[科普中国]-高程控制测量

高程控制测量是建立垂直方向控制网的控制测量工作。它的任务是在测区范围内以统一的高程基准，精确测定所设一系列地面控制点的高程，为地形测图和工程测量提供高程控制依据1。

简介全国或某区域内求得统一高程的控制测量工作。它主要由水准路线组成的水准网（即高程控制网）来体现。中国的国家高程控制测量分为一、二、三、四等水准测量。一等水准是国家高程控制网的骨干，是研究地壳垂直运动及有关科学问题的依据。二等水准附合于一等水准环上，是国家高程控制的全面基础。三、四等水准测量为直接求得平面控制点的高程供地形测图和各种工程建设的高程需要。平面控制点的高程也可用三角高程法测定。水电工程的高程控制测量，为了控制整个流域或河流（河段）的开发治理，一般采用沿河布设水准路线或组成环网等，并与国家水准点联测。特殊地区则可设临时的近似高程或假定高程，埋设坚固的标石以待日后联测。高程控制的测量方法有水准测量、三角高程测量、气压高程测量和GPS高程测量等2。

高程控制测量注意事项①困难地区可以布设三角高程路线代替表中的五等水准路线；②解析高程包括由解析边构成的三角高程测量和独立交会点高程测量以及经纬仪高程测量；③图解高程包括由图解边构成的三角高程测量和独立交会点高程测量以及平板仪复觇导线高程测量与双转点高程导线测量（仅适于航测综合法测图时测定测站点高程）；④在保证上表规定的高程精度的前提下，可以减少布设层次，适当放长路线长度；⑤1：2000测图需采用2米基本等高距时，加密高程控制仍不得采用图解高程3。

高程控制测量方法（1）测区的高程系统，宜采用国家高程基准。在已有高程控制网的地区进行测量时，可沿用原高程系统。当小测区联有困难时，亦可采用假定高程系统。

（2）高程测量的方法有水准测量法、电磁波测距三角高程测量法等。常用水准测量法。

水准测量法各等级的水准点，应埋设水准标石。水准点应选在土质坚硬、便于长期保持和使用方便的地点。墙水准点应选设于稳定的建筑物上，点位应便于寻找，应符合规定。

水准测量应选择连接洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一洞口埋设的水准点应不少于两个，且以安置一次水准仪即可联测为宜。两端洞口之间的距离大于1km时，应在中间增设临时水准点。

一个测区及其周围至少应有3个水准点。水准点之间的距离，应符合规定。

水准观测应在标石埋设稳定后进行。两次观测高差较大超限时应重测。当重测结果与原测结果分别比较，其较差均不超过时限值时，应取三次结果数的平均值数。

设备安装过程中，测量时应注意：最好使用一个水准点作为高程起算点。当厂房较大时，可以增设水准点，但其观测精度应提高。

水准测量所使用的仪器，水准仪视准轴与水准管轴的夹角，应符合规定。水准尺上的米间隔平均长与名义长之差应符合规定。

水准测量是高程测量中的基本方法，利用水准仪和水准尺测定地面两点之间的高差，又称几何水准或直接水准。根据不同的精度要求与作业方法，分为：①精密水准测量。指一、二等水准测量。施测时除应用精密水准仪和因瓦水准尺之外，操作规定中严密考虑了系统误差与偶然误差的消除和防止积累。如应用带有测微器的水准仪提高读数精度；采用因瓦水准尺减少气温变化影响；规定前后视距基本相等，以消除水准轴与视准轴不平行而产生的误差，限制视距长度与视线离地面的高度等，以减少大气折光影响；采用往返观测并以奇数站按后、前尺（基础分划）和前、后尺（辅助分划），偶数站按前、后尺（基本分划）和后、前尺（辅助分划）的观测顺序，以消除仪器与尺桩沉陷影响。按中国《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）规定，一等水准测量每公里偶然中误差不得超过士0.45mm；每公里全中误差不得超过±1.0mm。二等水准测量每公里偶然中误差不超过±1.0mm，每公里全中误差不超过±2.0mm。精密水准测得的高差应加入正常重力位水准面不平行和重力异常改正，归化为正常高。②普通水准测量。一般指三、四等水准测量，用于加密精密水准网，或建立独立测图的高程控制和工程测量的高程控制，以及联测大地控制点的高程。一般采用普通水准仪和区格式双（黑红）面水准尺中丝读数法。三等水准以“后前前后”，四等水准以“后后前前”顺序观测，视距长度可视仪器精度不同适当放宽。③特殊水准测量。在水准路线遇到不可避免的障碍，如江河、湖塘、宽沟、山谷等视距长度超过规范要求，不能应用一般方法观测，则可采用水准仪过河水准测量或倾斜螺旋法测量；也可采用经纬仪倾角法或光学测微法。在寒冷地区，条件适合，也可采用冰上过河法等。四等水准测量时可在平缓河流、静水湖泊、池塘等没有明显横比降地段用水面传递高程2。

