沿海島嶼國家高程基準(zhǔn)的建立

2023年12月9日發(fā)(作者：傷殘等級(jí)鑒定標(biāo)準(zhǔn))

-

萬方數(shù)據(jù)曰任．紛７００１年第ａ期沿海島嶼國家高程基準(zhǔn)的建立葉引勞順根二海海事局，上海，。。Ｐｉ　Ｉ自【　　　　摘要！沿海島嶼建立國家高程基準(zhǔn)，統(tǒng)一海島與大陸的高程系統(tǒng)，是海洋側(cè)繪研究的重要課題之一。ＧＰＳ技術(shù)在測(cè)量上的應(yīng)用，為此課題開創(chuàng)了一個(gè)新的探索路徑。本文結(jié)合海道測(cè)量熟悉的潮汐理論和常用的潮位傳遞方法，采用水面水準(zhǔn)與ＧＰＳ高程相結(jié)合，通過在我國沿海地區(qū)的具體實(shí)踐，比較兩項(xiàng)作業(yè)的最后成果，相互驗(yàn)證，說明了依這種傳遞高程的方式建立的沿海島嶼國家高程基準(zhǔn)，在理論上是成立的，精度也是能滿足需要的，因此，是目前連接海島和大陸之間高程關(guān)系較有效的辦法【關(guān)銳詞】高程基準(zhǔn)　　　　水面水準(zhǔn)（；“高程一、　　　　前言　　　　因此，同時(shí)采用ＧＰＳ高程和水面水準(zhǔn)方法，對(duì)其成果相互校核，以連接沿海島嶼與大陸　　　　我國高程控制網(wǎng)采用正常高程系統(tǒng)，高程的高程基準(zhǔn)關(guān)系，應(yīng)是目前建立沿海島嶼國家統(tǒng)一以１９８５國家高程基準(zhǔn)起算。經(jīng)典的幾何高程控制網(wǎng)的較有效辦法。水準(zhǔn)測(cè)量方法是高程傳遞的基本手段，精度較高，高等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量每千米高差中差的全中誤二、平均海面與高程墓準(zhǔn)　　　　差大約為ｌｍｍ；個(gè)別地區(qū)精度要求不高，也有采　　　　以往的大地測(cè)量以“靜止”的平均海面來定用三角高程測(cè)量的方法，在水準(zhǔn)網(wǎng)的控制下傳義大地水準(zhǔn)面，將平均海面與大地水準(zhǔn)面視為遞高程。一體。隨著研究的深人，發(fā)現(xiàn)平均海面并不“靜　　　　沿海島嶼離大陸較遠(yuǎn)，不能采用常規(guī)測(cè)量止”，它受到地殼垂直形變和海面升降的影響而方法與國家高程控制網(wǎng)直接聯(lián)測(cè)，一般通過多發(fā)生變化。因此，在高精度的大地測(cè)量中，平均年平均海面的相關(guān)計(jì)算來確立該島及其附近島海面與大地水準(zhǔn)面已被嚴(yán)格區(qū)分開來。目前，嶼的局部高程基準(zhǔn)，即獨(dú)立的高程起算面。沿平均海面是研究確定大地水準(zhǔn)面和海面地形的海地區(qū)的海道測(cè)量，需要取得海島局部高程基基本依據(jù)，所謂海面地形是指平均海面在大地準(zhǔn)與國家高程基準(zhǔn)的相互關(guān)系時(shí)，可以采用水水準(zhǔn)面上的高度；在實(shí)際應(yīng)用中，平均海面也是面水準(zhǔn)的方法獲取大陸與沿海島嶼的概略高程建立高程基準(zhǔn)的基礎(chǔ)，高程基準(zhǔn)一般使用單個(gè)關(guān)系，當(dāng)傳遞高程的海區(qū)海面地形無異常起伏驗(yàn)潮站的多年平均海面來確定。時(shí)，這種方法的傳遞精度還是很高的。我國１　　　　９８５國家高程基準(zhǔn)，就是使用１９５２－ＧＰＳ在測(cè)量領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用，以其在經(jīng)　　　　１９７９年共２８年的潮汐觀測(cè)資料，采用移動(dòng)平均濟(jì)、方便、實(shí)用、高效方面的優(yōu)勢(shì)超過了幾何水法，取連續(xù)１９年的年平均海面為一組，滑動(dòng)步準(zhǔn)，并在精度方面也不遜于一般的幾何水準(zhǔn)，為長為一年，計(jì)算１０組不同連續(xù)時(shí)段的１９年平擴(kuò)大其應(yīng)用范圍提供了有利條件。均海面值的平均值作為高程起算面。