高程系统
第四节我国的高程系统
回顾旧课：
绝对高程：海拔、标高，简称高程，以H表示。 相对高程：用H′表示。
高差 hAB H B H A H B H A
提出问题：桌子角的高是多少？
A B
H H H A A
H B
B
假定水准面
大地水准面
建立高程系的核心问题是确定高程起算面
控制测量
第四节我国的高程系统
四、水准测量的理论闭合差
2、正常水准面不平行性对水准测量产生的影响 B
Hn
结论：沿两条不同路线施测的两点 间高差结果不一致。
控制测量
A h3
N
h/3H3
h2 h1
h/2 H2
h/1
H1
O
大地水准面
C
7
第四节我国的高程系统
四、水准测量的理论闭合差
3、水准测量理论闭合差
已知：闭合环形OABNO
控制测量
向量之间的夹角。
控制测量
第四节我国的高程系统
二、高程系统之间的关系
控制测量
第四节我国的高程系统
二、高程系统之间的关系
第四节我国的高程系统
控制测量
第四节我国的高程系统
三、我国的高程系统
❖ 我国现行的两个高程系统： ▪ 1956年黄海高程系的水准原点高72.2893米 ▪ 1985国家高程基准的水准原点高72.2604米
∵：
H
B 测
H 测 B
∴：即使水准测量完全没有误差，这个水准环形路线的闭 合差也不为零。
在闭合环形水准路线中，由于水准面不平行所产生的闭合 差称为理论闭合差。
措施：对高差结果加改正数，统一到“正常高高程系统”。
控制测量
大地测量学第三章 2高程系统
M K ω 2r 3 U = f [1 + 2 (1 − 3 cos 2 θ ) + sin 2 θ ] r 2 fM 2r
上一讲应掌握的内容
4.正常重力公式 4.正常重力公式 γ 0 = fM (1 + α − 3 q + ( 5 q − α ) cos 2 θ ) 2
（正常椭球面上） 正常椭球面上） 赤道正常重力： 赤道正常重力： 极点处正常重力： 极点处正常重力：
高出水准椭球面H米的正常重力计算公式 高出水准椭球面 米的正常重力计算公式
γ = γ 0 − 0.3086 H
上一讲应掌握的内容
5.正常重力场参数 5.正常重力场参数 地球正常(水准)椭球的基本参数，又称地球大地基准常数是：
a , J 2 , fM , ω
ωa 3 q 3K fM µ q q= α = J2 + µ = U0 = (1 + + ) 2 fM 2 2 2a a 3 2 旋转椭球体为我们提供了一个非常简单而又精确的地球 几何形状的数学模型，使一些公式推导与计算很方便。为了 几何形状的数学模型，使一些公式推导与计算很方便。 地面上以铅垂线为依据的观测数据归算到椭球面上， 地面上以铅垂线为依据的观测数据归算到椭球面上，还必须 给这个椭球模型加上密合于实际地球的引力场。为此， 给这个椭球模型加上密合于实际地球的引力场。为此，我们 首先把旋转椭球赋予与实际地球椭球相等的质量， 首先把旋转椭球赋予与实际地球椭球相等的质量，同时假定 它与地球一起旋转， 它与地球一起旋转，进而用数学约束条件把椭球面定义为其 本身重力场中的一个等位面，并且这个重力场中的铅垂线方 本身重力场中的一个等位面， 向与椭球面相垂直， 向与椭球面相垂直，由此决定的旋转椭球的重力场称为正常 重力场。这样的椭球称为正常椭球，也称为水准椭球。 重力场。这样的椭球称为正常椭球，也称为水准椭球。
高程系统简单介绍
高程系统简单介绍高程系统是指一种用来确定和测量地表和地球表面上各个点的高度的技术和方法。
高程系统在地理信息系统、土地测绘、工程设计等领域应用广泛，能够提供各种精度要求下的地表数据，为地质勘探、水文分析、地形建模等研究提供基础数据。
高程系统的原理是通过测量地球表面上的点相对于其中一基准面的高度差。
基准面可以是大地水准面、椭球面或其他参考面。
在实际应用中，通常采用水准测量或全球导航卫星系统（GNSS）测量等方法来确定点的高程。
高程系统可以提供绝对高程（相对于大地水准面）或相对高程（相对于参考点或其中一标高面）的测量结果。
高程系统包括高程控制网、高程测量和高程计算三个主要组成部分。
高程控制网是由一系列具有已知高度的基准点和控制点组成的测量网络，用于提供高程测量的参考框架。
高程测量是通过测量和记录各个点的高程差来确定点的高度。
高程计算是通过数学模型和计算方法，将测量结果转化为高程数值。
高程计算可以包括大地水准面的拟合计算，以及椭球面的转化计算等。
高程系统的应用范围广泛。
在土地测绘中，高程系统可以用来确定土地的坡度和坡向，以及地表特征的高程分布。
在工程设计和建设中，高程系统可以用来确定地面的高度和变化，以进行地形分析和土地利用评估。
在地质勘探和矿产资源调查中，高程系统可以用来确定地下水位和矿井的高程，以进行资源评估和开采规划。
在水文分析和环境研究中，高程系统可以用来确定河流、湖泊和水库的高程，以进行水文模拟和水资源管理。
高程系统的精度要求根据应用的需求而定。
在一般土地测绘和工程设计中，高程精度一般要求在几厘米到几十厘米范围内。
在水利工程和交通工程等需要更高精度的领域，高程精度要求可以达到亚厘米甚至毫米级。
为了满足不同应用的需要，高程系统通常会与其他测量技术和数据源相结合，如全球导航卫星系统、激光扫描和遥感影像等。
