高程系統

高程系統

高程系統(height system)是指相對于不同性質的起算面(如:大地水準面、似大地水準面橢球面等)所定義的高程體系。

採用不同的基準面表示地面點的高低所產生的幾種不同的高程表示法,或者對水準測量資料採取不同的處理方法所產生的幾種高程表示法。有正高、正常高、力高和大地高程等系統。高程基準面基本上有兩種:一是大地水準面,它是正高和力高的基準面;二是橢球面,它是大地高程的基準面。此外,為了克服正高不能精確計算的困難還採用正常高,以似大地水準面為基準面,它非常接近大地水準面。

  • 中文名稱
    高程系統
  • 外文名稱
    height system
  • 含義
    不同起算面所定義的高程體系
  • 分類
    正高系統,大地高程系統

定義

採用不同的基準面表示地面點的高低所產生的幾種不同的高程表示法,或者對水準測量資料採取不同的處理方法所產生的幾種高程表示法。有正高、正常高、力高和大地高程等系統。高程基準面基本上有兩種:一是大地水準面,它是正高和力高的基準面;二是橢球面,它是大地高程的基準面。此外,為了克服正高不能精確計算的困難還採用正常高,以似大地水準面為基準面,它非常接近大地水準面。

分類

正高系統

正高系統以大地水準面為高程基準面,地面上任一點的正高是指該點沿垂線方向至大地水準面的距離。要推算這種平均重力值,必須知道地面和大地水準面之間岩層的密度分布,這是不能用簡單方法來推求的。所以過去都是採用近似的資料,隻能求得正高的近似值。

正常高系統

1945年前蘇聯的M.C.莫洛堅斯基提出了"正常高"的概念,即將正高系統中的分母gm改用平均正常重力值γm來代替,γm是可以精確計算的,因此正常高也可以精確地計算出來。由各地面點沿正常重力線向下截取各點的正常高,所得到的點構成的曲面,稱為似大地水準面,它是正常高的基準面。似大地水準面很接近于大地水準面,在海洋上兩者是重合的,在平原地區兩者相差不過幾釐米,在高山地區兩者最多相差2米。

似大地水準面不是等位面,沒有明確的物理意義。它是由各地面點按公式計算的正常高來定義的,這是正常高系統的缺陷,其優點是可以精確計算,不必引入人為的假定。中國《大地測量法式》規定採用正常高系統。

大地高程系統

地面點在三維大地坐標系中的幾何位置,是以大地經度、大地緯度和大地高程表示的。大地高程以橢球面為基準面,是由地面點沿其法線到橢球面的距離。大地高程可直接由衛星大地測量方法測定,也可由幾何和物理大地測量相結合來測定。採用前一種方法時,直接由衛星定位技術測定地面點在一全球地心坐標系中的大地高程;採用後一種方法時,大地高程分為兩段來測定,其中由地面點至大地水準面或似大地水準面的一段由水準測量結果加上重力改正而得,由大地水準面或似大地水準面至橢球面的一段由物理大地測量方法求得。當以大地水準面為過渡面時,則:H =Hg+N,式中N為大地水準面至橢球面的差距,稱為大地水準面起伏。如以似大地水準面為過渡面,則: H =H r+ζ,式中ζ為似大地水準面至橢球面的距離,稱為高程異常。由于正高Hg是由地面點沿垂線至大地水準面的距離, 而正常高H r是由地面點沿正常重力線至似大地水準面的距離,所以由上述兩種方法計算得出的大地高程有差異,差數約為十分之幾毫米。

力高系統

由于同一水準面上的各點在正高或正常高系統中的高程值不同,因而對于大規模的水利工程來說,使用很不方便。為了使同一水準面上各點有相同的高程值,可以採用力高系統。地面點的力高定義為通過該點的水準面上緯度嗘0處的正高,即一個水準面上各點的力高都等于該面上緯度τ0處的正高。力高一般不作為國家的高程系統,隻用于解決局部地區有關水利建設的問題。