三角高程测量三角高程测量通过观测两点间的水平距离和天顶距(垂直角)求出两点间的高差的方法，又称间接高程法。可与平面控制测量同时进行。多数应用于地形起伏较大地区平面控制点的高程联测。三角高程测量受大气折光影响较大，宜采用对向观测消除其影响，当单向观测时必须作折光系数K的改正。三角高程可采用单一路线、闭合环、结点网等形式布设，路线一般选择边长较短和高差较少的边组成，起讫于水准高程点上。在工程测量中还可代替五等水准2。

气压高程测量气压高程测量应用气压计进行高程测量的一种方法。大气压力以毫米水银柱（mmHg）高度表示，随高度而变化，每升高11 m，压力减少1 mm。由于大气压受气象变化影响很大，只用于低精度的高程测量或踏勘时的草测。其优点是使用方便。中国国家法定压力单位采用帕（Pa），它和毫米水银柱（mmHg）间的换算关系为。

GPS高程测量GPS相对定位可以确定三维基线向量，利用其大地高差，结合水准联测资料可以确定计算点的高程异常，从而求得其正常高。这种区域性的GPS水准高程方法的精度，取决于GPS测定大地高的精度、几何水准联测的精度、坐标变换精度和拟合计算精度。一般认为在有严密技术设计的条件下可以达到四等几何水准测量的精度要求2。

高程系统高程是指由高程基准面起算的高度，按选用的基准面不同而有不同的高程系统。在工程勘察测量中，主要使用的高程系统有国家高程基准和假设高程系统。

国家高程基准人们把处于自由静止状态下的海洋、湖泊等的水面叫做水准面，水准面有无数个，其中与平均海水面相吻合并延伸到大陆内部的水准面，称为大地水准面。用它作为高程基准面（高程的起算面）计算的高程称为绝对高程或海拔高程，简称标高或海拔。如图1，A、B为地面两点，P0P0为大地水准面（高程基准面），测A、B两点高出P0P0的垂直距离HA、HB即分别为A、B点的绝对高程。A、B两点高程之差称为高差h。

中国国家高程基准起算的高程基准面为黄海的平均海水面，它的建立经历了两个阶段：在开始建立基准面时，是用青岛验潮站1950～1956年7年的潮汐观测资料推算的，并在青岛市观象山上建立全国性的高程起算点，即国家水准原点。1957年确定此水准原点对于黄海平均海水面的高程为72.289m。由此基准面起算的高程系统称为“1956年黄海高程系统”。由于当时条件的限制，1956年黄海平均海水面尚存在不足，于1986年重新确定高程基准面，定名为“1985国家高程基准”，由此基准算得的国家水准原点的新高程值为72.260m。新确定的高程基准面采用中数法计算1952～1979年平均海水的平均值，比1956年黄海平均海水面稳定、精确。1987年5月，中国国务院批准启用“1985国家高程基准”和国家水准原点的新高程值。

假设高程系统由假设高程系统确定的高程称为假设高程，又称相对高程。某些偏僻地区，一时还不能与国家高程控制点连测，或为专用高程控制网的特殊需要，可选定一个适当的水准面作为基准面，在此地区内任何一点到此基准面的垂直距离称为该点的假设高程。如图1中的P1P1为选定的水准面，HA、HB即为A、B点的假设高程。

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何星 - 副教授 - 上海交通大学