地形测量学

一、高程系统的一般意义

变化曲线基面是指计算水位和高程的起始面。在水文资料中涉及的基面有：绝对基面、假定基面、测站基面、冻结基面等四种。

（1）绝对基面。是将某一海滨地点平均海水面的高程定义为零的水准基面。我国各地沿用的水准高程基面有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。(2)假定基面。为计算测站水位或高程而暂时假定的水准基面。常在水文测站附近没有国家水准点，而一时不具备接测条件的情况下使用。

(3)测站基面。是水文测站专用的一种假定的固定基面。一般选为低于历年最低水位或河床最低点以下0.5m～1.0m。

(4)冻结基面。也是水文测站专用的一种固定基面。一般测站将第一次使用的基面冻结下来，作为冻结基面。

二、常用高程系统

高程系统的换算是令人困扰的一个重要问题。我国历史上形成了多个高程系统，不同部门不同时期往往都有所区别。可以查到的资料相当匮乏。先收集整理如下。

(1) 波罗的海高程

波罗的海高程十0．374米=1956年黄海高程

中国新疆境内尚有部分水文站一直还在使用“波罗的海高程”。

(2) 黄海高程

系以青岛验潮站1950—1956年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72．289米。

(3) 1985国家高程基准

由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为：

1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。

1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。

(5) 广州高程及珠江高程

广州高程 = 1985国家高程系 4.26（米）

广州高程 = 黄海高程系 4.41（米）

广州高程 = 珠江高程基准 5.00（米）

(6)大连零点

入侵中国东北期间，在大连港码头仓库区内设立验潮站，并以多年验潮资料求得的平均海面为零起算，称为“大连零点”。该高程系的基点设在辽宁省大连市的大连港原一号码头东转角处，该基点在大连零点高程系中的高程为3.765米。原点设在吉林省长春市的人民广场内，已被毁坏。该系统于1959年以前在中国东北地区曾广泛使用。1959年中国东北地区精密水准网在山海关与中国东南部水准网连接平差后，改用1956年黄海高程系统。大连基点高程在1956年黄海高程系的高程为3.790米。

(7) 废黄河零点

江淮水利测量局，以民国元年11月11日下午5时废黄河口的潮水位为零，作为起算高程，称“废黄河口零点”。后该局又用多年潮位观测的平均潮水位确定新零点，其大多数高程测量均以新零点起算。“废黄河口零点”高程系的原点，已湮没无存，原点处新旧零点的高差和换用时间尚无资料查考。在“废黄河口零点”系统内，存在“江淮水利局惠济闸留点”和“蒋坝船坞西江淮水利局水准标”两个并列引据水准点。

(8)坎门零点

民国期间，军令部陆地测量局根据浙江玉环县坎门验潮站多年验潮资料，以该站高潮位的平均值为零起算，称“坎门零点”。在坎门验潮站设有基点252号，其高程为6.959米。该高程系曾接测到浙江杭州市、苏南、皖北等地，在军事测绘方面应用较广。

原黄河流域采用的高程系统

黄河流域高程系统较为紊乱，目前使用的高程系统有9种之多(大沽、黄海、假定、冻结、1985国家高程基准、引据点III、导渭、坎门中潮值、大连葫芦岛)。目前已经全部统一为1985国家高程基准

2. 吴凇（口）高程系统

该高程系统比较混乱，不同地区采用数值不一，如采用，需要仔细核对。

宁波:“1985国家高程基准”注记点=“吴淞高程系统”注记点-1.87

嘉兴::“1985国家高程基准”注记点=“吴淞高程系统”注记点-1.8282100433B

新中国成立后ca采用两套大地坐标系

1954北京坐标系统 采用1942年克拉索夫斯基椭球做参考椭球，椭球参数如下：

长半周 a(m) 6378245

短半周 b (m) 6356863.0188

扁率 α 1/298.3

第一偏心率平方e2 0.006693421622966

第二偏心率平方e’2 0.006738525414683

高程以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算，按我国天文水准路线推算出来的。

80坐标系统

1980西安大地坐标系，也是参心坐标系统。坐标原点在陕西省西安市

采用的是75年国际大地测量协会推荐的数据。

椭球参数为：

长半轴a (m) 6378140

短半轴b(m) 6356755.2882

扁率α 1/298.257

第一偏心率平方e2 0.00669438499959

第二偏心率平方e’2 0.00673950181947

高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准。

另外，现在GPS测量常用到WGS--84坐标系统：

WGS-84坐标系，是由全球地心参考框架和一组相应的模型（包括地球重力场模型）和WGS-84大地水准面所组成的测量参照系。是一个协议地球参照系。原点是地球的质心M，Z轴指向国际时间局BIH1984.0定义的协议地球北极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP相对应的赤道的交点，Y轴垂直于ZOX平面且与Z、X轴构成右手坐标系。采用WGS-84椭球。四个基本参数：

