85、黃海、吳淞高程之間的關(guān)系及由來

*黃海高程系翁克勤2016年7月*黃海高程系1，潮汐現(xiàn)象與海平面1.1，潮汐現(xiàn)象潮汐現(xiàn)象是沿海地區(qū)的一種自然現(xiàn)象，指海水在天體（主要是月球和太陽）引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運動，習慣上把海面垂直方向漲落稱為潮汐，而海水在水平方向的流動稱為潮流。古人把發(fā)生在早晨的高潮叫潮，發(fā)生在晚上的高潮叫汐。這是潮汐的名稱的由來。圖1月光下的潮汐由于海潮現(xiàn)象十分明顯，并且與人們的生活、經(jīng)濟活動、交通運輸?shù)汝P(guān)系密切，因而習慣上將潮汐（tide）一詞狹義地理解為海洋潮汐。日球、月球引潮力作用下引起的海面周期性的升降與海水的流動，稱海洋潮汐，簡稱海潮。圖2潮汐示意圖1.2，潮汐類型按照漲落次數(shù)和潮高，一般將潮汐分為：半日潮、混合潮（含不規(guī)則半日潮和不規(guī)則日潮）、日潮。半日潮型：一個太陰日內(nèi)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，前一次高潮的潮高與后一次高潮的潮高大致相近，漲潮歷時和落潮歷時的時間也比較接近，約6小時12分鐘。一年內(nèi)大約出現(xiàn)705個潮次。一個太陰日指月球繞地球一周的時間，約24小時50分鐘。在我國渤海、黃海與東海沿岸，一般每日漲落兩次，潮高比較接近，稱為半日潮。比如天津大沽、青島、廈門等。日潮型：一個太陰日內(nèi)經(jīng)常只出現(xiàn)一次高潮和一次低潮，出現(xiàn)半日潮的天數(shù)相對比較少。比如在廣西北部灣沿岸的北海港、龍門港，是世界上比較典型的全日潮海區(qū)?；旌铣毙停杭毞譃椴灰?guī)則半日潮與不規(guī)則日潮兩類。前者為一月內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，但兩次高潮和低潮的潮差相差較大，漲潮歷時和落潮歷時也有長有短；后者為一月內(nèi)有些日子出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，又有些日子出現(xiàn)一次高潮和一次低潮。我國南海地區(qū)多數(shù)屬于型。比如海口屬于不規(guī)則日潮（F=3.92），一年內(nèi)全日潮天數(shù)約200天，其余約160天出現(xiàn)不規(guī)則半日潮，1980年時全年出現(xiàn)518個潮次。湛江港（F=0.82）屬于不規(guī)則半日潮。潮汐研究中發(fā)現(xiàn)：潮波可以分解成很多半日分潮與日分潮之和，其中最主要的半日分潮為HM2，日分潮為HK1和HO1。定義：F=（HK1+HO1）/HM2），F(xiàn)為潮汐形態(tài)數(shù)。上式中，F(xiàn)是日分潮與半日分潮的潮高（振幅）之比值，（HK1+HO1）值較小，F(xiàn)值也較小，以半日潮為主；反之亦然。我國采用蘇聯(lián)杜瓦寧的潮汐分類意見，按照每日潮水漲落的次數(shù)及其潮高變化，并計算潮汐形態(tài)數(shù)F，各潮型分別為：F<0.5半日潮0.5≤F<2不規(guī)則半日潮2≤F<4不規(guī)則日潮4≤F日潮不論哪一種潮汐類型，都在農(nóng)歷的每月初一、十五以后兩三天內(nèi)，發(fā)生潮差最大的大潮，那時潮水位漲得最高，落得最低。