谈水准测量基准面

郭子强

(山西路桥集团有限公司，山西太原 030006)

在建筑、航空、公路、水利等基础建设中，测量占有重要的地位，在建筑测量中首先就是确定建筑控制点的点位及高程，建筑物测量其实就是确定地面点的三维坐标，在普通的房屋建筑测量中，由于范围相对较小，所以包括平面坐标及高程测量可以采用区域内相对坐标的方式测量和放样，对于大型水利工程及高速公路等，从测量的第一步确定基准点的三维坐标就必须以大地测量的方式为基础，再加上现在的GPS及空间科学的发展，又有了空间测量和航空测量等技术的出现和发展。平面控制测量的技术和精度越来越高，本文就水准测量的基准进行探讨。

在测量中首先必须定位测量点的平面坐标和水准高程，而水准高程的起算面在哪里，水准高程又是如何传递和引点的，这时就有一个原始的水准面的概念，那么这个水准面又是什么，本文就以大家所熟知的高程测量体系逐渐剖析水准高程测量的基础。

在我国现行的测量规范和测量中，一共有两套系统，一种是采用1956年青岛验潮站黄海平均海平面作为我国统一的高程基准面，在1988年的时候又采用了1985国家高程基准。我们知道大地测量所研究的水准面是在整体上非常接近于地球自然表面的水准面，在地球表面由于海洋表面占到地表面积的71%，所以假设的水准面与海洋平面相重合，这个虚拟的水准面不受潮汐、风浪及天气、大气气压等各种环境因素的影响，并且延伸到大陆下面各个与铅垂线垂直的水准面，这个水准面就是大地水准面，它是一个假想的无褶皱，无棱角的连续封闭曲面，这个假设的水准面是理想状态下的水准面，无法通过普通的测量手段得到，那么我们实际测量所应用的是正常重力位的重力等位面。

地球上的任何质点，都受到地球引力和由于地球自转所产生的离心力的共同作用，当然它还要受到宇宙中其他天体如月球、太阳或其他天体等的引力，但这些引力可以说是微乎其微的，地球上任意质点的重力其实就是地球引力与离心力的合力，当给出力学引力常数值，我们就可以得到一个簇曲面，这些不同的常数值得到的簇曲面称为重力等位面，也就是所谓的水准面，可以说水准面是无穷多个的，其中我们将完全静止的海平面所形成的重力等位面称作大地水准面。

第一步是收集测区内的一二三等水准及重力资料。周边地区的加密重力测量资料及测区范围内的 30″″×30″″DEM 与 2.5’×2.5’格网平均高程资料，作为似大地水准面精化的已知数据。

第二步是基准的选取，包括空间基准、高程基准、重力基准。

第三步是进行GPS点/水准点/重力点联测布网，在区域内布设的所有GPS基准点、水准线路等，必须进行统一的平差数据处理，做到基准一致、精度均匀可靠。GPS点布设尽量重合已有的国家控制点和地方控制点，有利于求取国家坐标系与地方坐标系间转换关系在重力资料不足的地方，按照平均1 km2布设一个重力点原则实施。

第四步是进行外业数据采集:对已布设的水准点和重力点进行外业测量，经平差后上交内业。

第五步是大地水准面的计算，地面重力观测值的归算内插形成格网地形均衡异常。

第六步是利用DTM恢复格网平均空间重力异常。

第七步是移去位模型重力异常生成残差空间异常和残差法异常。

第八步是计算格网残差重力大地水准面高与残差高程异常。

第九步是由位模型值恢复重力大地水准面高和高程异常，重力似大地水准面与GPS水准似大地水准面的符合。

最后进行似大地水准面精化的检核，利用GPS/水准点成果同最终确定的似大地水准面的残差值作检验。分别使用WDM94模型、EGM96模型，计算残差的最大值、平均差值、中误差。

大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。大地水准面将我们平常的几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用，大地测量作为基础科学需要广大测量人员研究和不断探索。

［1］杨正尧.测量学［M］.北京:化学工业出版社，2010.

［2］孔祥元，郭际明，刘宗泉，等.大地测量学基础［M］.武汉:武汉大学出版社，2011.