1985國家高程基準

我國於1956年規定以黃海(青島)的多年平均海平面作為統一基面，叫"1956年黃海高程系統"，為中國第一個國家高程系統，從而結束了過去高程系統繁雜的局面。但由於計算這個基面所依據的青島驗潮站的資料系列（1950年～1956年）較短等原因，中國測繪主管部門決定重新計算黃海平均海面，以青島驗潮站1952年～1979年的潮汐觀測資料為計算依據，叫“1985國家高程基準”，並用精密水準測量位於青島的中華人民共和國水準原點，得出1985年國家高程基準高程和1956年黃海高程的關係為：1985年國家高程基準高程=1956年黃海高程-0.029m。1985年國家高程基準已於1987年5月開始啟用，1956年黃海高程系同時廢止。1956黃海高程水準原點的高程是72.289米。1985國家高程系統的水準原點的高程是72.260米。習慣說法是"新的比舊的低0.029m"，黃海平均海平面是"新的比舊的高"。

由於潮汐存在波長為19年的周期變化，所以高程基準應採用19年的觀測數據進行計算。其實，1985國家高程基準就是這麼計算來的。具體計算方法是：根據1952年～1979年的潮汐觀測資料，計算時取19年的資料為一組,滑動步長為1年，得到10組以19年為一個周期的平均海面,取均值得到的結果作為黃海平均海水面，然後再推算出水準原點的高程。

青島觀象山上的國家水準原點

1956年9月4日，國務院批准試行《中華人民共和國大地測量法式(草案)》，首次建立國家高程基準，稱“1956年黃海高程系”，簡稱“黃海基面”，系以青島驗潮站1950—1956年驗潮資料算得的平均海面為零的高程系統。原點設在青島市觀象山驗潮站內一間特殊的房屋，這座小石屋全部由嶗山花崗岩砌成，頂部中央及四角各豎一石柱，雕鑿精細，玲瓏別緻，室內牆壁上鑲一塊刻有“中華人民共和國水準原點”的黑色大理石碑，室中有一約2米深的旱井，水袋瑪瑙位於旱井底中。小石屋建築面積7．8平方米，俄式建築風格，1954年建成。

國家水準原點對於我國的生產建設、國防建設和科學研究具有重要價值。該原點以“1956年黃海高程系”計算的高程為72.289米，以“1985國家高程基準”是72.260米，相差0.029米。

位於山東青島市大港1號碼頭西端青島觀象台的驗潮站內一間特殊的房屋，室內有一直徑1米，深10米的驗潮井，有三個直徑分別為60厘米的進水管與大海相通。最初使用德國的潮汐自動記錄儀，觀測始於1900年。抗日戰爭期間遭到破壞，1947年又恢復驗潮工作，建國后重新修理建築更新設備，現使用的儀器為瓦爾代水位計和美國製造的自動水位計以及中國海洋局技術研究所製造的聲學水位計（現用儀器為HCJ1型，又稱瓦爾代水位計，美國進口SUTRON9000自動水位計以及國家海洋局技術研究所生產的SCA6-1型聲學水位計）。每天觀測三次，時間分別為：7h45m~8h00m，13h45m~14h00m，19h45m~20h00m，長年觀測，從不間斷。

根據驗潮站長年獲取的潮位資料，經多次嚴格的測量計算，得到青島驗潮站海平面為2．429米，將它作為我國高程基準，從這裡起算，測得位於青島市觀象山中巔的一幢小石屋裡旱井底部一塊球形標誌物——水袋瑪瑙的頂端的主賂為72．260米，地理坐標為東經120°19′08〃，北緯36°04′10〃，國家測繪局將它確定為“中華人民共和國水準原點”。這一水準點便是我國的海拔起點。全國的海拔高度都以這一原點為高程起點進行測量，然後加上72．260米，便得到海拔高度。比如全世界最高峰珠穆朗瑪峰的海拔高度便是從位於青島的這一國家水準原點測量計算出來的。

中華人民共和國水準零點

由於國家水準原點實際高程並非為海拔0米，經國家測繪局批准，由專家精確移植水準原點信息數據，在青島銀海大世界內建起了“中華人民共和國水準零點”。水準零點標誌雕塑，高6米，重10餘噸，底座像一個鉛錘，寓意老一輩測量人工作的辛苦，頂部地球儀上有6個小圓球，寓意世界上6個著名的海拔原點。在零點雕塑的下面是一個觀測井，觀測井的底部設有一個價值不菲的巨大的紅色瑪瑙球，這個球體的頂平面就是我們國家海拔0米的地方。

