談水準測量基準面

郭子強

(山西路橋集團有限公司，山西太原 030006)

在建筑、航空、公路、水利等基礎建設中，測量占有重要的地位，在建筑測量中首先就是確定建筑控制點的點位及高程，建筑物測量其實就是確定地面點的三維坐標，在普通的房屋建筑測量中，由于范圍相對較小，所以包括平面坐標及高程測量可以采用區域內相對坐標的方式測量和放樣，對于大型水利工程及高速公路等，從測量的第一步確定基準點的三維坐標就必須以大地測量的方式為基礎，再加上現在的GPS及空間科學的發展，又有了空間測量和航空測量等技術的出現和發展。平面控制測量的技術和精度越來越高，本文就水準測量的基準進行探討。

在測量中首先必須定位測量點的平面坐標和水準高程，而水準高程的起算面在哪里，水準高程又是如何傳遞和引點的，這時就有一個原始的水準面的概念，那么這個水準面又是什么，本文就以大家所熟知的高程測量體系逐漸剖析水準高程測量的基礎。

在我國現行的測量規范和測量中，一共有兩套系統，一種是采用1956年青島驗潮站黃海平均海平面作為我國統一的高程基準面，在1988年的時候又采用了1985國家高程基準。我們知道大地測量所研究的水準面是在整體上非常接近于地球自然表面的水準面，在地球表面由于海洋表面占到地表面積的71%，所以假設的水準面與海洋平面相重合，這個虛擬的水準面不受潮汐、風浪及天氣、大氣氣壓等各種環境因素的影響，并且延伸到大陸下面各個與鉛垂線垂直的水準面，這個水準面就是大地水準面，它是一個假想的無褶皺，無棱角的連續封閉曲面，這個假設的水準面是理想狀態下的水準面，無法通過普通的測量手段得到，那么我們實際測量所應用的是正常重力位的重力等位面。

地球上的任何質點，都受到地球引力和由于地球自轉所產生的離心力的共同作用，當然它還要受到宇宙中其他天體如月球、太陽或其他天體等的引力，但這些引力可以說是微乎其微的，地球上任意質點的重力其實就是地球引力與離心力的合力，當給出力學引力常數值，我們就可以得到一個簇曲面，這些不同的常數值得到的簇曲面稱為重力等位面，也就是所謂的水準面，可以說水準面是無窮多個的，其中我們將完全靜止的海平面所形成的重力等位面稱作大地水準面。

第一步是收集測區內的一二三等水準及重力資料。周邊地區的加密重力測量資料及測區范圍內的 30″″×30″″DEM 與 2.5’×2.5’格網平均高程資料，作為似大地水準面精化的已知數據。

第二步是基準的選取，包括空間基準、高程基準、重力基準。

第三步是進行GPS點/水準點/重力點聯測布網，在區域內布設的所有GPS基準點、水準線路等，必須進行統一的平差數據處理，做到基準一致、精度均勻可靠。GPS點布設盡量重合已有的國家控制點和地方控制點，有利于求取國家坐標系與地方坐標系間轉換關系在重力資料不足的地方，按照平均1 km2布設一個重力點原則實施。

第四步是進行外業數據采集:對已布設的水準點和重力點進行外業測量，經平差后上交內業。

第五步是大地水準面的計算，地面重力觀測值的歸算內插形成格網地形均衡異常。

第六步是利用DTM恢復格網平均空間重力異常。

第七步是移去位模型重力異常生成殘差空間異常和殘差法異常。

第八步是計算格網殘差重力大地水準面高與殘差高程異常。

第九步是由位模型值恢復重力大地水準面高和高程異常，重力似大地水準面與GPS水準似大地水準面的符合。

最后進行似大地水準面精化的檢核，利用GPS/水準點成果同最終確定的似大地水準面的殘差值作檢驗。分別使用WDM94模型、EGM96模型，計算殘差的最大值、平均差值、中誤差。

大地水準面是大地測量基準之一，確定大地水準面是國家基礎測繪中的一項重要工程。大地水準面將我們平常的幾何大地測量與物理大地測量科學地結合起來，使人們在確定空間幾何位置的同時，還能獲得海拔高度和地球引力場關系等重要信息。大地水準面的形狀反映了地球內部物質結構、密度和分布等信息，對海洋學、地震學、地球物理學、地質勘探、石油勘探等相關地球科學領域研究和應用具有重要作用，大地測量作為基礎科學需要廣大測量人員研究和不斷探索。

［1］楊正堯.測量學［M］.北京:化學工業出版社，2010.

［2］孔祥元，郭際明，劉宗泉，等.大地測量學基礎［M］.武漢:武漢大學出版社，2011.