地球位數

地面點的高低也可以用地球位數表示。它定義為大地水準面的位W0與通過地面點的水準面的位W之差。地球位數也是以大地水準面為基準面,但它不是以米製表示的高程,而是位差。同一水準面上所有各點的地球位數相同。地球位數之差,可由每一水準測量線段觀測的高差乘以該線段適當的平均重力觀測值而得。若重力值以千伽為單位,觀測高差以米為單位,因為地面重力值近似等于0.98千伽,于是,以地球位數表示的兩地面點間的位差比以米表示的高差約小2%。用地球位數表示的水準測量結果,換算為正高、正常高或力高系統時都比較方便,這是地球位數的優點。所以有些國家同時採用地球位數、正高和力高計算一、二等水準網歐洲統一水準測量系統甚至採用位于阿姆斯特丹的一個水準點的地球位數作為高程起算基準。

以上4種高程系統和地球位數都需要知道水準點上的重力值,因此,沿精密水準測量路線要以適當方式實施重力測量,供處理水準測量資料之用。

高程系統的換算

我國歷史上形成了多個高程系統,不同部門不同時期往往都有所區別。可以查到的資料相當匱乏。先收集整理如下。

(1) 波羅的海高程 波羅的海高程十0.374米=1956年黃海高程 中國新疆境內尚有部分水文站一直還在使用"波羅的海高程"。

(2) 黃海高程 系以青島驗潮站1950-1956年驗潮資料算得的平均海面為零的高程系統。原點設在青島市觀象山。該原點以"1956年黃海高程系"計算的高程為72.289米。

(3) 1985國家高程基準 由于計算這個基面所依據的青島驗潮站的資料系列(1950年~1956年)較短等原因,中國測繪主管部門決定重新計算黃海平均海面,以青島驗潮站1952年~1979年的潮汐觀測資料為計算依據,並用精密水準測量監測位于青島的中華人民共和國水準原點,得出1985年國家高程基準高程和1956年黃海高程的關系為: 1985年國家高程基準高程=1956年黃海高程-0.029m。 1985年國家高程基準已于1987年5月開始啓用,1956年黃海高程系同時廢止。

(4) 廣州高程及珠江高程 廣州高程 = 1985國家高程系 + 4.26(米) 廣州高程 = 黃海高程系 + 4.41(米) 廣州高程 = 珠江高程基準 + 5.00(米)

(5)大連零點 入侵中國東北期間,在大連港碼頭倉庫區內設立驗潮站,並以多年驗潮資料求得的平均海面為零起算,稱為"大連零點"。該高程系的基點設在遼寧省大連市的大連港原一號碼頭東轉角處,該基點在大連零點高程系中的高程為3.765米。原點設在吉林省長春市的人民廣場內,已被毀壞。該系統于1959年以前在中國東北地區曾廣泛使用。1959年中國東北地區精密水準網在山海關與中國東南部水準網連線平差後,改用1956年黃海高程系統。大連基點高程在1956年黃海高程系的高程為3.790米。

(6) 廢黃河零點 江淮水利測量局,以民國元年11月11日下午5時廢黃河口的潮水位為零,作為起算高程,稱"廢黃河口零點"。後該局又用多年潮位觀測的平均潮水位確定新零點,其大多數高程測量均以新零點起算。"廢黃河口零點"高程系的原點,已湮沒無存,原點處新舊零點的高差和換用時間尚無資料查考。在"廢黃河口零點"系統內,存在"江淮水利局惠濟閘留點"和"蔣壩船塢西江淮水利局水準標"兩個並列引據水準點。 (8)坎門零點 民國期間,軍令部陸地測量局根據浙江玉環縣坎門驗潮站多年驗潮資料,以該站高潮位的平均值為零起算,稱"坎門零點"。在坎門驗潮站設有基點252號,其高程為6.959米。該高程系曾接測到浙江杭州市、蘇南、皖北等地,在軍事測繪方面套用較廣。 原黃河流域採用的高程系統 黃河流域高程系統較為紊亂,目前使用的高程系統有9種之多(大沽、黃海、假定、凍結、1985國家高程基準、引據點III、導渭、坎門中潮值、大連葫蘆島)。目前已經全部統一為1985國家高程基準。