总之，高程系统是一种应用于地理信息系统、土地测绘和工程设计等领域的技术和方法，用于确定和测量地表和地球表面上各个点的高度。
不同高程系统之间的关系和转换
不同高程系统之间的关系和转换概述：不同高程系统是指在地球表面上测量和表示高程的不同方法和标准。
由于地球是一个不规则的椭球体，不同的高程系统会采用不同的基准和测量方法。
本文将介绍几种常见的高程系统，包括大地水准面、椭球面高程、正高程和大地水准面与椭球面的转换关系。
一、大地水准面（Mean Sea Level）大地水准面是指地球上所有点的平均海平面。
它是一个理想的参考面，用于测量和比较不同地点的高程。
在大地水准面上，海平面的高程被定义为0。
大地水准面可以通过水准测量和重力测量等方法来确定和维护。
二、椭球面高程（Ellipsoidal Height）椭球面高程是指相对于一个参考椭球体的高程。
参考椭球体是一个近似于地球形状的椭球体，可以通过测量和计算得到。
椭球面高程的基准点通常是一个参考椭球体上的某个点，称为基准点。
椭球面高程与大地水准面的高程之间存在一定的差异，这个差异被称为大地水准面偏差。
三、正高程（Orthometric Height）正高程是指相对于大地水准面的高程。
它是通过测量从地面到大地水准面的垂直距离来确定的。
正高程可以通过水准测量和重力测量等方法来测量和计算。
在测量正高程时，需要考虑地球表面的地形起伏和重力变化等因素。
四、大地水准面与椭球面的转换关系由于大地水准面和椭球面是两种不同的高程系统，它们之间存在一定的转换关系。
常见的转换方法有以下几种：1. 大地水准面高程到椭球面高程的转换：大地水准面高程可以通过加上大地水准面偏差来转换为椭球面高程。
大地水准面偏差可以通过水准测量和重力测量等方法来确定。
2. 椭球面高程到大地水准面高程的转换：椭球面高程可以通过减去大地水准面偏差来转换为大地水准面高程。
3. 正高程到椭球面高程的转换：正高程可以通过加上大地水准面偏差来转换为椭球面高程。
4. 椭球面高程到正高程的转换：椭球面高程可以通过减去大地水准面偏差来转换为正高程。
需要注意的是，大地水准面和椭球面的转换关系是基于特定的基准点和参考椭球体来确定的，不同的基准点和参考椭球体会导致不同的转换结果。
高程系统及其相互关系
高程控制 网的布设
高程测量
外业计算
内业计算
确定地面点正常高流程
Process of Getting Normal Height
往测高差=所有往测测站高差读数中数之和
往 h12
高程控制 网的布设
往测
高程测量
1
水 准 返测
… …
水
2
准
点
外业计算
点
测站
内业计算
返 h12
返测高差=所有返测测站高差读数中数之和
i i ζ i H 大 H常，（ i 1， ，n ) ζ为似大地水准面差距
1
2
… n
4.3.不同高程系统之间的关系
二、GPS水准
Relation of different height system
i vi a0 a1 xi a2 yi a3 xi a4 xi yi a5 yi a6 xi a7 xi yi a8 xi yi a9 yi
p gdh (GPU )
1 GPU =1千伽米=105厘米2/秒2
4.2.高程系统
Height System
大地高 正 高
几何意义 物理意义 半物理意义 物理意义 物理意义
H正 H常
H力
1 gdh gm 1
正常高 力 高
m
1
gdh
gdh
45
重力位数
p gdh
（路线闭合差） W HA h中2 h中2 HB A1 12
外业计算
（路线闭合差改正）v i
即简单的平差
R
n 1
Ri
W
i
内业计算
高程系统
高程系统武汉大学测绘学院 潘正风一．正高系统正高系统以大地水准面为高程基准面，地面上任一点的正高是指该点沿垂线方向至大地水准面的距离。
⎰=gdh g H B m B 1正式中，B m g 为B 点沿垂线方向不同深处重力的平均值，⎰gdh 是过B 点的水准面与起始大地水准面之间位能差。
但由于B 点沿垂线方向不同深处的重力不能测定，所以B m g 不能精确得到，正高也就不能精确求得。
二．正常高系统将B m g 用正常重力B m γ代替，便得到另一种系统的高程，称其为正常高。
⎰=gdh H Bm B γ1常式中，g 由沿水准测量路线的重力测量得到，dh 是水准测量的高差，B m γ是按正常重力公式算得的正常重力平均值。
正常重力按下式计算：H 3086.00-=γγH 以米为单位，正常重力0γ按1975年国际地球物理和大地测量联合会推荐的正常重力公式计算：()ϕϕγ2sin 0000058.0sin 005302.01032.978220-+=我国规定采用正常高高程系统。
正常高以似大地水准面为基准面的高程。
在海面上， 大地水准面和似大地水准面重合。
三．国家高程基准采用大地水准面作为高程基准面。
有“1956年黄海高程系统”和“1985国家高程基准”。
m H H 029.05685-=四．GPS 高程GPS 除测出平面坐标外，还测出大地高H （即沿WGS-84椭球体法线到椭球面的距离）。
如果能知道WGS-84椭球面和似大地水准面之间的差值，则可由GPS 的大地高求得正常高。
在一个区域确定WGS-84椭球面和似大地水准面之间的差值，是在该区域建立高精度的似大地水准面。
