淮河流域高程控制網(wǎng)的建立與改造

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

1 前言

淮河流域高程控制網(wǎng)最初建立于20世紀(jì)50年代初期，由原治淮委員會(huì)精密水準(zhǔn)測(cè)量隊(duì)組織實(shí)施，高程基準(zhǔn)為廢黃河高程系，1956年改算為1956年黃海高程系。1988—1991年由淮委規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院牽頭主持，河南、安徽、江蘇、山東四省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院共同參與實(shí)施，對(duì)淮河流域高程控制網(wǎng)進(jìn)行第一次維護(hù)改造，高程基準(zhǔn)改算為1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。2010—2013年由水利部淮委組織，中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司總負(fù)責(zé)，多家單位共同參與，第二次對(duì)淮河流域高程控制網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)改造，高程基準(zhǔn)依然采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2 淮河流域高程控制網(wǎng)的建立

20世紀(jì)50年代初期為了滿(mǎn)足全面治理淮河的需要，治淮委員會(huì)測(cè)量隊(duì)在淮河流域內(nèi)布設(shè)了19 條水準(zhǔn)干線，累計(jì)長(zhǎng)度6938km，埋設(shè)1900 組水準(zhǔn)標(biāo)石，同時(shí)布了8 條水準(zhǔn)支線，并聯(lián)測(cè)了流域內(nèi)各水文站的水準(zhǔn)基點(diǎn)，其施測(cè)精度相當(dāng)于目前的國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量精度，當(dāng)時(shí)稱(chēng)其為精密水準(zhǔn)測(cè)量。此次埋設(shè)標(biāo)石質(zhì)量?jī)?yōu)良、標(biāo)體大、銅質(zhì)標(biāo)志、壓印編號(hào)，大部分標(biāo)組分別設(shè)有地上明標(biāo)、地上暗標(biāo)和地下標(biāo)三座標(biāo)石，全部現(xiàn)場(chǎng)澆筑，標(biāo)石穩(wěn)固。初算成果以民國(guó)時(shí)期導(dǎo)淮委員會(huì)江淮水利測(cè)量局設(shè)在淮陰馬頭鎮(zhèn)的BM11 為原點(diǎn)，稱(chēng)為“廢黃河零點(diǎn)高程系”。

1956年水利部、國(guó)家測(cè)繪總局聯(lián)合對(duì)東經(jīng)103度以東、北緯41 度以南及北緯22 度以北范圍內(nèi)的水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一平差計(jì)算，淮河流域位于此范圍內(nèi)。為此，將淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)納入國(guó)家東南部水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一平差，并改算為“1956年黃海高程系”。至此，淮河流域啟用了“1956年黃海高程系”，新的工程建設(shè)項(xiàng)目的高程基準(zhǔn)，改用“1956年黃海高程系”。

3 淮河流域高程控制網(wǎng)的第一次改造

自20世紀(jì)70年代起，國(guó)家測(cè)繪局系統(tǒng)地在全國(guó)范圍內(nèi)重新布設(shè)一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)，平差計(jì)算成果采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，并于1986年7月交付鐵路、交通、水利、城建等國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各部門(mén)使用。

淮河流域內(nèi)國(guó)家一、二等水準(zhǔn)路線的布設(shè)，有少數(shù)利用了原治淮委員會(huì)布設(shè)的水準(zhǔn)路線，但大多數(shù)沿鐵路、公路布設(shè)，難以對(duì)骨干河道進(jìn)行有效的高程控制。而20世紀(jì)50年代布設(shè)的水準(zhǔn)標(biāo)石，由于歷年來(lái)開(kāi)展大規(guī)模的農(nóng)田水利基本建設(shè)、城市擴(kuò)建、交通道路的修筑、村鎮(zhèn)建房和管理維護(hù)不善等原因而遭到嚴(yán)重破壞。同時(shí)，由于流域洪水、地震、地下水超采等原因，而使部分標(biāo)石造成沉降，高程失去可靠性。為了保證淮河流域高程控制的精度、現(xiàn)勢(shì)性、可靠性和實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測(cè)量成果的可持續(xù)利用，報(bào)經(jīng)水利部批準(zhǔn)，決定對(duì)淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行第一次全面改造。

淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)改造工作由淮委規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院主持，河南、安徽、江蘇、山東四省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院共同實(shí)施。自1988年全面開(kāi)展工作，1991年結(jié)束。

淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)改造共布設(shè)二等水準(zhǔn)線路7 條543.5km，三等水準(zhǔn)線路207 條9148.4km，三等水準(zhǔn)支線331 條1899.3km。新埋設(shè)、改造利用及聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)標(biāo)石4483 座，聯(lián)測(cè)水閘、大壩、水庫(kù)、水文站等水工建筑基點(diǎn)411 處，將淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)成果全部歸算為1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，并建成淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

此次改造，新埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石普遍采用鋼、木模板現(xiàn)場(chǎng)澆筑。埋石尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，堅(jiān)固穩(wěn)定。鑲嵌于標(biāo)石中心的銅質(zhì)樗上鑄有“治淮委員會(huì)水準(zhǔn)點(diǎn)”字樣。水準(zhǔn)測(cè)量統(tǒng)一使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行野外觀測(cè)，統(tǒng)一使用PC-1500 計(jì)算機(jī)和統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行記錄，且觀測(cè)中的技術(shù)措施嚴(yán)密，因而各個(gè)環(huán)線的整體精度較高。從統(tǒng)計(jì)精度可以看出：每公里往返測(cè)高差中數(shù)的偶然中誤差M△全部在允許限差的1/3 以?xún)?nèi)。全流域共構(gòu)成152個(gè)獨(dú)立的閉合環(huán)，其每公里高差中數(shù)的全中誤差Mw=±3.33mm。

這次水準(zhǔn)網(wǎng)改造是在國(guó)家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上增補(bǔ)二等線，加密三等網(wǎng)。線路規(guī)劃合理，設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高，對(duì)流域內(nèi)的各河系，起到了有效的高程控制作用。1995年淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)改造成果獲淮河水利委員會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

4 淮河流域統(tǒng)一高程系統(tǒng)（淮河流域高程控制網(wǎng)的第二次改造）

前期淮河流域高程控制網(wǎng)的建立及第一次改造，均主要考慮了淮河干流、一級(jí)支流、二級(jí)支流及重點(diǎn)水利工程區(qū)對(duì)高程控制系統(tǒng)精度和密度的要求，而在淮河流域平原洼地區(qū)、中小河流區(qū)及引江濟(jì)淮工程區(qū)等治淮工程建設(shè)的熱點(diǎn)與重點(diǎn)地區(qū)未實(shí)現(xiàn)三等水準(zhǔn)網(wǎng)的全覆蓋。且上次改造的淮河流域高程控制網(wǎng)已運(yùn)行20 余年，很多水準(zhǔn)標(biāo)石已被破壞，同時(shí)部分地區(qū)地面沉降，水準(zhǔn)標(biāo)石的高程已失去可靠性。且1991—1998年國(guó)家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)又進(jìn)行了高程復(fù)測(cè)，淮河流域的高程控制網(wǎng)成果并未與國(guó)家新的一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)成果連測(cè)。

同時(shí)由于水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行管理、加固改造等均需經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，以及歷史資料的積累與延續(xù)，目前在淮河流域水利工程上使用的高程系統(tǒng)并不統(tǒng)一，淮河水系多為“廢黃河零點(diǎn)高程系”；沂沭泗河水系中泗運(yùn)部分多為“廢黃河零點(diǎn)高程系”，沂沭河部分多為“1956年黃海高程系”，南四湖部分地區(qū)還有“華東廢黃河零點(diǎn)高程系”等。