每逢農(nóng)歷每月初八、廿三以后兩三天內(nèi)，發(fā)生潮差最小的小潮，屆時潮水漲得不太高，落得也不太低。故農(nóng)諺中有“初一十五漲大潮，初八廿三見海灘”之說。每年的“中秋節(jié)”后的兩三天，一般發(fā)生年內(nèi)最高的天文大潮。錢塘潮是最壯觀的海潮。有詩云:“錢塘一望浪波連，頃刻狂瀾橫眼前；看似平常江水里，蘊藏能量可驚天?！碑敵鳖^初臨時，江面閃現(xiàn)出一條白線，伴之以隆隆的聲響，潮頭由遠而近，飛馳而來，潮頭推擁，鳴聲如雷，頃刻之間，潮峰聳起形成一面三四米高的水墻，直立于江面，噴珠濺玉，勢如萬馬奔騰。圖3錢塘潮1.3，驗潮站為觀測研究潮汐現(xiàn)象，在海邊設(shè)立驗潮站。通常站內(nèi)有一個直立的大井筒，稱為驗潮井，井壁下方開一個進水孔，既能讓海水通暢地進出，又能屏蔽海邊波浪引起的井筒內(nèi)的水面波動。井內(nèi)水面上有浮塊，系上測繩，連到井口的滾輪上。浮塊可以隨著潮水漲落、上下升降，測繩帶動滾輪轉(zhuǎn)動，再通過齒輪組接到記錄筆和紙上。為了便于校核，在井筒外另設(shè)固定水尺。測站旁設(shè)固定水準點。圖4為青島驗潮站示意圖（此圖中應將進水口降低，最低潮位時也能進水）。圖4青島驗潮站示意圖圖5海洋站圖6廣東閘坡驗潮站近年來，驗潮站普遍采用自計儀器連續(xù)記錄。但報表采用月報表，逐時記錄方式。1.4，平均海平面平均海平面是在多年潮位觀測資料中，取每小時潮位記錄數(shù)的平均值，也稱平均海面。海洋學中稱為：平均海水面。按照計算時段的長短，可以是日平均海平面，月平均海平面，或者年平均海平面。在工程建設(shè)中最關(guān)心的是年平均海平面。記錄完整時，一天24小時，一年365天，一年內(nèi)24*365=86400個潮位之和的算術(shù)平均值，為年平均海平面。分析中，可以將潮位分解為天文潮與氣象潮之和。天文潮是日球、月球等天體的引力造成的，其變化非常有規(guī)律。海洋局情報所每年發(fā)布的《潮汐預報表》由調(diào)和常數(shù)計算得來，主要是考慮天文潮，潮位預報可以達到很滿意的準確度。太陽系內(nèi)日月地球運動有18.6年的長周期，所以最好用19年的潮位資料來計算年平均海平面。氣象潮包含大氣壓強、海水溫度、風、海流等諸因素，往往是常態(tài)發(fā)生和偶然變化的作用，其異常情況下產(chǎn)生的潮位變化是很難預測的。但是在大數(shù)據(jù)情況下，采用算術(shù)平均數(shù)，正負相消，反而成為零和，或者成為一個常量。因此，一般年平均海平面非常穩(wěn)定。已有的大量的計算結(jié)果說明：若取不同年份的一整年的驗潮資料計算，各年的年平均海平面在其多年平均值上下微小地升降，年際的變幅一般在2～3cm之內(nèi)。1.5，理論深度基準面（后改稱理論最低潮面）圖7理論深度基準面驗潮時，要求水尺零點相對比較低，這樣驗潮時潮位都高于零點，讀數(shù)為正值；當然水尺零點不宜太低，不必富裕過多。所以世界各國的海圖上都傾向于采用比較低的潮面為深度基準面。但是各國略有些小差別。比如：平均低低潮面：美國大潮平均低潮面：英國（后改為最低天文潮面）、意大利、委內(nèi)瑞拉、秘魯?shù)嚷宰畹偷统泵妫喝毡尽⒂《取臀?、伊朗等理論最低潮面：蘇聯(lián)、中國、越南、印尼、澳大利亞等最低低潮面（觀測的最低潮面）：法國、毛里塔尼亞、莫桑比克等上世紀50年代初，我國“一邊倒”地學習蘇聯(lián)，往往采用蘇聯(lián)的一些規(guī)定。