通过高精度GPS 控制网和水准测量控制网，综合利用重力资料，进行似大地水准面的拟合来实现。
我国常见的高程系统及其换算关系
我国常见的高程系统及其换算关系高程基准是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。
国家高程基准是根据验潮资料确定的水准原点高程及其起算面。
目前我国常见的高程系统主要包括“1956年黄海高程”、“1985国家高程基准”、“吴凇高程基准”和“珠江高程基准”等四种。
1．“1956年黄海高程”我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，叫“1956年黄海高程”系统，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面。
该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。
1956黄海高程水准原点的高程是72.289米。
该高程系与其他高程系的换算关系为：“1956年黄海高程”＝“1985年国家高程基准”＋0.029（米）“1956年黄海高程”＝“吴凇高程基准”－1.688（米）“1956年黄海高程”＝“珠江高程基准”＋0.586（米）2．“1985国家高程基准”由于“1956年黄海高程”计算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，叫“1985国家高程基准”，并用精密水准测量位于青岛的中华人民共和国水准原点。
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。
1985国家高程系统的水准原点的高程是72.260米。
习惯说法是“新的比旧的低0.029m”，黄海平均海平面是“新的比旧的高”。
该高程系与其他高程系的换算关系为：“1985年国家高程基准”＝“1956年黄海高程”－0.029（米）“1985年国家高程基准”＝“吴凇高程基准”－1.717（米）“1985年国家高程基准”＝“珠江高程基准”＋0.557（米）3．“吴凇高程基准”“吴凇高程基准”采用上海吴淞口验潮站1871～1900年实测的最低潮位所确定的海面作为基准面，该系统自1900年建立以来，一直为长江的水位观测、防汛调度以及水利建设所采用。
中国常用的2个高程系
中国常用的2个高程系
中国常用的两个高程系是：国家高程基准和地方高程基准。
1. 国家高程基准：国家高程基准是中国测绘部门制定的统一的高程基准系统，用于整个国家范围内的高程测量和地理信息系统。
国家高程基准的起始点是位于上海的长江河口高程基准点，通过一系列的高程传递和测量，形成了一套完整的高程系统。
2. 地方高程基准：地方高程基准是各地方政府根据实际需要和地理特点制定的本地区的高程测量基准系统。
由于中国地域广阔，地形复杂，地方高程基准可以根据地区的具体情况进行调整和修正，以确保高程测量的准确性和可靠性。
这两个高程基准系统都是为了统一和规范高程测量，保证测量结果的一致性和可比性。
在实际的工程测量和地理信息系统中，根据需要选择合适的高程基准进行测量和数据处理。
GPS高程第1节高程系统在测量中常用的高程系统有大地高
第七章 GPS 高程第1节 高程系统在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。
一、大地高系统大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。
某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。
大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H 表示。
大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。
二、正高系统正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。
某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号gH 表示。
三、正常高正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。
某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用γH 表示。
四、高程系统之间的转换关系图16 高程系统间的相互关系大地水准面到参考椭球面的距离，称为大地水准面差距，记为gh 。
大地高与正高之间的关系可以表示为：gg h H H +=似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为ζ。
大地高与正常高之间的关系可以表示为：ζγ+=H H第2节 GPS 高程的方法由于采用GPS 观测所得到的是大地高，为了确定出正高或正常高，需要有大地水准面差距或高程异常数据。
一、等值线图法从高程异常图或大地水准面差距图分别查出各点的高程异常ζ或大地水准面差距gh ，然后分别采用下面两式可计算出正常高γH 和正高gH 。