长半轴a (m) 6378137

短半轴b(m) 6356752.3142

扁率 1/298.257223563

第一偏心率平方e2 0.00669437999013

第二偏心率平方e’2 0.006739496742227

自1987年1月10日之后，GPS卫星星历采用WGS-84坐标系系统，GPS网的测站坐标及测站之间的坐标差都属于WGS-84系统。

地形测量学现阶段采用的大地坐标系

家测绘局在公告中提供了新坐标系的技术参数。公告同时对新旧坐标系的转换和使用作出说明：2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到2000国家大地坐标系；2008年7月1日后新建设的地理信息系统应采用2000国家大地坐标系。

2008年3月，由国土资源部正式上报国务院《关于我国采用2000国家大地坐标系的请示》，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，我国将全面启用2000国家大地坐标系，国家测绘局受权组织实施。

采用2000国家大地坐标系的必要性

现行的大地坐标系历经50年，对国民经济建设作出了重大的贡献，效益显著。但其成果受技术条件制约，精度偏低、无法满足新技术的要求。空间技术的发展成熟与广泛应用迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系作为各项社会经济活动的基础性保障。

但从目前技术和应用方面来看，现行坐标系具有一定的局限性，已不适应发展的需要。主要表现在以下几点。

1.二维坐标系统。1980西安坐标系是经典大地测量成果的归算及其应用，它的表现形式为平面的二维坐标。用现行坐标系只能提供点位平面坐标，而且表示两点之间的距离精确度也比用现代手段测得的低10倍左右。高精度、三维与低精度、二维之间的矛盾是无法协调的。比如将卫星导航技术获得的高精度的点的三维坐标表示在现有地图上，不仅会造成点位信息的损失（三维空间信息只表示为二维平面位置），同时也将造成精度上的损失。

2.参考椭球参数。随着科学技术的发展，国际上对参考椭球的参数已进行了多次更新和改善。1980西安坐标系所采用的IAG1975椭球，其长半轴要比现在国际公认的WGS84椭球长半轴的值大3米左右，而这可能引起地表长度误差达10倍左右。

3.随着经济建设的发展和科技的进步，维持非地心坐标系下的实际点位坐标不变的难度加大，维持非地心坐标系的技术也逐步被新技术所取代。

4.椭球短半轴指向。1980西安坐标系采用指向JYD1968.0极原点，与国际上通用的地面坐标系如ITRS，或与GPS定位中采用的WGS84等椭球短轴的指向（BIH1984.0）不同。

天文大地控制网是现行坐标系的具体实现，也是国家大地基准服务于用户最根本最实际的途径。

面对空间技术、信息技术及其应用技术的迅猛发展和广泛普及，在创建数字地球、数字中国的过程中，需要一个以全球参考基准框架为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题。单纯采用目前参心、二维、低精度、静态的大地坐标系统和相应的基础设施作为我国现行应用的测绘基准，必然会带来愈来愈多不协调问题，产生众多矛盾，制约高新技术的应用。

若现在仍采用现行的二维、非地心的坐标系，不仅制约了地理空间信息的精确表达和各种先进的空间技术的广泛应用，无法全面满足当今气象、地震、水利、交通等部门对高精度测绘地理信息服务的要求，而且也不利于与国际上民航与海图的有效衔接，因此采用地心坐标系已势在必行。

地形测量学采用国家2000大地坐标系的意义

2000国家大地坐标系的科学性、先进性和实用性是显而易见的。我国采用2000国家大地坐标系，对满足国民经济建设、社会发展、国防建设和科学研究的需求，有着十分重要的意义。

1.采用2000国家大地坐标系具有科学意义，随着经济发展和社会的进步，我国航天、海洋、地震、气象、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等领域的科学研究需要一个以全球参考基准为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统，来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题，需要采用定义更加科学、原点位于地球质量中心的三维国家大地坐标系。