淮河流域高程控制網(wǎng)第一次改造工作于1991年完成，因時(shí)間及經(jīng)費(fèi)限制，當(dāng)時(shí)只對(duì)淮河流域內(nèi)的原有主要舊水準(zhǔn)線路進(jìn)行了聯(lián)測(cè)，致使各高程系統(tǒng)之間的換算關(guān)系在不同區(qū)域精度不同。同時(shí)由于地殼運(yùn)動(dòng)、人類(lèi)活動(dòng)、水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)線路及水準(zhǔn)網(wǎng)平差方案的不同，致使“1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)”與“廢黃河零點(diǎn)高程系”“1956年黃海高程系”三者之間的系統(tǒng)差值，在不同區(qū)域變幅較大。為解決這些問(wèn)題，需在更大范圍內(nèi)對(duì)淮河流域內(nèi)原有水準(zhǔn)線路、水準(zhǔn)點(diǎn)及水工建筑物基點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，從而確定科學(xué)合理的高程系統(tǒng)之間的換算關(guān)系，并統(tǒng)一高程系統(tǒng)。

經(jīng)水利部批復(fù)，2010—2013年由水利部淮委組織，中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司總負(fù)責(zé)，多家單位共同參與，第二次對(duì)淮河流域高程控制網(wǎng)進(jìn)行全面的維護(hù)改造，確定不同高程系統(tǒng)之間的換算關(guān)系，并將淮河流域高程控制網(wǎng)統(tǒng)一為1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。

4.1 .水準(zhǔn)標(biāo)石普查

水準(zhǔn)標(biāo)石普查的主要內(nèi)容：淮河流域國(guó)家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)標(biāo)石；淮河流域水利系統(tǒng)二、三等水準(zhǔn)網(wǎng)標(biāo)石；淮河流域水文站、部分水位站、大中型水庫(kù)、大中型水閘等水工建筑物的高程基點(diǎn)或高程引測(cè)點(diǎn)等水準(zhǔn)標(biāo)石。淮河流域累計(jì)普查水準(zhǔn)標(biāo)石10375座，可以修復(fù)利用的標(biāo)石為3891 座，標(biāo)石存有率為37.50%。

4.2 .水準(zhǔn)標(biāo)石的修復(fù)及埋設(shè)

淮河流域現(xiàn)存的原有水準(zhǔn)標(biāo)石，對(duì)分析淮河流域的高程變化情況、對(duì)淮河流域高程系統(tǒng)換算關(guān)系研究以及水準(zhǔn)成果利用的連續(xù)性具有至關(guān)重要的作用。淮河流域統(tǒng)一高程系統(tǒng)項(xiàng)目累計(jì)修復(fù)利用原有水準(zhǔn)標(biāo)石2521 座。淮河流域新埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石選點(diǎn)原則上沿原有路線進(jìn)行，標(biāo)石密度控制在2.0～4.0km之間，平均約為3.0km。

4.3 .水準(zhǔn)觀測(cè)

淮河流域高程控制網(wǎng)觀測(cè)的水準(zhǔn)路線全部為附合水準(zhǔn)路線和結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，無(wú)閉合水準(zhǔn)路線。淮河流域布設(shè)二等水準(zhǔn)路線10 條，全部為附合水準(zhǔn)路線，平均路線長(zhǎng)139.00km，路線最長(zhǎng)264.35km，最短105.30km。三等附和水準(zhǔn)路線51 條，平均路線長(zhǎng)62.34km，路線最長(zhǎng)154.20km，路線最短18.90km。三等結(jié)點(diǎn)網(wǎng)水準(zhǔn)路線306 條，平均路線長(zhǎng)46.44km，路線最長(zhǎng)120.20km，路線最短5.00km。淮河流域高程控制網(wǎng)觀測(cè)共完成二等水準(zhǔn)觀測(cè)1139.6km，三等水準(zhǔn)觀測(cè)23266.4km。

4.4 平差計(jì)算

淮河流域高程控制網(wǎng)的水準(zhǔn)平差計(jì)算采用武漢大學(xué)編制的測(cè)量控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理通用軟件包《科達(dá)普施》完成。二等網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)的高差加入了水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度誤差改正、水準(zhǔn)標(biāo)尺溫度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正和環(huán)線閉合差改正等四項(xiàng)改正數(shù)。由于淮河流域布設(shè)的9 條二等水準(zhǔn)路線所處地區(qū)的海拔低、高差小，經(jīng)計(jì)算，路線中重力異常改正數(shù)均在1mm 以?xún)?nèi)，因而在高差表中未列該項(xiàng)改正數(shù)。三等網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)的高差加入了水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度誤差改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正和環(huán)線閉合差改正等三項(xiàng)改正數(shù)。