正常高：ζγ-=H H正高：gg h H H -=在采用等值线图法确定点的正常高和正高时要注意以下几个问题：注意等值线图所适用的坐标系统，在求解正常高或正高时，要采用相应坐标系统的大地高数据。
采用等值线图法确定正常高或正高，其结果的精度在很大程度上取决于等值线图的精度。
二、地球模型法地球模型法本质上是一种数字化的等值线图，目前国际上较常采用的地球模型有OSU91A 等。
不过可惜的是这些模型均不适合于我国。
三、高程拟合法 1. 基本原理所谓高程拟合法就是利用在范围不大的区域中，高程异常具有一定的几何相关性这一原理，采用数学方法，求解正高、正常高或高程异常。
高程系统
高程系统
我们知道要确定地面点的高程可 以通过水准测量、三角高程测量、GPS测 量推求，但无论是哪种方法求出的地面 点的高程，都有一个基准面（起算面） 和基准线（按什么线量取的高程），不 同的高程基准线、基准面构成了不同的 高程系统。
高程系统
主要内容：
一、铅垂线与水准面 二、地球椭球与参考椭球 三、高程系统 四、水准面不平行性的影响
高程系统
布置作业：
正高、正常高、大地高系统及其联系？
高程系统
请首长批评指正！ 请首长批评指正！
高程系统
的一般定义： 地面点高程的一般定义：由该点沿基 准线到基准面的距离。 准线到基准面的距离。不同的高程基准 线、面就构成了不同的高程系统。显然， 面就构成了不同的高程系统。显然， 同一地面点在不同高程系统中其高程值 也不相同。 也不相同。
高程系统
p
H正 H
H常
似大地水准面 大地水准面 N ζ
B A
∆h3 ∆h4 ∆h4/
N
∆h2/
∆h3/
∆ H4 ∆ H3 ∆ H2 ∆ H1 C
高程系统
尺长改正、 尺长改正、正常高改正和闭合差改 正后，各水准点概略高程： 正后，各水准点概略高程：
高程系统 内容小结：
本节课我们对高程系统的学习， 了解高程系统的一些基本内容,对正高、 正常高、大地高系统及其联系有了深刻 的理解，为我们以后的学习奠定了坚实 基础。
参考椭球面
我们都使 用什么样 的高程系 统，以及 其来历是 什么呢？
高程系统
1.1.水准面
一 铅 垂 线 与 水 准 面
W+dW A
水准面是水准测量野外作业基准面， 水准面是水准测量野外作业基准面，水准 测量高差就是两水准面之间的差距。 测量高差就是两水准面之间的差距。 水准面是个重力等位面。 水准面是个重力等位面。 水准面有无穷多个， 水准面有无穷多个，每个水准面都可构 面。 个 个 的 面。 两水准面都 。 面。 水准面是个 有 的 面。
01高程系统——大地高、正高、正常高
大地高、正高、正常高
曾洪云 云南大学资环学院
高程系统是指相对于不同性质的起算面（大地水准面、似大地水准面、椭球面等）所定义 的高程体系。
高程系统采用不同的基准面表示地面点的高低，或者对水准测量数据采取不同的处理方法 而产生不同的系统，分为正高、正常高、力高和大地高程等系统。高程基准面基本上有两 种：一是大地水准面，它是正高和力高的基准面；二是椭球面，它是大地高程的基准面。 此外，为了克服正高不能精确计算的困难还采用正常高，以似大地水准面为基准面，它非 常接近大地水准面。
单位：云南学
大地高就是地面上某点到沿通过该点的椭球面法线，到参考椭球面的距离。 由于地球并不规则，为了研究的方便，引入一个参考椭球，便于将外业测绘成果进行内业解算。 地面点在三维大地坐标系中的几何位置，是以大地经度、大地纬度和大地高程表示的。 大地高程可直接由卫星大地测量方法测定，也可由几何和物理大地测量相结合来测定。
其中，P点为假想的地面点，那P点到参考椭球面 的距离Hp就是大地高。
单位：云南学
正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。地球上某点的正高就是该点到通过该点的铅垂线 与大地水准面的交点之间的距离。
正高是不以水准路线而异的，因此正高是一种唯一确定的数值，可以用来表示地面点高程，但由 于决定正高大小的、任一点垂线方向上相应于dH处的重力gBm随着深入地下深度不同而不同，并与 地球内部质量有关，而内部质量分布及密度是难以知道的，所以gBm不能精确测定，正高也不能精 确求得。
正常高和正高之差,在高山地区两者最多相差4米，在平原地区两者只差几厘米，在海水面上为
零。故大地水准面的高程原点对似大地水准面也是适用的。
似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记ζ，大地高与正常高之间的关系为：
国家高程系统
以青岛大港验潮站 1952～1979 年的潮汐观测资料，按 19 年周期计算该区域平 均海 水面的平均值作为起算基准面，定名为“1985 年国家高程基准”。仍用 1954 年国家水准原 点，高程为 72．2604 米。建国初，淮委、长办和城建部门，曾使用各种旧的高程系统。1957 年，全国大地测量法式会议确定，采用 1956 年“黄海平均海水面”为起算面后，不少单位在 不同 时 期推 求 过各 高程 系 统之 间的 差 值关 系 。由 于 使用 的资 料 不同 ，所推 求 出的 差值 也 互 不相同，根据国家测 绘局出版《大地测量图集》、1985 年 高程系统一等 水准点 成果表及 有 关资料绘制各高程系统零点差值图 1—5—4 如下：