由于采用收稿日期：２００１　－　０７　－　２３葉引等洛海島嶼國家高程基準(zhǔn)的建立萬方數(shù)據(jù)移動(dòng)平均法，原有數(shù)列的短期波動(dòng)被削弱，從而確保了最后結(jié)果的正確性。各地的多年平均海面并不一致，根據(jù)實(shí)測(cè)　　　　資料計(jì)算發(fā)現(xiàn)，我國各海區(qū)的平均海面（指多年平均海面，下同）也有較大差異。以國家高程基準(zhǔn)起算，渤海各長期驗(yàn)潮站的平均海面，大部分驗(yàn)潮站的平均海面與國家高程基準(zhǔn)相差在１０ｃｍ之內(nèi)，東海地區(qū)各長期驗(yàn)潮站的平均海面比國家高程基準(zhǔn)要高出２５二左右；而南海地區(qū)各站的平均海面要高出國家高程基準(zhǔn)３５ｃｍ以上。三個(gè)海區(qū)平均海面的差異說明，我國沿海的海面地形呈現(xiàn)南北傾斜，同時(shí)許多國家的資料也同樣證明這些國家近海的海面地形也存在差異的結(jié)論。三、水面水準(zhǔn)　　　　　　　　以潮位聯(lián)測(cè)方法傳遞高程的方式很多，水面水準(zhǔn)是其中要求較高、傳遞距離較遠(yuǎn)的一種。水面水準(zhǔn)有別于海洋水準(zhǔn)。海洋水準(zhǔn)是以海洋的溫度、含鹽度、大氣壓力、海流速度等要素的變化來確定海面地形，從而獲得該處平均海面與大地水準(zhǔn)面的關(guān)系；而水面水準(zhǔn)卻是利用驗(yàn)潮站驗(yàn)潮的有效范圍和同步驗(yàn)潮的結(jié)果來傳遞高程，也就是以建立各站平均海面之間的關(guān)系，直接從各站平均海面之間的變化來推算確定高程基準(zhǔn)。　　　　雖然我國各海區(qū)之間的平均海面存在差異，但是，相近各驗(yàn)潮站之間的差異并不大，據(jù)統(tǒng)計(jì)每ｌ００ｋｍ距離差的平均海面高度之差約在１一２。左右，因此，沿海島嶼與附近大陸海岸長期驗(yàn)潮站的潮汐性質(zhì)相同時(shí)，就可以利用水面水準(zhǔn)的方法來聯(lián)接和建立沿海島嶼的國家高程基準(zhǔn)。　　　　水面水準(zhǔn)的精度除與同步驗(yàn)潮的長期站之間的距離和潮汐性質(zhì)有關(guān)外，主要取決于平均海面的精度。平均海面以每小時(shí)整點(diǎn)采集的潮位值計(jì)算日平均海面，按連續(xù)一個(gè)月的整點(diǎn)潮位平均值計(jì)算月平均海面，按連續(xù)一年的日平均值（或按一年內(nèi)各月的加權(quán)平均值）計(jì)算年平均海面。年平均海面基本上消除了瞬時(shí)、日、月、年等由天體引潮力引起的潮汐變化和氣象因素等短周期影響，因此較為可靠。但是，年平均海面還受到中、長周期的潮汐影響，如：渦流、以及以８．８５年為周期的月球近地點(diǎn)移動(dòng)和以１８．６１年為周期的月球黃白交點(diǎn)移動(dòng)等的影響。典型的渦流可持續(xù)２一３年時(shí)間。要消除中、　　　　長周期的潮汐影響，就是計(jì)算超過上述周期的多年平均海面。事實(shí)上，有連續(xù)１９年潮位觀測(cè)完整數(shù)據(jù)的驗(yàn)潮站還是不多的，而且，隨著潮位觀測(cè)年份的增加，由于驗(yàn)潮站附近地形（包括海岸和水下地形）的變化，也可能對(duì)潮位觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。根據(jù)長期驗(yàn)潮站資料統(tǒng)計(jì)，５年平均海面與多年平均海面之差值約２　－　５ｃｍ，所以水面水準(zhǔn)采用的多年平均海面，若有９年左右的潮汐觀測(cè)資料就應(yīng)該滿足需要了。　　　　應(yīng)用水面水準(zhǔn)時(shí)，要求確定國家高程基準(zhǔn)的沿海島嶼應(yīng)設(shè)立驗(yàn)潮站，并與附近長期驗(yàn)潮站同步觀測(cè)一個(gè)月潮位，以同步改正法求取海島的多年平均海面。四、ＧＰＳ高程　　　　　　　　ＧＰＳ高程測(cè)量是利用ＧＰＳ三維觀測(cè)信息，經(jīng)過三維網(wǎng)平差，在計(jì)算ＧＰＳ觀測(cè)點(diǎn)平面位置的同時(shí)，獲得各點(diǎn)相對(duì)于ＷＧＳ一８４的大地高，再通過計(jì)算改正，將大地高換算為正常高。