4.5 .信息管理系統(tǒng)建設(shè)

為了高效管理淮河流域高程控制網(wǎng)資料，制作了淮河流域高程控制網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，它的主要功能模塊有：數(shù)據(jù)入庫(kù)檢查、視圖管理、查詢(xún)檢索、輸入輸出、數(shù)據(jù)分析、分發(fā)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和安全管理等。水準(zhǔn)成果的查詢(xún)方式包括按點(diǎn)名、路線名、環(huán)線編號(hào)、經(jīng)、緯度范圍、省名、市名、縣（市）名、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）名等多種檢索查詢(xún)方式。水準(zhǔn)成果的點(diǎn)之記、路線圖、現(xiàn)場(chǎng)照片、文檔資料與高程成果建立鏈接，根據(jù)水準(zhǔn)成果的查詢(xún)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)附屬資料的檢索、顯示和輸出。淮河流域統(tǒng)一高程系統(tǒng)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是一套B/S 信息管理系統(tǒng)，通過(guò)SQLServer 數(shù)據(jù)庫(kù)和WEB 應(yīng)用服務(wù)器（Tomcat）進(jìn)行搭建。用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)系統(tǒng)服務(wù)，對(duì)淮河流域高程控制成果資料進(jìn)行檢索并查看成果目錄、成果文件的存檔信息、成果附件等成果信息。淮河流域統(tǒng)一高程系統(tǒng)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用JAVAEE 架構(gòu)技術(shù)結(jié)合Ajax、WebService、XML 等業(yè)界先進(jìn)技術(shù)，為企業(yè)提供靈活強(qiáng)大的管理平臺(tái)。

5 淮河流域高程控制網(wǎng)的創(chuàng)新使用案例

2020年初，公司開(kāi)展引江濟(jì)淮二期工程可行性研究工作，需測(cè)量眾多建筑物及輸水線路的地形圖。測(cè)區(qū)分布在合肥、蚌埠、六安、阜陽(yáng)、亳州等5 個(gè)地級(jí)市，涉及約2 萬(wàn)km2范圍，分布范圍極廣，且分布極其分散，控制測(cè)量工作量非常大。按傳統(tǒng)控制測(cè)量方法，要先埋設(shè)標(biāo)石，再做GPS 靜態(tài)控制測(cè)量和水準(zhǔn)測(cè)量，解算出控制測(cè)量成果，然后才能求解轉(zhuǎn)換參數(shù)用于地形圖測(cè)量。如此大的范圍，用傳統(tǒng)方法做控制測(cè)量工作量非常大，工期將會(huì)很長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足引江濟(jì)淮二期工程可研工作的進(jìn)度需求。測(cè)量項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)商討研究，大膽創(chuàng)新，決定嘗試?yán)没春恿饔蚋叱炭刂凭W(wǎng)的成果解決此項(xiàng)目的轉(zhuǎn)換參數(shù)求解問(wèn)題。利用千尋CORS 網(wǎng)絡(luò)直接采集測(cè)區(qū)附近水準(zhǔn)點(diǎn)的WGS84 坐標(biāo)系的經(jīng)緯度坐標(biāo)及大地高以及水準(zhǔn)點(diǎn)的CGCS2000 坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)。水準(zhǔn)點(diǎn)本身已經(jīng)具備1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)的高程值，這樣就可以求解測(cè)區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)了。

本項(xiàng)目分區(qū)域共求解12 個(gè)轉(zhuǎn)換七參數(shù)，經(jīng)過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)采集控制點(diǎn)驗(yàn)證參數(shù)的可靠性，平面誤差均在4cm 以?xún)?nèi)，高程誤差均在6cm 以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足1︰2000地形圖碎步點(diǎn)測(cè)量精度的規(guī)范要求。

此次技術(shù)創(chuàng)新，大大提高了測(cè)量工作效率，既滿(mǎn)足了引江濟(jì)淮二期工程可研工作的進(jìn)度要求，又大大減輕了工作量，取得極大的經(jīng)濟(jì)效益■