1956年時，中、蘇、朝、越四國的專家在北京召開海道測量會議，會上決定共同采用理論最低潮面作為深度基準面。此規(guī)定沿用至今，我國刊印的海圖都以理論深度基準面起算水深，可以看作海圖的零點。理論最低潮面是蘇聯(lián)專家弗拉基米爾創(chuàng)立的，用潮汐調(diào)和常數(shù)來計算當?shù)乜赡苄纬傻淖畹统泵?。讓當?shù)氐膶崪y潮位都在這個基準面之上，在使用中將帶來很大的便利。比如當船舶駛近一個港口時，只要將港口發(fā)布的潮位值加上船舶所在位置的海圖水深，就是當時實際的水深，使用中非常簡便。在海圖上都標明當?shù)氐睦碚撟畹统泵嬖谀昶骄Ｃ嬉韵碌闹?，便于使用。但理論深度基準面與當?shù)爻辈钣嘘P(guān)，潮差越大，此基準面越低。相鄰水域的潮差不同時，深度基準面也不相同，所以這個基面的數(shù)值只用于特定的海域。各個海域的理論深度基準面的數(shù)值各不相同，都是通過各自的調(diào)和常數(shù)計算得來的。1978年，中科院海洋所和海洋局情報所曾提出“近最低潮面”，可以從實測的潮位累積頻率曲線上讀取超值頻率0.14%（或者累積頻率99.86%）的潮位值，即為當?shù)氐摹敖畹统泵妗?，使用方便。不過這個建議未被海洋管理部門采納。港工規(guī)范上規(guī)定的設(shè)計低水位為潮位累積頻率98%的潮位，若用作深度基面，相對偏高?！敖畹统泵妗睘槌蔽焕鄯e頻率99.86%的潮位，相對比較適中。理論深度基準面，或稱“理論最低潮面”，估計其潮位累積頻率大于99.95%，與“近最低潮面”的潮位接近，并且略低，因而是安全的。2，黃海高程2.1高程基準高程基準，是推算國家統(tǒng)一高程控制網(wǎng)中所有水準高程的起算面，它包括一個水準基面和一個永久性水準原點。水準基面，理論上采用大地水準面，它是一個延伸到全球的靜止海水面，也是一個地球重力等位面。確定某地的水準基面時通常取該地驗潮站長期觀測潮位計算出來的平均海面。1956年（？——此處存疑）9月4日國務院批準試行中華人民共和國《大地測量法式(草案)》，在其總綱中規(guī)定：“國家水準點的高程以青島水準原點為依據(jù)。按照1956年計算結(jié)果，原點高程定為高出黃海平均海水面72.289米。”首次將青島黃海平均海面確定為國家高程基準。后來習慣稱之為“1956年黃海高程”，簡稱“黃?；妗薄Ｒ郧鄭u驗潮站1950—1956年7年的驗潮資料算得的平均海平面，設(shè)為高程系統(tǒng)的起算面。高程原點設(shè)在青島市觀象山的小石屋內(nèi)，該原點以“1956年黃海高程系”測量的高程為72．289米。2.2黃海高程由來青島驗潮站建于青島大港1號碼頭的西端。德國1897年侵占青島后，開始在膠州灣內(nèi)籌建碼頭，并于1900年在大港1號碼頭邊開始驗潮，1904年正式建立驗潮站。但后來青島兩度被日軍侵占，停止觀測，資料散失?？箲?zhàn)勝利后才開始修復測站，1948年8月起恢復驗潮。當時驗潮設(shè)備比較完備，1948～1949年潮位記錄尚有欠缺，但1950年以后的潮位資料甚為完整。1956年由總參謀部與水利部組成“中國東南部地區(qū)精密水準網(wǎng)平差委員會”，為建立全國統(tǒng)一高程系統(tǒng)，詳細地調(diào)查了各地的驗潮站。當時保存一年以上潮位資料的驗潮站僅有：葫蘆島、大連、青島、吳淞、坎門五個站，其中吳淞站與青島站潮位資料較齊全一些。