配合水面水準(zhǔn)方法確定沿海島嶼的國家高　　　　程基準(zhǔn)時(shí)，一般可采用擬合法，就是直接用ＧＰＳ大地高根據(jù)已知的大地水準(zhǔn)面高程進(jìn)行高程擬合，來求解大地水準(zhǔn)面與橢球面之間的差值。不同地區(qū)采用不同的擬合方法，根據(jù)已知水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量確定不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合，擬合法一般采用平面擬合，平面相關(guān)擬合和曲面擬合較多。進(jìn)行擬合時(shí)，要求已知水準(zhǔn)點(diǎn)能均勻地分布于測(cè)區(qū)周邊和中間。　　　　擬合法求算的高程精度，按已知水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量而定，平面擬合法一般有３個(gè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)高程就可，平面相關(guān)擬合法至少需要４個(gè)已知萬方數(shù)據(jù)海洋測(cè)繪么刃１一４水準(zhǔn)點(diǎn)高程，曲面擬合法則必須有６個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)　　　　測(cè)量人員在需要傳遞高程的海島附近海域高程才能擬合，因此，擬合法中以曲面擬合法的選用已有長期潮位觀測(cè)資料的小麥島（青島）、精度最高。石臼所、廟嶺（連云港）、燕尾港等四個(gè)長期驗(yàn)潮按擬合法計(jì)算出的高程，　　　　再進(jìn)行高程異常站１９９５年至１９９！〕年共五年平均海面資料作為值的改正，以得到較好的精度。海域平均海面的基本控制；設(shè)立嵐山和車牛山五、　　　　高程基準(zhǔn)傳遞實(shí)例島、開山島三個(gè)臨時(shí)驗(yàn)潮站，同步驗(yàn)潮一個(gè)月，計(jì)算月平均海面，采用同步改正法，按長期驗(yàn)潮　　　　側(cè)量沿海水域，在海島設(shè)立驗(yàn)潮站觀測(cè)潮站的多年平均海面，求取各臨時(shí)站的季節(jié)改正站，確定深度基準(zhǔn)面，以保證測(cè)區(qū)潮汐改正的精數(shù)和多年平均海面。根據(jù)陸上各驗(yàn)潮站平均海度。建立海島高程系統(tǒng)與國家高程基準(zhǔn)的關(guān)面與國家高程基準(zhǔn)的關(guān)系，通過計(jì)算建立車牛系，對(duì)分析島嶼與大陸驗(yàn)潮站之間深度基準(zhǔn)面山島和開山島的國家高程基準(zhǔn)。的合理性是有利的。　　　　實(shí)施水面水準(zhǔn)方案的同時(shí)，在石臼所、嵐正如前面所述，　　　　沿海島嶼的局部高程基準(zhǔn)山、濤錐、廟嶺、洋橋、燕尾港和車牛山島、開山與國家高程基準(zhǔn)建立密切聯(lián)系，若同時(shí)采用水島等八個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，按早、中、晚三個(gè)時(shí)段和ＧＰＳ面水準(zhǔn)和ＧＰＳ高程側(cè)量?jī)煞N方法，可以相互驗(yàn)ｃ級(jí)網(wǎng)精度進(jìn)行同步觀測(cè)。以燕尾港觀測(cè)點(diǎn)的證，以獲得最佳結(jié)果。下面選取在近年工作中ＷＧＳ一８４大地坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)，在ＷＧＳ一８４的兩個(gè)實(shí)例來探討海島高程基準(zhǔn)傳遞的可行坐標(biāo)系下進(jìn)行三維無約束平差；以陸上六個(gè)觀性。測(cè)點(diǎn)的水準(zhǔn)高程作為已知數(shù)據(jù)，采用附加地形改正的多項(xiàng)式曲面擬合法進(jìn)行高程擬合；并利用測(cè)區(qū)現(xiàn)有的重力成果和先進(jìn)的ＥＧＭ９６重力場(chǎng)模型，采用重力法及移去一恢復(fù)技術(shù)，最后求取車牛山島和開山島的正常高。