[科普中国]-国家水准网

简介

国家水准网 national leveling network

在全国领土范围内，由一系列按国家统一规范布设和测定高程的水准点所构成的网。又称国家高程控制网。为国家经济建设、国防建设和科学研究提供地面点高程，也为天文大地网、地形图测制提供高程控制。

国家水准网采用由高级到低级，分几个等级布设，逐级控制、加密。各等级的水准路线构成闭合环线。一、二等水准路线是高程控制网的基础，沿地质构造稳定、坡度平缓的交通路线布设，用精密水准测量施测。一、二等水准路线定期重复测量，用以研究地壳垂直运动。为了计算观测高差的有关改正，沿一、二等水准路线还要实施重力测量。三、四等水准路线加密一、二等水准网，直接为地形图测制提供高程控制。

为了建立全国统一的高程控制网，必须确定一个水准基面，作为网中所有水准点高程的起算基准面，通常采用大地水准面作为水准基面，它是以沿海验潮站长期的海水面升降观测结果取平均值而确定的。严格说来，以不同验潮站所得的平均海面为基准来求同一水准点的高程，其结果各不相同。国家水准网一般采用一个验潮站所确定的平均海面作为水准基面。并在验潮站附近设置永久性水准原点，将水准基面可靠地标定在地面上，由精密水准测量测定这一原点对于验潮站平均海面的高程，作为国家水准网推算高程的基准。1

国家水准网的布设国家水准网中水准点的高程，由几个等级的水准测量来测定,其施测精度逐级降低,由高级控制低级。一、二等水准路线需要定期进行重复测量，以检查水准点的高程变化和研究地壳垂直运动。此外，一、二等水准路线还要实施重力测量，供改正水准测量数据之用。 中国国家水准网(见图)中水准点的高程是由一、二、三、四等水准测量测定的。一等水准测量路线沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国，构成网状，全长约 93000公里；网中共包括100个闭合环，根据地区情况和实际需要,闭合环周长在1000～1500公里之间。在一等水准环内布设的二等水准网，是国家高程控制的全面基础。二等水准路线将一等水准环划分为较小的环，其周长一般在500～750公里之间。三、四等水准测量直接提供地形测量和各项工程建设所必须的高程控制点。先用三等水准测量路线将二等环分为若干个更小的环，再用四等水准测量路线进一步加密。

中国的一、二等水准测量统称为精密水准测量。它们是采用最精密的仪器施测的，并在作业过程中采取周密的措施，以消减各种误差来源的影响（见水准测量）。此外，为了校核测量结果和估计测量精度，精密水准测量必须实施往测和返测，而且规定一、二等水准测量由往返测之差计算的每公里高差平均值的中误差分别不大于0.5毫米和1.0毫米。

水准基面和水准原点为了建立全国统一的高程控制网，必须确定一个水准基面，作为该网中所有水准点高程的起算基准。通常采用大地水准面作为水准基面。它是以沿海验潮站长期的海水面升降观测结果取平均值而确定的。大地水准面是一个等位面，该面上所有各点的地球重力位都相等。平均海面实际上并不是等位面，而是对等位面微有倾斜。严格说来，以不同验潮站所得的平均海面为基准来求定同一水准点的高程，其结果将各不相同。因此，国家水准网一般采用一个验潮站所确定的平均海面作为水准基面。中国测定平均海面的验潮站设在青岛市，采用由该站1950～1956年的验潮资料推算的黄海平均海面作为水准基面，定名为黄海平均海面。由这一基准面起算的高程系统称为1956年黄海高程系统。

为了将水准基面可靠地标定在地面上，必须在验潮站附近设置永久性水准原点，由精密水准测量测定这一原点对于验潮站平均海面的高程。中国的水准原点设在青岛市观象山上（见彩图），它相对黄海平均海面的高程为72.289米。国家各等水准点的高程都依据该点的高程推算。由黄海平均海面起算的高程称绝对高程或海拔高程，在一般测量应用中简称海拔或标高。

海面倾斜定义大地水准面时，假定海洋在完全静止和平衡状态下的表面是一个等位面。实际上由于不同海域的海水温度和含盐量各不相同，所受的大气压力有显著差异，加上其他一些干扰因素的影响，平均海面并不是一个等位面，而是相对于一个接近平均海面的等位面（标准海面）有起伏，即存在海面倾斜。

如果沿海岸设置若干个验潮站，由各站的验潮结果得出当地海域的平均海面，再用精密水准测量连测各站上设置的水准点，即可得出沿大陆边缘附近海域的海面倾斜。

在深海海域，如果测定不同深度的海水现场温度和盐度,并加入气压和其他改正,也可以计算平均海面的倾斜，这种方法称为海洋水准测量。由此可得出平均海面以标准海面为起算面的位数，称为动力高或海面位。以动力高表示的倾斜称海面地形。标准海面是一个同平均海面相差很小的等位面，整个海洋的最大海面起伏不大于2.8米，所以平均海面可以近似地代表大地水准面。

由于海面倾斜，各国根据验潮结果所采用的水准基面具有不同的海面位。为了解决这一矛盾，可以根据海面地形资料，定义一个全球统一的大地水准面。这是海洋大地测量的一项重要任务。2

国家水准网的用途国家水准网在经济建设、国防建设和有关科学研究中，有着多方面的用途。国家大地网中地面点的三维坐标需要用大地经度、大地纬度和大地高程表示。地形测图需要海拔高程，这些高程由具有一定精度和密度的水准网来提供。国家的许多基本建设，如铁路和公路的修建、城市基本建设、河流的治理和农田水利建设等，都必须由国家水准网提供高程数据。在科学研究中，重复水准测量可以用于监测地壳垂直运动以及城市和工矿地区的地面沉降；为地球动态的研究、地震预报的探索和环境控制提供数据；由国家水准网和各验潮站联测的结果，可以研究海面倾斜。