[科普中国]-1985国家高程基准

基准由来

我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，叫"1956年黄海高程系统"，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面。但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，叫“1985国家高程基准”，并用精密水准测量位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为：1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。1956黄海高程水准原点的高程是72.289米。1985国家高程系统的水准原点的高程是72.260米。习惯说法是"新的比旧的低0.029m"，黄海平均海平面是"新的比旧的高"。

由于潮汐存在波长为19年的周期变化，所以高程基准应采用19年的观测数据进行计算。其实，1985国家高程基准就是这么计算来的。具体计算方法是：根据1952年～1979年的潮汐观测资料，计算时取9年的资料为一组, 滑动步长为1年，得到10 组以9年 为一个周期的平均海面, 取均值得到的结果作为黄海平均海水面，然后再推算出水准原点的高程。

水准原点1956年9月4日，国务院批准试行《中华人民共和国大地测量法式(草案)》，首次建立国家高程基准，称“1956年黄海高程系”，简称“黄海基面”，系以青岛验潮站1950—1956年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。原点设在青岛市观象山验潮站内一间特殊的房屋，这座小石屋全部由崂山花岗岩砌成，顶部中央及四角各竖一石柱，雕凿精细，玲珑别致，室内墙壁上镶一块刻有“中华人民共和国水准原点”的黑色大理石碑，室中有一约2米深的旱井，水袋玛瑙位于旱井底中。小石屋建筑面积7．8平方米，俄式建筑风格，1954年建成。

国家水准原点对于我国的生产建设、国防建设和科学研究具有重要价值。该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72.289米，以“1985国家高程基准”是72.260米，相差0.029米。

位于山东青岛市大港1号码头西端青岛观象台的验潮站内一间特殊的房屋，室内有一直径1米，深10米的验潮井，有三个直径分别为60厘米的进水管与大海相通。最初使用德国的潮汐自动记录仪，观测始于1900年。抗日战争期间遭到破坏，1947年又恢复验潮工作，建国后重新修理建筑更新设备，现使用的仪器为瓦尔代水位计和美国制造的自动水位计以及中国海洋局技术研究所制造的声学水位计（现用仪器为HCJ1型，又称瓦尔代水位计，美国进口SUTRON9000自动水位计以及国家海洋局技术研究所生产的SCA6-1型声学水位计）。每天观测三次，时间分别为：7h45m~8h00m，13h45m~14h00m，19h45m~20h00m，长年观测，从不间断。

根据验潮站长年获取的潮位资料，经多次严格的测量计算，得到青岛验潮站海平面为2．429米，将它作为我国高程基准，从这里起算，测得位于青岛市观象山中巅的一幢小石屋里旱井底部一块球形标志物——水袋玛瑙的顶端的主赂为72．260米，地理坐标为东经120°19′08〃，北纬36°04′10〃，国家测绘局将它确定为“中华人民共和国水准原点”。这一水准点便是我国的海拔起点。全国的海拔高度都以这一原点为高程起点进行测量，然后加上72．260米，便得到海拔高度。比如全世界最高峰珠穆朗玛峰的海拔高度便是从位于青岛的这一国家水准原点测量计算出来的。

水准零点由于国家水准原点实际高程并非为海拔0米，经国家测绘局批准，由专家精确移植水准原点信息数据，在青岛银海大世界内建起了“中华人民共和国水准零点”。水准零点标志雕塑，高6米，重10余吨，底座像一个铅锤，寓意老一辈测量人工作的辛苦，顶部地球仪上有6个小圆球，寓意世界上6个著名的海拔原点。在零点雕塑的下面是一个观测井，观测井的底部设有一个价值不菲的巨大的红色玛瑙球，这个球体的顶平面就是我们国家海拔0米的地方。

常见换算（以下差值，各地均有不同，需根据当地情况选取）

1985国家高程基准高程=1956年黄海高程－0.029 （米）

1985国家高程基准高程=吴淞高程基准 －1.717 （米）

1985国家高程基准高程=珠江高程基准 +0.557（米）

1985国家高程基准高程=废黄河零点高程－0.19 （米）

1985国家高程基准高程=大沽零点高程 －1.163 （米）

1985国家高程基准高程=渤海高程 +3.048 （米）

确定国家高程基准的必要性我国1957年建立的1956年黄海高程基准，是以青岛验潮站1950--1956年的验潮结果所确定的黄海平均海面作为高程起算面。它是在当时的客观条件下能够选择的最佳方案，对于统一全国高程基准发挥了重大作用。随着科学技术的进步、验潮资料的积累，又显现出明显的不足和缺陷。