① 《浙江省测绘志办公室》“关于坎门高程系的报告”。 ② 长办勘测总队《长江水利测绘志》146 页。 ③ 沈秉璜《勘淮笔记》民国 15 年版。 ④ 国家测绘局《全国大地测量图集》附图 1 说明。
·68·
点高程系’。”① 后经测量，计算出该点 1956 年黄海高程为 16．853 米。民国时期和建国初 期，安 徽 淮河 流域 测 图均 用此 系 统。
二、吴淞高程系统
吴淞验潮站位于黄浦江口西岸，东距海口 40 余公里。清咸丰十年（1860 年），海关巡 工司在张华滨设立水尺，光绪九年（1883 年）初，在水尺旁埋设基石，测得高程在最低水面 以上 5．128 米。光绪二十六年前后，根据同治十年至光绪二十六年（1871～1900 年）水位 观测记录，“制定了一个比当时曾经实测到的最低水位略低的高程作为该 站水尺零点，初 设时名为“吴淞零点”，后正式定为“吴淞零点”。在设立后的 10 年中实测最低水位，10 年 平均为吴淞零上 0．49 米。”② 民国 10 年（1921 年），接测到张华滨基点，高程 5．105 米。次 年，扬子江技术委员会确定以此点为长江流域高程起算点（吴淞）。民国 22 年以后，该点开 始下沉，至 1965 年，沉陷量达 1．326 米。民国 13 年，扬子江水利委员会完成了吴淞口至湖 口的精密水准测量，沿线在镇江设有 Y ．R ．C ．BM 308 地下普通标石，长委会 1956 年 在进 行长江中下游水准网平差时，决定改用 Y ．R ．C ．BM 308 点作为长江流域暂时统一的 吴淞 高程起算点，高程 9．391 米。1958 年前，长办等单位在长江流域测图时使用此系统。
高程系统的概念
高程系统：概念、历史与发展高程系统是测量学中的一个概念，用于确定地球表面点的高程位置。
高程系统的发展经历了不同的历史阶段，从早期的参考椭球体到现代的大地水准面，都在不断地完善和改进。
本文将详细介绍高程系统的概念，包括参考椭球体、大地水准面、高程起算点、高程测量方法、高程系统应用、高程系统的历史与发展等方面。
1.参考椭球体参考椭球体是高程系统的基础之一，它是一个虚构的椭球体，用于模拟地球的形状。
84椭球体是当前广泛使用的一种参考椭球体，其半长轴为6378137米，扁率（长短轴之比）为298.257224。
参考椭球体的形状和大小是由两个主轴和扁率确定的，这些参数是通过测量地球表面的点位数据计算得出的。
2.大地水准面大地水准面是指与平均海水面重合并延伸到大陆内部的水平面。
大地水准面是一个理想的等高面，用于表示地球表面的海拔高程。
大地水准面的形状和大小与地球的形状和大小密切相关，因为它的形成是由地球表面的重力场和海水面共同作用的结果。
3.高程起算点高程起算点是高程系统的起点，通常是以某一点的高程作为基准，然后通过测量得出其他点的高程。
在中国的传统测量中，黄海海平面被广泛采用作为高程起算点。
随着测量技术的发展，现代高程起算点通常采用全球定位系统（GPS）测量的水准点。
4.高程测量方法高程测量方法包括水准测量、三角测量、GPS测量等方法。
水准测量是使用水准仪测量两点之间的高差，三角测量是通过测量三角形角度和边长来确定点位高程的方法，GPS测量则是通过接收卫星信号来确定点位高程的现代方法。
这些方法可以根据不同的需求和条件进行选择和应用。
5.高程系统应用高程系统广泛应用于水利、交通、建筑、地质等领域。
例如，在水利工程中，高程系统被用于确定水库大坝和河道的高程位置，以确保水利工程的稳定性和安全性；在交通工程中，高程系统被用于确定道路和桥梁的高程位置，以确保交通的顺畅和安全；在建筑领域中，高程系统被用于确定建筑物和公共设施的高程位置，以确保城市的规划和建设的美观和质量。
高程系统_精品文档
高程系统在现代工程和测绘领域中，高程是一个重要的概念。
高程系统是一种用于确定地球表面各点高度的技术和方法的集合。
高程系统在土地开发、建筑设计、水资源管理、城市规划、交通规划等各个领域起着至关重要的作用。
高程系统的基本原理是利用重力和水平线确定地面的高度。
在地球表面，重力作用导致物体相对于海平面产生一个垂直方向上的位移。
利用这一原理，高程系统能够测量地球表面各个点相对于一定参考面的高度差。
高程系统一般由地面测量仪器、数据处理软件和高程参考面组成。
地面测量仪器包括水准仪、全站仪、GNSS接收机等。
水准仪是一种用于测量点之间高程差的仪器，通过观测水平线和尺度读数，可以计算出各点的高程差。
全站仪是一种多功能测量仪器，可以同时测量高程、水平和方位角。
GNSS接收机则利用全球卫星定位系统（GNSS）接收到的卫星信号，通过计算卫星和接收机之间的距离差来确定高程。
数据处理软件用于处理测量数据，并生成高程图和高程模型。
高程参考面是一个基准面，用于确定地面的零点。
常见的高程参考面包括平均海平面、国家大地水准面等。
高程系统的应用非常广泛。
在土地开发中，高程系统用于测量地形和地势，帮助确定土地分布、地块划分和道路设计。
在建筑设计中，高程系统可以提供建筑物基地的高度和坡度信息，用于平衡土地和建筑物之间的关系。
在水资源管理中，高程系统帮助确定水体的高度和流动方向，用于水库设计和水文模拟。