2.采用2000国家大地坐标系可对国民经济建设、社会发展产生巨大的社会效益。采用2000国家大地坐标系，有利于应用于防灾减灾、公共应急与预警系统的建设和维护。

3.采用2000国家大地坐标系将进一步促进遥感技术在我国的广泛应用，发挥其在资源和生态环境动态监测方面的作用。比如汶川大地震发生后，以国内外遥感卫星等科学手段为抗震救灾分析及救援提供了大量的基础信息，显示出科技抗震救灾的威力，而这些遥感卫星资料都是基于地心坐标系。

4.采用2000国家大地坐标系也是保障交通运输、航海等安全的需要。车载、船载实时定位获取的精确的三维坐标，能够准确地反映其精确地理位置，配以导航地图，可以实时确定位置、选择最佳路径、避让障碍，保障交通安全。随着我国航空运营能力的不断提高和港口吞吐量的迅速增加，采用2000国家大地坐标系可保障航空和航海的安全。

5.卫星导航技术与通信、遥感和电子消费产品不断融合，将会创造出更多新产品和新服务，市场前景更为看好。现已有相当一批企业介入到相关制造及运营服务业，并可望在近期形成较大规模的新兴高技术产业。卫星导航系统与GIS的结合使得计算机信息为基础的智能导航技术，如车载GPS导航系统和移动目标定位系统应运而生。移动手持设备如移动电话和PDA已经有了非常广泛的使用。

对国民经济的影响

应用现代空间技术进行地形图测绘和定位，可以大幅度提高点位表达的准确性，并且可以快速获取精确的三维地心坐标；可以提高测量精度和工作效率；可广泛地应用于数字农业、数字林业，智能交通（车辆的导航、调度与监控），以及民航（飞机的导航、调度与监控）、海事（船舶的导航、调度与监控）、水利（数字黄河和数字长江）、渔政部门、城市物流（城市精细管理中的基于位置服务）、突发事故预警与快速响应系统、通信供电网络维护系统、旅游、科学考察与探险等。

保障配套工作

在我国建立、使用2000国家大地坐标系，需要将现有的参心坐标系下成果转换到2000国家大地坐标系中。2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8年至10年。

现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。

现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到2000国家大地坐标系；2008年7月1日后新建设的地理信息系统应采用2000国家大地坐标系

本书是《数字地形测量学》（潘正风 程效军 成枢等编著）的配套实习教材，分为：习题、实验、电子测量仪器使用说明、数字地形图测量规定、控制测量程序设计五个部分。本书的读者对象为测绘工程专业本科生，其他专业的学生可根据学时数选择必做的实验项目和习题，或根据教学内容和仪器设备条件灵活安排。

《数字地形测量学/“十三五”江苏省高等学校重点教材》根据高等学校测绘学科教学指导委员会对本课程教学大纲提出的指导性意见编写，是测绘工程专业重要的技术基础课通用教材。《数字地形测量学/“十三五”江苏省高等学校重点教材》以数字化地形图测绘过程为主线，力求适应测绘新技术的发展趋势，努力做到先进性、实用性、通用性和高质量的统一。全书内容共分十二章，第一章至第八章为大比例尺测图基本理论与技术方法部分，内容包括测量基本知识、基本测量的原理和仪器、测量误差基本知识、控制测量、地形图测绘技术基础、大比例尺地形图测绘方法等；第九章和第十章为数字测图部分，内容包括数字地形图绘图的基本原理和技术基础、大比例尺数字地形图测绘方法；第十一章介绍了地形图在生产实际中的应用；第十二章介绍了常用的专题地图测绘技术方法。

《数字地形测量学/“十三五”江苏省高等学校重点教材》可作为高等学校测绘工程、地理信息系统、土地资源管理等专业的教材，也可作为其他专业测绘类课程的教学用书，亦可供相关专业技术人员参考。

潘正风 ，武汉大学教授，博士生导师。1940年11月23日生，武进漕桥镇人。1958年毕业于武进县前黄中学，1963年毕业于武汉测绘学院工程测量专业，留校任教，1969年因学院解散调入中国人民解放军测绘学校任教，1974年学院恢复，即回武汉测绘学院任教，1985年3月到11月在德国巴伐利亚州土地整理局进修土地整理中的测量自动化。长期从事教学和科研工作。曾任武汉测绘科技大学工程测量系副系主任、第五届中国建筑学会工程勘察分会副主任委员、国家测绘局科学技术委员会委员。现任第六届中国建筑学会工程勘察分会副主任委员。1991年享受政府特殊津贴。2100433B