(1)青岛验潮站7年的验潮资料，潮汐数据时间较短，不能消除长周期潮汐变化的影响，计算的平均海面不太稳定，代表性欠佳。

(2)潮汐数据记录有个别是错误的，经核查证实其中1950年和1951年测定的年平均海面与其他5年结果相比约偏低20cm，而同期我国其他验潮站并没有出现同类现象。

(3)对我国沿海海面状况尚缺乏深入了解，没有测定各地平均海面与黄海平均海面的差值，不能确定我国沿海海面存在的南高北低的具体量级，也就无法顾及我国海面存在的倾斜问题。

(4)1956年黄海高程基准并没有传递至海南岛，海南岛的高程是采用榆林(安游)验潮站测定的平均海面起算的榆林高程基准。

我国1979年开始按照统一规划和技术标准布设了国家一等水准网，不但全面更新国家高程控制骨干，提高成果的精密和现势性，同时也为建立更加科学和稳定的高程基准奠定了基础。

重新确定高程基准与国家一等水准网布测同时进行，一方面可以充分利用国家水准网布测成果，大大减少了确定高程基准所必须的各验潮站间的长距离水准联测；另一方面国家一等水准网成果的启用必然导致已有水准点高程的改变，也避免了单纯因高程基准变更带来的水准点高程的变换工作。

20世纪70年代末期，我国以青岛验潮站为代表的各验潮站又累积了20余年的验潮数据，它们为求定稳定准确的平均海面和建立我国新的高程基准提供了必要的数据资源。

随着科学技术的进步，我国海洋潮汐、平均海面的理论研究不断深入，实际工作得到了加强，具备了完成这一课题的技术人才和设备条件。1

确定高程基准的主要依据1983年全国一等水准布测协调组扩大会议，就国家一等水准网采用高程基准面问题，提出了如下四方案：

第一方案，继续采用1956年黄海平均海面；

第二方案，采用青岛验潮站的19年或1949年以来全部验潮资料计算的平均海面；

第三方案，采用沿海分布均匀的多个验潮站同步平均海面的平均值；

第四方案，采用与全球大地水准面吻合最好的平均海面。

第一方案由于存在明显的缺陷，不宜采用。第四方案从发展观点看是最理想的，但目前尚不具备条件。从科学性、实用性出发，宜在从第二、第三方案中选定新的国家高程基准面。实质是采用单个或几个验潮站来确定平均海面以及如何将其传递到海南岛的问题。显然采用第三方案比第二方案确定的高程基准面更为接近似大地水准面，也有利于海岸工程建设。但是基于以下的考虑，最后确定采用第二方案。

(1)我国渤海、黄海、东海和南海沿岸各地的主验潮站，虽然数量不少，但缺乏统一规划和管理，主要问题是验潮时间不长，时有中断，资料不完整；验潮工作技术标准不规范，数据精度参差不齐；有的虽有较长的验潮历史，但其处在江河人海口，位置欠佳，难以求得该地海域的真正平均海面，唯有青岛验潮站无论在验潮条件和资料方面均为最佳。

(2)我国大陆海岸线长度约18 000km，南北海域的平均海面有60—70cm的差异，即使采用几个条件较好的验潮站共同确定国家高程基准面，也只能在某些范围、一定程度上改善高程基准面与我国海面的符合程度，无法从根本上进一步解决海图和陆图的拼接问题，海岸工程建设等仍然需要当地的平均海面的测定数据。

(3)当采用几个验潮站共同确定国家高程基准面时，这些验潮站一般需要具有时间同期，精度大体相当的验潮资料，验潮站的数量和位置必须长期保持不变，同时还必须进行期间的定期高精度水准复测，甚至有可能重新设置国家水准原点，这些都不是很容易做到的。