兩站相比較，吳淞水文站在長江黃浦江口，與平均海平面有些高度差。青島驗潮站在沿海的位置適中，地處巖岸、水比較深、沒有泥沙淤積，青島市內(nèi)又有設(shè)備完善的天文臺，陸上平面高程網(wǎng)點聯(lián)測便利。最后匯集各測繪單位的意見，同意采用青島驗潮站為基本驗潮站，以1950～1956年七年的平均海平面為這次平差網(wǎng)的高程起算基準面。在此之前的1955年，總參謀部測繪局已經(jīng)在青島觀象山設(shè)立了水準原點，并在青島市新設(shè)若干水準點，形成測繪網(wǎng)。因此才有后來1957年國家發(fā)布的《大地測量法式》。據(jù)百度網(wǎng)報道，幾經(jīng)修整的青島驗潮站內(nèi)有一直徑1米多、深約10米的驗潮井，井內(nèi)有三個直徑分別為60厘米的進水管，管壁近底部處開口，與海相通。使用的儀器分別為HCJ1型的瓦爾代水位計，美國進口的SUTRON9000自動水位計以及國家海洋局技術(shù)研究所生產(chǎn)的SCA6-1型聲學水位計。長年觀測，從不間斷。根據(jù)驗潮站1950～1956年七年的潮位資料計算，得到青島驗潮站年平均海平面為水尺零點上2．39米，將此面作為基準高程零點。從這里起算，精密測量得到青島觀象山的一幢小石屋里球形標志物——水膽瑪瑙頂端的高程為72．289米，其地理坐標為東經(jīng)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”。全國各地的海拔高度都以這一水準原點為高程的起點，進行測量。從這一點出發(fā)，共形成了292條線路、19931個水準點，線路總長度為93341公里，成為覆蓋全國的高程基礎(chǔ)控制網(wǎng)。我國的世界第一高峰──珠穆朗瑪峰的高程為8844.43米，就是從黃海平均海面起算的。歐洲地區(qū)和美國分別以港口城市阿姆斯特丹和波特蘭驗潮站的多年平均海面作為高程的基準面。這些地區(qū)性的高程基準面，有時也叫區(qū)域性的大地水準參考面。2.3水準原點標志觀象山是青島市內(nèi)“十大山頭公園”之一，位于該市的中心區(qū)市南區(qū)。觀象山在德國占領(lǐng)之前名為大鮑島東山。1897年德國占領(lǐng)青島后，在此山興建貯水池，遂命名為“水道山”。1905年，德國人將原設(shè)于館陶路1號的皇家青島觀象臺（1898年創(chuàng)建）遷至水道山上，其與上海徐家匯觀象臺、香港觀象臺并稱為遠東三大觀象臺之一。1911年，此山改稱“觀象山”。1914年日軍占領(lǐng)青島，更名為“測候山”。1923年中國接收青島后，膠澳商埠督辦公署又將此山定名為觀象山，1931年在山頂建成穹頂天文觀測室，1932年辟為公園?！榜放_窺象”也被列為青島十景之一。觀象山公園在1949年被海軍接管，1957年，天文部分移交中國科學院，1958年恢復為公園，對外開放。1966年再度荒廢。1985年經(jīng)過恢復，重新辟為公園。目前此山仍分為兩部分：中國科學院紫金山天文臺青島觀象臺，以及海軍北海艦隊司令部氣象區(qū)臺。前者對外開放，后者為軍事管理區(qū)。圖8為德國人于1910年到1912年所建的花崗巖古堡式觀象臺辦公樓舊址，保存完好，是一幢頗具特色的德式建筑。\o""圖81910～1912年德國所建的古堡式觀象臺水準原點設(shè)在圖9青島觀象山的這座小石屋內(nèi)，小石屋建筑面積7．