(7)吳凇(口)高程系統 該高程系統比較混亂,不同地區採用數值不一,如採用,需要仔細核對。 寧波:"1985國家高程基準"註記點="吳淞高程系統"註記點-1.87 嘉興:"1985國家高程基準"註記點="吳淞高程系統"註記點-1.828。

換算關系

我國歷史上形成了多個高程系統,不同部門不同時期往往都有所區別。可以查到的資料相當匱乏。先收集整理如下。

(1) 波羅的海高程  波羅的海高程十0.374米=1956年黃海高程  中國新疆境內尚有部分水文站一直還在使用“波羅的海高程”。

(2) 黃海高程  系以青島驗潮站1950—1956年驗潮資料算得的平均海面為零的高程系統。原點設在青島市觀象山。該原點以“1956年黃海高程系”計算的高程為72.289米。

(3) 1985國家高程基準  由于計算這個基面所依據的青島驗潮站的資料系列(1950年~1956年)較短等原因,中國測繪主管部門決定重新計算黃海平均海面,以青島驗潮站1952年~1979年的潮汐觀測資料為計算依據,並用精密水準測量監測位于青島的中華人民共和國水準原點,得出1985年國家高程基準高程和1956年黃海高程的關系為:  1985年國家高程基準高程=1956年黃海高程-0.029m。  1985年國家高程基準已于1987年5月開始啓用,1956年黃海高程系同時廢止。

(4) 廣州高程及珠江高程  廣州高程 = 1985國家高程系 + 4.26(米)  廣州高程 = 黃海高程系 + 4.41(米)  廣州高程 = 珠江高程基準 + 5.00(米)

(5)大連零點  入侵中國東北期間,在大連港碼頭倉庫區內設立驗潮站,並以多年驗潮資料求得的平均海面為零起算,稱為“大連零點”。該高程系的基點設在遼寧省大連市的大連港原一號碼頭東轉角處,該基點在大連零點高程系中的高程為3.765米。原點設在吉林省長春市的人民廣場內,已被毀壞。該系統于1959年以前在中國東北地區曾廣泛使用。1959年中國東北地區精密水準網在山海關與中國東南部水準網連線平差後,改用1956年黃海高程系統。大連基點高程在1956年黃海高程系的高程為3.790米。

(6) 廢黃河零點  江淮水利測量局,以民國元年11月11日下午5時廢黃河口的潮水位為零,作為起算高程,稱“廢黃河口零點”。後該局又用多年潮位觀測的平均潮水位確定新零點,其大多數高程測量均以新零點起算。“廢黃河口零點”高程系的原點,已湮沒無存,原點處新舊零點的高差和換用時間尚無資料查考。在“廢黃河口零點”系統內,存在“江淮水利局惠濟閘留點”和“蔣壩船塢西江淮水利局水準標”兩個並列引據水準點。  (8)坎門零點  民國期間,軍令部陸地測量局根據浙江玉環縣坎門驗潮站多年驗潮資料,以該站高潮位的平均值為零起算,稱“坎門零點”。在坎門驗潮站設有基點252號,其高程為6.959米。該高程系曾接測到浙江杭州市、蘇南、皖北等地,在軍事測繪方面套用較廣。  原黃河流域採用的高程系統  黃河流域高程系統較為紊亂,目前使用的高程系統有9種之多(大沽、黃海、假定、凍結、1985國家高程基準、引據點III、導渭、坎門中潮值、大連葫蘆島)。目前已經全部統一為1985國家高程基準。

(7)吳凇(口)高程系統  該高程系統比較混亂,不同地區採用數值不一,如採用,需要仔細核對。  寧波:“1985國家高程基準”註記點=“吳淞高程系統”註記點-1.87  嘉興:“1985國家高程基準”註記點=“吳淞高程系統”註記點-1.828。

相關詞條

其它詞條