國家水準網 national leveling network 在全國領土範圍內,由一系列按國家統一規範布設和測定高程的水準點所構成的網。又稱國家高程控制網。為國家經濟建設、國防建設和科學研究提供地麵點高程,也為天文大地網、地形圖測制提供高程控制。
基本介紹
- 中文名：國家水準網
- 外文名：national leveling network
- 類別：控制網
- 又稱：國家高程控制網
系統建設,系統布設,基面和原點,海面傾斜,用途,
系統建設
國家水準網 national leveling network
在全國領土範圍內，由一系列按國家統一規範布設和測定高程的水準點所構成的網。又稱國家高程控制網。為國家經濟建設、國防建設和科學研究提供地麵點高程，也為天文大地網、地形圖測制提供高程控制。
國家水準網採用由高級到低級，分幾個等級布設，逐級控制、加密。各等級的水準路線構成閉合環線。一、二等水準路線是高程控制網的基礎，沿地質構造穩定、坡度平緩的交通路線布設，用精密水準測量施測。一、二等水準路線定期重複測量，用以研究地殼垂直運動。為了計算觀測高差的有關改正，沿一、二等水準路線還要實施重力測量。三、四等水準路線加密一、二等水準網，直接為地形圖測制提供高程控制。
為了建立全國統一的高程控制網，必須確定一個水準基面，作為網中所有水準點高程的起算基準面，通常採用大地水準面作為水準基面，它是以沿海驗潮站長期的海水面升降觀測結果取平均值而確定的。嚴格說來，以不同驗潮站所得的平均海面為基準來求同一水準點的高程，其結果各不相同。國家水準網一般採用一個驗潮站所確定的平均海面作為水準基面。並在驗潮站附近設定永久性水準原點，將水準基面可靠地標定在地面上，由精密水準測量測定這一原點對於驗潮站平均海面的高程，作為國家水準網推算高程的基準。
系統布設
國家水準網中水準點的高程，由幾個等級的水準測量來測定,其施測精度逐級降低,由高級控制低級。一、二等水準路線需要定期進行重複測量，以檢查水準點的高程變化和研究地殼垂直運動。此外，一、二等水準路線還要實施重力測量，供改正水準測量數據之用。 中國國家水準網(見圖)中水準點的高程是由一、二、三、四等水準測量測定的。一等水準測量路線沿地質構造穩定和坡度平緩的交通線布滿全國，構成網狀，全長約 93000公里；網中共包括100個閉合環，根據地區情況和實際需要,閉合環周長在1000～1500公里之間。在一等水準環內布設的二等水準網，是國家高程控制的全面基礎。二等水準路線將一等水準環劃分為較小的環，其周長一般在500～750公里之間。三、四等水準測量直接提供地形測量和各項工程建設所必須的高程控制點。先用三等水準測量路線將二等環分為若干個更小的環，再用四等水準測量路線進一步加密。
中國的一、二等水準測量統稱為精密水準測量。它們是採用最精密的儀器施測的，並在作業過程中採取周密的措施，以消減各種誤差來源的影響（見水準測量）。此外，為了校核測量結果和估計測量精度，精密水準測量必須實施往測和返測，而且規定一、二等水準測量由往返測之差計算的每公里高差平均值的中誤差分別不大於0.5毫米和1.0毫米。
基面和原點
為了建立全國統一的高程控制網，必須確定一個水準基面，作為該網中所有水準點高程的起算基準。通常採用大地水準面作為水準基面。它是以沿海驗潮站長期的海水面升降觀測結果取平均值而確定的。大地水準面是一個等位面，該面上所有各點的地球重力位都相等。平均海面實際上並不是等位面，而是對等位面微有傾斜。嚴格說來，以不同驗潮站所得的平均海面為基準來求定同一水準點的高程，其結果將各不相同。因此，國家水準網一般採用一個驗潮站所確定的平均海面作為水準基面。中國測定平均海面的驗潮站設在青島市，採用由該站1950～1956年的驗潮資料推算的黃海平均海面作為水準基面，定名為黃海平均海面。由這一基準面起算的高程系統稱為1956年黃海高程系統。
為了將水準基面可靠地標定在地面上，必須在驗潮站附近設定永久性水準原點，由精密水準測量測定這一原點對於驗潮站平均海面的高程。中國的水準原點設在青島市觀象山上（見彩圖），它相對黃海平均海面的高程為72.289米。國家各等水準點的高程都依據該點的高程推算。由黃海平均海面起算的高程稱絕對高程或海拔高程，在一般測量套用中簡稱海拔或標高。
海面傾斜
定義大地水準面時，假定海洋在完全靜止和平衡狀態下的表面是一個等位面。實際上由於不同海域的海水溫度和含鹽量各不相同，所受的大氣壓力有顯著差異，加上其他一些干擾因素的影響，平均海面並不是一個等位面，而是相對於一個接近平均海面的等位面（標準海面）有起伏，即存在海面傾斜。
如果沿海岸設定若干個驗潮站，由各站的驗潮結果得出當地海域的平均海面，再用精密水準測量連測各站上設定的水準點，即可得出沿大陸邊緣附近海域的海面傾斜。
在深海海域，如果測定不同深度的海水現場溫度和鹽度,並加入氣壓和其他改正,也可以計算平均海面的傾斜，這種方法稱為海洋水準測量。由此可得出平均海面以標準海面為起算面的位數，稱為動力高或海面位。以動力高表示的傾斜稱海面地形。標準海面是一個同平均海面相差很小的等位面，整個海洋的最大海面起伏不大於2.8米，所以平均海面可以近似地代表大地水準面。
由於海面傾斜，各國根據驗潮結果所採用的水準基面具有不同的海面位。為了解決這一矛盾，可以根據海面地形資料，定義一個全球統一的大地水準面。這是海洋大地測量的一項重要任務。
用途
國家水準網在經濟建設、國防建設和有關科學研究中，有著多方面的用途。國家大地網中地麵點的三維坐標需要用大地經度、大地緯度和大地高程表示。地形測圖需要海拔高程，這些高程由具有一定精度和密度的水準網來提供。國家的許多基本建設，如鐵路和公路的修建、城市基本建設、河流的治理和農田水利建設等，都必須由國家水準網提供高程數據。在科學研究中，重複水準測量可以用於監測地殼垂直運動以及城市和工礦地區的地面沉降；為地球動態的研究、地震預報的探索和環境控制提供數據；由國家水準網和各驗潮站聯測的結果，可以研究海面傾斜。