在城市规划和交通规划中，高程系统用于确定道路和铁路线路的高度和坡度，确保交通线路的平稳和安全。
然而，高程系统也面临一些挑战和限制。
首先，地球表面的高程差异很大，一些地区可能存在较大的高程梯度。
在这种情况下，高程测量和处理技术需要更高的精度和准确性。
其次，高程系统在山区、森林和沼泽等复杂地形中的应用受到一定的限制，因为这些地区的可见性和访问性有限，对于测量和测量结果的验证提出了更大的挑战。
此外，高程系统在海洋和河流等大面积水域的测量也存在一定的困难，因为水面的波动和涨落会影响测量精度。
高程系的概念
高程系的概念高程系是指测定地球表面上某一点的海拔高度或地面高度的一种系统。
在地理学和地测学中，高程系是一个重要的概念，不仅在地图制作、土地规划、水文地理、气候研究等领域有广泛的应用，而且也被广泛应用于各种工程项目中，如道路建设、水利工程、城市规划等。
高程系的建立和应用对于确保工程项目的安全性和有效性至关重要。
下面，我将详细介绍高程系的概念和相关内容。
高程系是一个用于测定地球表面上某一点的垂直距离的系统。
在高程系中，垂直方向选择了一条参考线，称为基准面，用来测定地表上点的高度。
在地球上，通常使用海平面作为基准面。
因为海平面的高程是相对稳定不变的，选择其作为基准面可以确保高程测量的统一和可比性。
当然，也有其他基准面的选择，例如大地水准面、椭球面等，但相对较少使用。
高程系的建立需要两个基础要素，一个是高程基准面的选取，一个是高程测量的方法。
在计算高程时，需要考虑的因素包括大地水准面的形状、引力的影响、地球自转的影响等。
这些因素会影响到高程测量的精度和准确性，需要在建立高程系时予以考虑。
为了提高高程测量的精度，还需要使用一些辅助手段，例如水准测量、GPS测量、激光测距仪等。
通过这些辅助手段的应用，可以减小测量误差，提高高程测量的精度。
高程系在工程项目中的应用非常广泛。
首先，在道路建设中，高程系的建立可以用来设计路面的坡度、弯道的半径等，确保道路的平整和安全。
其次，在水利工程中，高程系的建立可以用来计算河流的水位、计算水坝的溢洪量等，确保水利工程的安全和可靠。
此外，在城市规划中，高程系可以用来设计城市的排水系统、计算建筑物的高度等，确保城市建设的科学和合理。
除了工程项目，高程系还在地理学和气候研究中有着重要的应用。
在地理学中，高程系可以用来绘制地形图，展示地球表面的起伏和地势变化，帮助人们了解地球的地理形态。
在气候研究中，高程系可以用来计算大气层的厚度和密度分布，研究地形对气候的影响，从而更好地理解和预测气候变化。
高程系统
选择合适的高程异常已知点
所谓已知点的高程异常值一般是通过水准测 量测定正常高、通过GPS测量测定大地高后获得 的。在实际工作中，一般采用在水准点上布设 GPS点或对GPS点进行水准联测的方法来实现，为 了获得好的拟合结果要求采用数量尽量多的已知 点，它们应均匀分布，并且最好能够将整个GPS 网包围起来。
高程异常已知点的数量
若要用零次多项式进行高程拟合时，要确定 1个参数，因此，需要1个以上的已知点；若要采 用一次多项式进行高程拟合，要确定3个参数， 需要3个以上的已知点；若要采用二次多项式进 行高程拟合，要确定6个参数，则需要6个以上的 已知点。
已知点为一个
把已知点上的高程异常改正到其 它点上去 定义了高程平差面，此平面沿着 直线方向前进 定义了高程平差面 二次曲面拟合定义了曲面
采用等值线图法确定点的正常高和正高时要 注意以下几个问题：
1、注意等值线图所适用的坐标系统，在求解正 常高或正高时，要采用相应坐标系统的大地高数据。 2、采用等值线图法确定正常高或正高，其结 果的精度在很大程度上取决于等值线图的精度。
2、地球模型法
地球模型法本质上 是一种数字化的等值 线图，目前国际上较 常采的地球模型有 EGM96、OSU91A等。带 入经纬度坐标即可得 到 ζ或hg 。不过可 惜的是这些模型均不 适合于我国。
GPS高程
高程系统
大地高系统
大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程 系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭 球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高 也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。 大地高是一个纯几何量，不具有物理意义， 同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。
正高系统
正高系统是以大地水准面为基准面的高 程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅 垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高 用符号Hg表示。
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长江中下游干流吴淞高程系统概论（徐菊华姜本海姚楚光）摘要: “吴淞高程系统”自1900年建立以来，在长江的防汛建设中担负着重要的使命。