在解算過程中，內(nèi)符合精度以測(cè)區(qū)六個(gè)觀　　　　測(cè)點(diǎn)的水準(zhǔn)成果與最終確定的大地水準(zhǔn)面的殘差值作檢驗(yàn)，檢驗(yàn)誤差最大值為１１．６ｃｍ，中誤１Ｍ晰差為士５．ｇｃｍ；外符合精度采用空點(diǎn)法評(píng)定，其最大外符合差值為１６．２ｃｍ，中誤差為士ｔ　ｒｈ－ｗ．％１０．０ｃｍｏ　　　　以水面水準(zhǔn)和ＧＰＳ高程分別確定的車牛、／遭獷　　山島、開山島的國家高程基準(zhǔn)在當(dāng)?shù)仳?yàn)潮零點(diǎn)’　　幾泌　Ｍ１Ｆ　｝ＣｂＩＦＷＲ上的高程及其差值見表ｔｏ衰１水面水準(zhǔn)與ＧＰＳ離程整值（Ｍ）圖１海州灣驗(yàn)潮站布設(shè)示意圖　　　　　　　　　　水面水準(zhǔn)ＧＰＳ高程　　　　實(shí)例一：２以刃年交通部海事局為改善海州站名高程多項(xiàng)式擬合差值加重力改正差值灣測(cè)區(qū)潮汐改正精度，應(yīng)用上述方法，將國家高１２１－２３１－３程基準(zhǔn)傳遞到離岸５０ｋｍ的車牛山島和灌河口車牛山島２２９２０４．３｝２４．７２２７．４１．６的開中島上，見圖１　ｏ開山島２５９２４３．７巧．３２６２．１一３．１葉引等沿海島嶼國家高程基準(zhǔn)的建立６個(gè)引測(cè)點(diǎn)和４個(gè)輔助參考點(diǎn)。兩個(gè)環(huán)網(wǎng)分別同步觀測(cè)５小時(shí)和９小時(shí)。以ＧＰＳ　Ａ級(jí)點(diǎn)作為固定約束，進(jìn)行三維約束平差；以現(xiàn)有重力成果丫．“認(rèn)Ｗ　　　　　　　　萬方數(shù)據(jù)＊山喻幾　　氣、姍山Ｉ　　＊．Ｗ；ｉｆ｝，一，ｏ，　ｏ，｝移　（｝ｃｒｒ卿ｔ七尸咋：｝　（ｅ．．圖２杭州清驗(yàn)潮站布設(shè)示意圖　　　　　　　　　　　　　　實(shí)例二：１９９９年上海海事局和東海海洋院為上海港口工程建設(shè)需要，采用水面水準(zhǔn)和ＧＰＳ高程兩種方法，將國家高程基準(zhǔn)傳遞到杭州灣的洋山島。洋山島距杭州灣北岸約３０１ｖｎ，由大洋山、小洋山等島嶼組成，見圖２０水面水準(zhǔn)選用蘆潮港、　　　　大敢山、綠華山、長涂港、灘滸山等五個(gè)長期驗(yàn)潮站的１９７９年至１９９７年共１９年潮位觀測(cè)資料，計(jì)算平均海面作為海區(qū)的基本控制；設(shè)立小洋山、大衙山、下五星、唐腦山等四個(gè)短期驗(yàn)潮站與長期站同步驗(yàn)潮一個(gè)月，計(jì)算月平均海面，然后通過改正和換算，以平均海面將大陸的國家高程基準(zhǔn)傳遞至洋山各島。傳遞高程的ＧＰＳ網(wǎng)由１　　　　４個(gè)測(cè)點(diǎn)組成兩個(gè)同步環(huán)網(wǎng)，陸上４點(diǎn)具有三等幾何水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的國家高程基準(zhǔn)上的高程，海上洋山島附近布設(shè)和ＷＤＭ９４重力場(chǎng)模型，采用移去一恢復(fù)原理求解格網(wǎng)重力異常，最后利用ＧＰＳ水準(zhǔn)資料建立洋山島國家高程基準(zhǔn)，精度為土６．Ｏｏｍｏ洋山島通過水面水準(zhǔn)和ＧＰＳ高程確定的　　　　國家高程基準(zhǔn)在驗(yàn)潮零點(diǎn)上的高程及其差值見表２０表２水面水準(zhǔn)與ＧＰＳ離程差值《。）六、結(jié)束語　　　　　　　　水面水準(zhǔn)高程和ＧＰＳ高程從兩個(gè)不同的途徑傳遞，經(jīng)成果驗(yàn)證后，以確立沿海島嶼較正確的國家高程基準(zhǔn)。通過對(duì)前面兩個(gè)實(shí)例的分析可知：　　　　Ｌ　ＧＰＳ高程測(cè)量經(jīng)重力改正后的成果，精度有較大提高，與三等幾何水準(zhǔn)相近。２．海區(qū)潮汐性質(zhì)相同，　　　　平均海面變化有規(guī)律的情況下，可選擇水面水準(zhǔn)傳遞高程。３．同時(shí)采用ＧＰＳ高程測(cè)量和水面水準(zhǔn)兩　　　　種方法傳遞高程，其成果精度高于三等幾何水準(zhǔn)．因此，是目前建立沿海島嶼國家高程基準(zhǔn)最可行的，也是最有效的方案之一。

-