水准面上所有点的重力位能都相等。质点的重力是地球巨大质量的吸引力和地球自转而产生的离心力的合力，而后者约为前者的1/298.因此，质点重力的大小，主要决定于地心引力。根据万有引力定律，质点地心引力的大小，与质点到地心的距离平方成反比，由于地球形状接近于两极略扁的旋转椭球，因而在不同纬度上的质点，其地心引力是不相同的。很明且，重力变化的趋势是在赤道上最小，向两极逐渐增大，在两极上最大。由此可见，水准面彼此并不平行，而且有从赤道向两极渐收敛的趋势。
1.4.2 水准面不平行对观测高差的影响 几何水推测量原理是建立在水准面相互平行的基础上，既然水准面彼此不平行，势必对观测高差和高程带来影响，这种影响虽然对短的水难路线还比较微小。但在长的水准路线上则比较显著。
大家知道，国家高程控制网的特点是水准测量的区域大.路线长，精度要求高，它不允许观测高差结果存在多值性的矛盾，为此，必须合理选择高程系统，使它能够成为单一而又精确的结果。采用正常高系统，就能很好地解决这一问题，那么什么是正常高呢?
1.4.3 正常高的概念 所谓正常高就是人们用正常重力值求得的高程。正常重力值仅决定于地面点的大地纬度和大地高，在不同的水准路线上，相同两个水准面间各处的重力位能差又相等。因此，不论水准路线如何选择，正常高的数值是唯一的。据研究表明，因为确定正常重力值误差而引起的正常高误差.要小于水准测量的误差，就是说，正常高无须作任何假定，便能按上述的公式精确地求定。由此可见，当采用正常高表示地面点的高程时，它是精确和唯一的，不会存在多值性的矛盾。
正常高的基准面可以这样确定:按地面各点的正常高，沿着正常重力线向下截取一系列的点，把它们联接成一个连续的曲面，这个曲面就是正常高的基准面。这个基准面与大地水准面的差距，研究表明:在山区最多为2米，在平原地区只有几厘米.在海洋为零，两面重合，因而这个基准面也通过水准零点。由于这个水准面很接近大地水准面，所以称为似大地水准面。
1.4.4 正常高系统 以似大地水准面作为基准面来表示地面点高程.这个高程系统称为正常高系统，在这个系统中，它的高程，是地面点沿着正常重力线方向到似大地水准面的距离，称为正常高。另外，似大地水准面与参考椭球面不重合的差距，称为高程异常。
1.4.5 采用正常高系统的原因 首先，正常高无须任何假定便能精确求得.同时，它与正高相差较小，基本上具有物理特征.因而最为实用.
其次，利用正常高系统，可以精确求得大地高，使地面上测定的起始边长度.能够精确地归化到参考椭球面上:大地点有了精确的大地径、纬度和大地高后.可以把它换算成 地心大地直角坐标系的三维坐标，以适应空间大地测量的需要。
大地高的测定，有下列三种方法:
基于以上原因，我国建立国家高程控制网，采用正常高系统。
2 、某市各高程系之间的关系
某市是一座历史文化名城，在城市建设，河流治理等领域曾用过多种高程系，在我们的实际测绘工作中，曾经遇到的有以下几个高程系，它们分别是:大沽高程，1933年小清河系统(青岛)，1954年黄海高程，1956年黄海高程和1985年国家高程基准。根据有关单位提供的资料和我们实际工作过程中的积累、联测、计算、分析，上述各高程系关系如下(仅供参考):假如1954年黄海高程为0.000米，则1985年国家高程基准为0.0289, 1956年黄海高程为0.107米，大沽高程为1.379米，1933年小清河系统为3.399米。 声明：勘测联合网转载本文仅限行业学习交流之用，版权、著作权归原载平台及作者所有。 |
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