随着时间的推移，“吴淞高程系统”基准点几经变迁，又衍生了多种“吴淞高程系统”。
为了使人们对吴淞高程系统有一个全面准确的了解，2003年长江空间信息技术工程公司开展了对吴淞高程系统的考证及高程系统之间的分析论证工作。
通过“2002年长江中下游干流高程控制测量项目”的展开，计算、分析、论证，指出原《长江流域二、三、四等水准成果》（第一、二、三、四册红本）中宜昌—上海段长江南北两岸的成果已不能满足流域规划和堤防建设的需要，为了保持防汛资料的连续性，提出了建立和维护资用吴淞高程系统（2003）基准的必要。
关键词: 防汛;吴淞高程;资用吴淞高程;冻结吴淞高程;资用吴淞高程（2003）基准中图分类号: P337-3 文献标识码: A高程控制是水利勘测、规划、设计以及工程建设的重要测绘基础工作，统一的高程系统和准确的高程成果尤其对堤防建设、水情测报、防汛调度至关重要。
吴淞高程系统自1900年建立以来，一直为长江的水位观测、防汛调度以及水利建设所采用。
1957年以青岛验潮站1950～1956年测定的平均海水面为基准面（零点），建立了“1956年黄海高程系统”。
1985年又以青岛验潮站1952～1979年潮汐观测计算的平均海水面为基准面，建立了“1985国家基准”以替代“1956年黄海高程系统”。
长江流域水利建设曾采用的高程系统繁多，但主要采用“吴淞高程系统”、“1956年黄海高程系统”和“1985国家高程基准”。
其中“1956年黄海高程系统”和“1985国家高程基准”为国家法定的高程系统，资料较为完善，但吴淞高程系统是长江流域所特有的，没有专门机构对其进行数据更新、维护。
考虑到吴淞高程系统在长江流域建设中起到的重要作用，有必要对吴淞高程系统建立、发展及目前存在的问题进行了解。
1 吴淞高程系统介绍采用上海吴淞口验潮站1871～1900年实测的最低潮位所确定的海面作为基准面，所建立的高程系统称为“吴淞高程系统”。
1.1 吴淞高程系统起源鸦片战争以后，1854年6月英、美、法驻沪公使、领事决定引进外国势力与征税机关，组织了关税管理委员会，由英、美、法三国领事与沪道缔结关于上海海关之约九条……于是就有了外国人管理我国海关之先河。
为了保证舰船安全通过吴淞内沙浅滩，旧海关就在长江口内东距海滨40余千米处的吴淞口设立了验潮站（又称测潮站），即吴淞口验潮站。
1871年或以前，旧海关（吴淞海关港务司署）设立吴淞零点水尺，供航行及测量之用，当时名“信号站”;自1871年起即有潮汛资料供给浚浦局，经长期记载定出1871～1900年之间出现的最低潮位为零点，当时称为“吴淞海关零点”简称“吴淞零点”，是吴淞零点高程系统的起算依据。
约在1900年，在黄浦江口左岸附近的吴淞海关港务司署内设立一个土中石质水准基点，测定石质水准基点的吴淞零点高程作为基准。
1.2 吴淞高程系统基准点的变迁每一个高程系统均须有一水准原点，并依据基准面决定水准原点高程，以作为高程控制网的起算点，为与国家高程系统的水准原点相区别，吴淞高程系统的水准原点改称为基准点（基点）。
基准点的点位须稳定，标志要能长期保存。
由于上海地区地面沉陷，致使吴淞高程系统几易基点，了解基点的变迁，对正确使用吴淞高程系统的高程资料是很有裨益的。
1.2.1 张华浜基点的设置1921年浚浦局在距海关吴淞信号站基准标石不到300m处，打入一根7.32m长的钢筋混凝土桩，桩顶嵌有铜头，地面筑成阴井，加水泥盖板。
测得高程为吴淞零点5.1054m。
该点称之为“张华浜基点”。
由于该点距离长江江岸较近，1922年扬子江技术委员会就从此点出发，引测而上直至宜昌，测程近1800km，成为长江流域普遍使用的吴淞高程系统。
这个“基点”一直使用到20世纪50年代初期。
由于确定该点已随上海陆地沉降而发生严重沉陷，因此失去作为水准“基点”的作用。
1.2.2 佘山基点的设测1922年6月，浚浦局在长江三角洲冲积平原外，离吴淞约60km的松江县西北面的佘山半坡天主教堂右侧天然岩石石壁上，用水泥镶嵌一个直径76.2mm、长约254mm的铜棒（露出端部分为圆球状），作为永久性的吴淞水准基点，其上附设有铜牌，刻有“浚浦局佘山水准基点”文字，其顶部高程为吴淞零点上46.0647m。
该点较为稳固可靠，一向被视为吴淞水准原点，只因距长江较远，引测不便，故长江流域很少引用此点高程。
1.2.3 镇江308′标点的设测长江流域的吴淞高程，都是以1922～1926年前扬子江技术委员会（以下简称扬委会）所测的吴淞—宜昌精密水准高程（由张华浜基点引测）为基础，然后用普通干线水准向干、支流单线传递，由于辗转施测推算，加之观测质量较差，又加上标点埋设时间过久，标石难免有不同程度的变动。
解放初期，由于历史条件的限制，长江流域各地区所测的地形图及各水文站基点等高程都是引测附近各水准标点的旧吴淞高程作为依据。
而区域性高程，都存在不同程度的误差，因之相互连接发生了矛盾，需要有一个较正确的统一高程系统。
1951～1955年，长江水利委员会（简称长委会）先后完成了长江干线（吴淞—宜宾）及汉江、嘉陵江、岷江等主要干、支流的精密水准测量工作，具备了进行长江流域的吴淞高程水准网统一平差计算条件。