国家测绘主管部门根据以上的综合分析，考虑到有关部门主张国家高程基准不变或少变，使几十年测绘成果成图不改或少改的意见，决定采用青岛验潮站1952--1979年的潮汐观测数据确定的平均海面作为国家高程基准面。同时，为满足各地平均海面能够方便合理地转换到国家高程基准面，测定了各主要验潮站的平均海面相对于国家高程基准面的高度。1

1985国家高程基准面的确定总参谋部测绘局在国家海洋局、海军司令部航海保证部及交通部等部门的支持下，承担了对我国沿海主要验潮站的调查和资料收集与平均海面计算工作，并利用国家一等水准测量成果，进行综合分析，完成了基准面的确定。

验潮数据的净化和统计1．数据的净化

就青岛验潮站1952--1979年验潮数据整体而言，是连续完整、准确可靠的，经查证、审核、分析后，对存在问题进行如下处理：

对于连续中断观测少于24h的潮位记录，均根据潮汐变化规律进行插补，保证潮位每时记录数据齐全。

对于观测记录中系统差，经分析确定其产生的时间、原因和量值后进行订正。如1959年5月9日09时至1962年10月20日08时由于测绳磨断重新系结，测绳变短仍使用原有刻度，造成潮位零位升高，海面观测值变小。这段时间的潮位记录加入18em的修正值。

2．潮汐特征值的分析统计

据1952--1979年的潮汐资料统计，青岛验潮站在一个太阴日有2次高潮和2次低潮，落潮时间较涨潮时间约长1h。潮汐特征如下：

最高高潮的潮高为5．10m

最低低潮的潮高为-0．58m

平均高潮的潮高为3．81m

平均高潮的潮高为1．02m。1

平均海面计算1．各类周期平均海面的计算方法

为确定高程基准提供依据，采用青岛验潮站1952--1979年共28年的验潮数据，分别计算了日、月、年平均海面和以18．61年、19年为周期，滑动步长为一年的lO组平均海面及其平均值。

日平均海面计算采用中数法(MO)、杜德逊法(XO)、鲁斯特法(ZO)、陈宗镛法(NO)和弋登法(G0)五种低通滤波公式。经分析确认五种公式计算的月以上平均海面是等价的。用确定高程基准的18．61年和19年周期的平均海面采用五种公式计算以便于比较，其他的均采用中数法计算。

2．计算结果与分析

1952--1979年期间，各月平均海面平均值、各年平均海面及其均方根差与按五种公式计算的18．61年和19年周期的平均海面以及各类周期平均海面的均方根差计算结果表明：青岛验潮站的平均海面具有明显的月周期、年周期变化，按五种公式计算结果的差异是微小的。

日平均海面，在一个月内大潮时最高，小潮时最低，最高与最低之差约lOOcm。

月平均海面，在一年内7，8，9三个月最高，1，2，12三个月最低。同一年内最高与最低之差最大62cm(1959年)、最小38cm(1957年)。按28年计算的月平均海厩的平均值，最高是8月，最低是1月，差值约46cm。

年平均海面已较为稳定，均方差为±2．28ecm，在28年内最高的是1964年，最低的是1968年，差值约11cm。

18．61年周期和19年周期的平均海面已趋于稳定，均方差分别为±1.8mm和±2．1mm，最大互差分别约为6．6mm和7．Omm。

采用五种公式计算的18．61年周期、19年周期的10组平均海面的平均值十分接近，其最大互差前者为0．14mm，后者为0．21mm。五种方法计算结果的平均值最接近中数法主牌的结果期。

采用同一类公式计算的18．61年周期、19年周期的10组平均海面的平均值，其最大互差为0.62mm。

3．国家高程基准面确定的结果

根据各类平均海面计算结果，从确定国家高程基准面而言，无论是按不同计算公式或按18．61年周期和19年周期所计算的平均值的差异是无需顾及的，可采用其中的任一结果。考虑到季节变化的影响要比月球升交点西退的影响重要，取完整的年周期为宜。同时考虑到我国各验潮站的平均海面计算大都是采用中数法，为了便于分析比较，最后决定采用中数法计算的1952--1979年10组19周期的平均海面的平均值作为新的国家高程基准面。它高出验潮站工作零点2．4289m，比1956年黄海平均海面高3.89cm。1