（以下差值，各地均有不同，需根據當地情況選取）

1985國家高程基準高程=1956年黃海高程－0.029（米）

1985國家高程基準高程=吳淞高程基準－1.717（米）

1985國家高程基準高程=珠江高程基準+0.557（米）

1985國家高程基準高程=廢黃河零點高程－0.19（米）

1985國家高程基準高程=大沽零點高程－1.163（米）

1985國家高程基準高程=渤海高程+3.048（米）

確定國家高程基準的必要性

我國1957年建立的1956年黃海高程基準，是以青島驗潮站1950--1956年的驗潮結果所確定的黃海平均海面作為高程起算面。它是在當時的客觀條件下能夠選擇的最佳方案，對於統一全國高程基準發揮了重大作用。隨著科學技術的進步、驗潮資料的積累，又顯現出明顯的不足和缺陷。

(1)青島驗潮站7年的驗潮資料，潮汐數據時間較短，不能消除長周期潮汐變化的影響，計算的平均海面不太穩定，代表性欠佳。

(2)潮汐數據記錄有個別是錯誤的，經核查證實其中1950年和1951年測定的年平均海面與其他5年結果相比約偏低20cm，而同期我國其他驗潮站並沒有出現同類現象。

(3)對我國沿海海面狀況尚缺乏深入了解，沒有測定各地平均海面與黃海平均海面的差值，不能確定我國沿海海面存在的南高北低的具體量級，也就無法顧及我國海面存在的傾斜問題。

(4)1956年黃海高程基準並沒有傳遞至海南島，海南島的高程是採用榆林(安游)驗潮站測定的平均海面起算的榆林高程基準。

我國1979年開始按照統一規劃和技術標準布設了國家一等水準網，不但全面更新國家高程式控制制骨幹，提高成果的精密和現勢性，同時也為建立更加科學和穩定的高程基準奠定了基礎。

重新確定高程基準與國家一等水準網布測同時進行，一方面可以充分利用國家水準網布測成果，大大減少了確定高程基準所必須的各驗潮站間的長距離水準聯測；另一方面國家一等水準網成果的啟用必然導致已有水準點高程的改變，也避免了單純因高程基準變更帶來的水準點高程的變換工作。

20世紀70年代末期，我國以青島驗潮站為代表的各驗潮站又累積了20餘年的驗潮數據，它們為求定穩定準確的平均海面和建立我國新的高程基準提供了必要的數據資源。

隨著科學技術的進步，我國海洋潮汐、平均海面的理論研究不斷深入，實際工作得到了加強，具備了完成這一課題的技術人才和設備條件。

確定高程基準的主要依據

1983年全國一等水準布測協調組擴大會議，就國家一等水準網採用高程基準面問題，提出了如下四方案：

第一方案，繼續採用1956年黃海平均海面；

第二方案，採用青島驗潮站的19年或1949年以來全部驗潮資料計算的平均海面；

第三方案，採用沿海分佈均勻的多個驗潮站同步平均海面的平均值；

第四方案，採用與全球大地水準面吻合最好的平均海面。

第一方案由於存在明顯的缺陷，不宜採用。第四方案從發展觀點看是最理想的，但尚不具備條件。從科學性、實用性出發，宜在從第二、第三方案中選定新的國家高程基準面。實質是採用單個或幾個驗潮站來確定平均海面以及如何將其傳遞到海南島的問題。顯然採用第三方案比第二方案確定的高程基準面更為接近似大地水準面，也有利於海岸工程建設。但是基於以下的考慮，最後確定採用第二方案。

(1)我國渤海、黃海、東海和南海沿岸各地的主驗潮站，雖然數量不少，但缺乏統一規劃和管理，主要問題是驗潮時間不長，時有中斷，資料不完整；驗潮工作技術標準不規範，數據精度參差不齊；有的雖有較長的驗潮歷史，但其處在江河人海口，位置欠佳，難以求得該地海域的真正平均海面，唯有青島驗潮站無論在驗潮條件和資料方面均為最佳。

(2)我國大陸海岸線長度約18000km，南北海域的平均海面有60—70cm的差異，即使採用幾個條件較好的驗潮站共同確定國家高程基準面，也只能在某些範圍、一定程度上改善高程基準面與我國海面的符合程度，無法從根本上進一步解決海圖和陸圖的拼接問題，海岸工程建設等仍然需要當地的平均海面的測定數據。

