我国高程基准的前世今生

大家都知道

中国最高峰珠穆朗玛峰

海拔高度8844.43米

东岳泰山主峰玉皇顶

海拔高度1545米

中国台湾最高峰玉山主峰

海拔高度3952米

那么

山高万仞,始自何处

相信每一位科技工作者

都曾经产生过这个疑问

今天

小太就跟大家一起来进行探索

珠穆朗玛峰

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何为高程

测量山峰高度,首先必须确定基准面,这是前提条件。山峰的高度有相对高度和绝对高度两种计算方法。

相对高度,一般以地面、山脚等其它地方所在平面为基准面。根据所选择基准面的不同,高度也会有所不同。受人类活动范围的影响,人们多数情况将地面高度作为常用的高度指标,但由于地面又起伏不平,而且各个地区不统一,难以找到统一的基准面来科学比较不同地区山峰的高度。随着认知范围的拓展,人们发现海洋包围着所有大陆和岛屿,海平面虽然有变化,但年平均海平面基本不变,而且全世界海平面相差无几。因此,海平面成为了各国测量地物高度的标准基准面(又称为零点),由海平面起算的高度就是海拔高度或绝对高度,也称为高程。

相对高度与绝对高度

高程基准面

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我国高程基准的发展历史

早在元朝,科学家郭守敬借助海平面对元大都与汴梁,也就是今天的北京到河南开封之间的地形和高度差异进行测算比较,使得中国成为最早运用海平面作为计算全国高程起算面的国家,至少比西方早了400多年。

由于受潮汐因素的影响,自然的海面是不停运动并起伏不平的,如果要用数据反映海面的升降,就必须用一个固定的海面起算零点,因此,我国有关部门在海边设立了验潮站,经年累月观测记录海水的平均高度,通过计算求得平均值,也就是所谓的海拔零点或高程零点。

验潮站

19世纪到新中国成立之前,世界列强纷纷依托在中国的租借地或占领区,沿我国东部海岸线设立验潮站或验潮所,以此确定所谓的高程零点,其中,英国在福州和天津分别确定了罗星塔高程零点、大沽高程零点,日本海军水务部则于1905年确立大连高程零点,他们用这些所谓的高程零点,肆意测绘中国国土。

罗星塔零点图片

彼时,中国政府也设立了上海吴淞高程零点与废黄河零点,这样我国境内的高程零点就极为混乱,迫切需要规范统一。1927年南京国民政府开始在浙江坎门选址,1929年10月建成坎门验潮井,从英国引进的一台自动验潮仪也于第2年5月正式验取潮汐资料,并以1930年到1934年的潮汐观测资料推算出了坎门平均海平面,作为零点高程起算面,然后将零点起算数据引测刻画到验潮基准点上,这就是坎门水准原点。

坎门水准原点图片

从1936年1月开始,南京国民政府正式启用坎门水准原点,并迅速引测到浙江、北京等全国17个省市,广泛应用于测图。尽管做出诸多改变,但当时我国各省使用的海拔零点未能完全达到一致,导致相邻省份对同一地点的测量高度竟然相差50米甚至60米,显然据此测绘的各类分区地图无法拼接和引用。1949年,随着南京国民政府向台湾败逃,以坎门水准原点统一全国海拔高度起算点的计划也就不了了之。

解放初期,新中国的经济发展与国防建设迫切需要详细准确的测绘资料作为依据,然而现存的各类坐标点、高程点、地形图仍然极为混乱,很难满足需求,规范测绘已经刻不容缓。

1952年我国开始筹建中国水准原点,对我国东部沿海的坎门、吴淞、青岛验潮站和高程零点进行专题调查,最终选择了青岛作为设立水准原点的理想地区。

1953年,专家对青岛的地形地貌展开了仔细的勘察,并最终在观象山上选址建立了中华人民共和国水准原点。通过就近引用黄海平均海平面数据,水准原点的高程被精确测算出来,并作为为全国高程控制网的起算高程。而后,我国高程基准以黄海平均海水面和中国水准原点为基础正式建立起来。

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我国采用的高程基准

我国曾采用过两个高程基准,分别是1956年黄海高程系统和1985国家高程基准。

(1)1956年黄海高程系统

通过提取青岛大港一号码头验潮站自1950年到1956年的潮汐资料,算得黄海海平面的零点,即1956年黄海平均海平面,随后引用这个高程基准进一步测得国家水准原点的海拔高度为72.289米,以此起算的高程系统就叫做1956年黄海高程系统。

1956年黄海高程系统

1975年,国家测绘总局与总参测绘局联合组成的测量队伍对珠峰经过两个多月的测量后,于5月27日获取了珠峰的准确海拔高度8848.13米,使用的起算点就是1956年确立的中国水准原点。

珠峰海拔(基于1956年黄海高程系统)

(2)1985国家高程基准

随着时间的推移,测绘专家们又发现,1956年黄海高程基准由于仅仅局限于观测黄海,没有顾及到我国沿海海面南高北低的倾斜情况,仅提取青岛大港一号码头验潮站7年内的潮汐资料,不能消除更长周期内潮汐变化的影响,而且使用的资料有误差,因此,我国决定重新测定中国整个海域的沿海海面和高程基准。

从1976年到1985年10年时间里,汤恩祥、陈宗镛等专家对我国的平均海平面以及中国水准原点的海拔高度进行了重新推算。经国务院批准,1987年5月26日国家测绘局宣布,启用1985国家高程基准和国家一等水准网成果。

1985国家高程基准

2005年国家测绘局正式宣布珠穆朗玛峰峰顶岩面海拔高度为8844.43米,就是基于1985国家高程基准。

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怎样进行高程测量

测量高程通常采用的方法有水准测量和三角高程测量。通过测量得到两点之间的高差,然后由已知点高程加上高差,通过高程传递的方法获得未知点的高程。

水准测量是测定两点间高差的主要方法,也是最精密的方法,主要用来建立国家或地区的高程控制网,使用光学水准仪或电子水准仪搭配水准标尺完成测量工作。

水准测量原理

水准测量使用的水准仪

三角高程测量是确定两点间高差的简便方法,不受地形条件限制,传递高程迅速,但精度低于水准测量,主要用于山区或地形起伏较大的地区测定地面点高程。

三角高程测量原理

三角高程测量使用的仪器

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有关知识误区

近年来,测量工作者经常被问及这样一个问题,水准原点和水准零点是同一个点吗?小编认为,专业不专业就看能不能把水准原点和水准零点分清楚。

(1)所在位置不同

水准原点位于青岛市观象山顶一座小石屋内,而水准零点位于青岛市银海大世界景区内。

(2)海拔高程不同

水准原点的海拔高程是72.260米,而水准零点是从水准原点引测而来,海拔高程是0米。

(3)发挥作用不同

水准原点是一个对国家经济、国防和科学研究具有重要作用的点,是我国高程的起算点,犹如我国海拔高程的“格林威治”,由测绘部门负责管理,不对外开放,而水准零点是个旅游景点,面向大众开放,不能用来高程传递,更多体现文化旅游的意义。

水准原点

水准零点

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