由于全国统一高程系统尚未建立，因此需要有一个较稳定的原扬委会埋设的精密水准标点高程，作为暂时统一的吴淞高程系统的起算基点。
张华浜基点沉陷不能使用;佘山基点虽较稳定，但距长江又远，引测不便;为了尽可能减少1922～1926年扬委会所测高程误差的累积，曾在下游地区另选一个高程起算基点，经与其他水准标点相互比较，其稳定性皆次于镇江308′，通过分析讨论，经领导部门批准，确定相对稳定的镇江308′标点的校测高程9.391m，作为长江流域暂时统一的吴淞零点高程的起算基点。
1.3 资用吴淞高程与“七环”平差1951～1955年，长江干流自吴淞至宜宾及汉江、嘉陵江、岷江、洞庭湖流域等处已先后施测了精密水准路线;同时下游江阴、镇江、芜湖、彭郎矶、武汉、城陵矶、沙市、宜昌等8处进行了跨河水准测量，连接长江左、右两岸水准路线，组成了7个简单锁链形的水准网。
经过“七环”平差，江阴—宜昌长江两岸水准高程有了可靠的联系，以镇江308′作为新的起算基点，并按原扬委会所校测的高程9.391m推算长江流域新的吴淞高程。
为了区别于过去的吴淞系统，提供以资暂时使用的高程，又称为资用吴淞高程。
根据历史资料的记载，资用吴淞高程与“七环”平差前的吴淞高程，不同的区域存在不同的改正，改正范围在0.06～0.43m之间。
现在我们使用的吴淞高程，就是“七环”平差后的吴淞高程，亦即是长江委1959、1973年正式出版的《长江流域二、三、四等水准成果表》（一、二、三、四、五册）中的吴淞高程，自此，长江流域吴淞高程系统开始统一。
1.4 冻结吴淞高程1950年前，长江流域各水文站沿用的水准点引据的基面较为复杂，有吴淞、海防、山河堰、坎门、赶水及假定等多种基面。
1950年后，陆续建立的新水文站引用旧吴淞、海防、旧黄海和长委会接测吴淞“七环”平差前、后高程，以及假定基面等。
但由于各水文站水准点测设来源不一，系统较多，虽均称吴淞基面，其绝对高程仍有一定误差。
为了保证本站水位连续性，根据水利部规定:从刊布1956年资料起，各测站水准点原用的基面高程冻结不变，新建站冻结在开始引用基面高程上。
由于各水文站基面冻结的时间不同和引据高程系统的不同，使得各水文基面是一些各自独立的，相互之间没有逻辑关系的离散点（下游点的高程可能比上游的高），因此“冻结吴淞高程”仅为挂靠“吴淞高程系统”的高程点，并不是高程系统。
随着“吴淞高程系统”和国家法定的高程系统的变迁，水文测量高程控制系统的内涵也随之变化。
1.5 吴淞高程（资用）与1956年黄海高程的转换长办于1959年正式出版的《长江流域二、三、四等水准成果表》（一～四册）中的“吴淞高程”与“1959年平差值”所采用的观测成果基本相同，但由于平差计算的环线区域大小与采用的权数不同（“七环”平差，用的是距离倒数1/L为权，东南部平差用的是中误差平方倒数1/m2 为权），因之计算各路线的改正值不同，高程差之差亦不同，所以不能用一个地区的差数，来改正另一个地区的高程。
也就是说，不能用一个简单的常差或用简单的公式来换算。
上述“吴淞高程”与“1959年平差值”的差值虽然不是一个常数，但却有一些规律可遵循，如长江干流从吴淞起，沿江而上其差值逐渐减少。
各支流亦有类似的规律。
不同时期的平差值，同一地区两系统的差值亦不相同。
这是因为:不同时期由于观测仪器、观测精度等诸多因素的不同，因此观测高差不同;还由于平差计算路线不同，高差的改正数也不相同;因此在转换时，要注意资料的分析，科学的利用。
2 资用吴淞高程（2003）基准2.1 2002年长江中下游干流高程控制测量简介1998年，长江流域发生特大洪水，国家投入了大量的资金用于大江大河的治理。
作为堤防建设必须的高程基准存在如下两个方面的问题:一方面，由于长江中下游大部分水准点在1973年以前测量后，近30a未复测。
水准点均存在着较大的沉降。
为了检验堤防工程建设是否满足设计要求，需有统一准确的高程基准来进行衡量。
另一方面，沿江各省市均应按照国家统一规划、统一部署的堤防设计标准进行堤防建设。
因此沿江需有统一的高程基准，以便在堤防建设竣工验收时有统一的核定标准。
根据有关规程规范的要求，长江水利委员会综合勘测局于2002年4月至2003年5月进行了长江中下游二等水准的复测重建工作。
测区范围为宜昌至上海段的长江南北两岸，组成15条二等水准测线，共4107.3km。
接测具有1985国家高程基准成果的国家一等水准网点16个，起算点均进行了检测，检测情况满足规范要求;外业选点、埋标、观测均严格按国家规范及作业规程执行，往返测高差不符值优良率为87%，其余13%的测段均在规范要求的限差之内;每千米水准测量偶然中误差最大为±0.62mm。
全网中二等水准每千米水准高差中数的偶然中误差为±0.43mm，满足规范±1.0mm的要求;符合路线符合差均小于限差要求。
说明本次观测外业质量优良，成果质量可靠。
该项目通过严密平差计算，需要计算水准路线所有水准标石的1956年黄海高程成果以及1985国家高程基准成果。
本项目为了对历史数据进行分析，选点埋标时，利用红本第一～四册中旧水准标石192座，还联测了大量的水文基点。
2.2 吴淞高程成果的计算吴淞高程在长江流域防汛、水位观测、堤防建设、工程规划设计中有着广泛的运用，为了满足不同的需要，需要计算一套吴淞高程成果。