(3)當採用幾個驗潮站共同確定國家高程基準面時，這些驗潮站一般需要具有時間同期，精度大體相當的驗潮資料，驗潮站的數量和位置必須長期保持不變，同時還必須進行期間的定期高精度水準複測，甚至有可能重新設置國家水準原點，這些都不是很容易做到的。

國家測繪主管部門根據以上的綜合分析，考慮到有關部門主張國家高程基準不變或少變，使幾十年測繪成果成圖不改或少改的意見，決定採用青島驗潮站1952--1979年的潮汐觀測數據確定的平均海面作為國家高程基準面。同時，為滿足各地平均海面能夠方便合理地轉換到國家高程基準面，測定了各主要驗潮站的平均海面相對於國家高程基準面的高度。

1985國家高程基準面的確定

總參謀部測繪局在國家海洋局、海軍司令部航海保證部及交通部等部門的支持下，承擔了對我國沿海主要驗潮站的調查和資料收集與平均海面計算工作，並利用國家一等水準測量成果，進行綜合分析，完成了基準面的確定。

驗潮數據的凈化和統計

1．數據的凈化

就青島驗潮站1952--1979年驗潮數據整體而言，是連續完整、準確可靠的，經查證、審核、分析后，對存在問題進行如下處理：

對於連續中斷觀測少於24h的潮位記錄，均根據潮汐變化規律進行插補，保證潮位每時記錄數據齊全。

對於觀測記錄中系統差，經分析確定其產生的時間、原因和量值後進行訂正。如1959年5月9日09時至1962年10月20日08時由於測繩磨斷重新繫結，測繩變短仍使用原有刻度，造成潮位零位升高，海面觀測值變小。這段時間的潮位記錄加入18em的修正值。

2．潮汐特徵值的分析統計

據1952--1979年的潮汐資料統計，青島驗潮站在一個太陰日有2次高潮和2次低潮，落潮時間較漲潮時間約長1h。潮汐特徵如下：

最高高潮的潮高為5．10m

最低低潮的潮高為-0．58m

平均高潮的潮高為3．81m

平均高潮的潮高為1．02m。

平均海面計算

1．各類周期平均海面的計算方法

為確定高程基準提供依據，採用青島驗潮站1952--1979年共28年的驗潮數據，分別計算了日、月、年平均海面和以18．61年、19年為周期，滑動步長為一年的lO組平均海面及其平均值。

日平均海面計算採用中數法(MO)、杜德遜法(XO)、魯斯特法(ZO)、陳宗鏞法(NO)和弋登法(G0)五種低通濾波公式。經分析確認五種公式計算的月以上平均海面是等價的。用確定高程基準的18．61年和19年周期的平均海面採用五種公式計算以便於比較，其他的均採用中數法計算。

2．計算結果與分析

1952--1979年期間，各月平均海面平均值、各年平均海面及其均方根差與按五種公式計算的18．61年和19年周期的平均海面以及各類周期平均海面的均方根差計算結果表明：青島驗潮站的平均海面具有明顯的月周期、年周期變化，按五種公式計算結果的差異是微小的。

日平均海面，在一個月內大潮時最高，小潮時最低，最高與最低之差約lOOcm。

月平均海面，在一年內7，8，9三個月最高，1，2，12三個月最低。同一年內最高與最低之差最大62cm(1959年)、最小38cm(1957年)。按28年計算的月平均海廄的平均值，最高是8月，最低是1月，差值約46cm。

年平均海面已較為穩定，均方差為±2．28ecm，在28年內最高的是1964年，最低的是1968年，差值約11cm。

18．61年周期和19年周期的平均海面已趨於穩定，均方差分別為±1.8mm和±2．1mm，最大互差分別約為6．6mm和7．Omm。

採用五種公式計算的18．61年周期、19年周期的10組平均海面的平均值十分接近，其最大互差前者為0．14mm，後者為0．21mm。五種方法計算結果的平均值最接近中數法主牌的結果期。

採用同一類公式計算的18．61年周期、19年周期的10組平均海面的平均值，其最大互差為0.62mm。

3．國家高程基準面確定的結果

根據各類平均海面計算結果，從確定國家高程基準面而言，無論是按不同計算公式或按18．61年周期和19年周期所計算的平均值的差異是無需顧及的，可採用其中的任一結果。考慮到季節變化的影響要比月球升交點西退的影響重要，取完整的年周期為宜。同時考慮到我國各驗潮站的平均海面計算大都是採用中數法，為了便於分析比較，最後決定採用中數法計算的1952--1979年10組19周期的平均海面的平均值作為新的國家高程基準面。它高出驗潮站工作零點2．4289m，比1956年黃海平均海面高3.89cm。