8平方米，俄式建筑風格，1954年建成。石屋由嶗山花崗巖砌成，頂部中央及四角各豎一石柱，雕鑿精細，玲瓏別致。在石屋子里面的墻壁上鑲一塊刻有“中華人民共和國水準原點”的黑色大理石碑。室內(nèi)中央有一個價值不菲的拳頭大小、渾圓的黃瑪瑙，瑪瑙上一個紅色小點，上面標出“此處海拔高度72.289米”，這就是我國的“水準原點”。球形的水膽瑪瑙標志，其上有銅制和石制護蓋兩層。用精密水準測量方法與驗潮站上所求出的平均海水面高程進行聯(lián)測，測出它的高程72.289米，作為全國高程起始點。國家測繪局將它確定為“中華人民共和國水準原點”。圖9觀象山小石屋外景圖10觀象山小石屋正面2.4新建的水準零點標志世界上許多著名的地理性標志，如英國的格林威治作為東西半球的分界線和時間的起算點，非洲的厄加勒斯角作為太平洋和大西洋陸上分界線，都被開發(fā)為世界著名的旅游景點，成為游客觀光的熱點。荷蘭、日本等國家水準原點所在城市，也都開發(fā)建設(shè)了相關(guān)旅游景點，取得了經(jīng)濟、科普和提高知名度等多重效益?！爸腥A人民共和國水準零點”位于青島市東海中路銀海大世界內(nèi)，這是國家級的水準零點。2006年5月，為更好地利用國家水準點這一獨特的資源，經(jīng)國家測繪局批準，由專家精確移植水準零點數(shù)據(jù)，在青島銀海大世界內(nèi)新建“水準零點”。圖11水準零點全景 圖12水準零點碑文圖13參觀人群圖14旱井和水準零點標志水準零點標志物是地下旱井內(nèi)的“零點”石球。建造時，利用位于青島觀象山的水準原點比測，使得該石球的頂點高度精確地為海拔0米。在這里，您在觀賞海灣美景的同時，可以認識國家水準零點的意義，了解海洋、大地的科普知識，享受"高度從這里開始"的體驗。水準零點銅塑上部象經(jīng)緯儀，下部象一個鉛錘，尖端所指的位置就是測定的"水準零點"。這里可以說是"中國高程之起點"。2.5青島驗潮資料復核在確定56黃海高程時，所依據(jù)的是1950～1956年七年的潮位資料計算，得到青島驗潮站海平面為水尺零點上2．39米。此后青島驗潮站繼續(xù)觀測，從而得到1950～1970年各年的平均海平面，如下表所示：表1青島驗潮站年平均海面（1950～1970年）年份平均海面年份平均海面年份平均海面年年訂正前訂正后年195022419572431964249195123619582421965244195224419592342451966243195324519602282441967244195424319612272431968238195524019622242401969240195624219632411970243注：1、表列青島驗潮站水尺零點以上的厘米數(shù)。2、為保證計算精度，應保留到小數(shù)點后1位。3、1959～1962年的蘭體字是王志豪訂正的年平均海面。上文已經(jīng)談到：一個測站的年平均海平面的年際變化非常小。從表1中的數(shù)值看來，21年的算術(shù)平均數(shù)應為242cm。由此看來，1950～1951年，以及1959～1962年的平均海面比正常年份偏低，似有疑問。慶幸的是1959～1962年的驗潮資料得到了復查。1963年，王志豪在使用青島驗潮站資料時發(fā)現(xiàn)了這個問題（當時他還在總參海軍航海保證部工作），于是利用出差機會，與劉天珍一起到青島驗潮站調(diào)查，發(fā)現(xiàn)站內(nèi)驗潮方式存在問題，同時測站人員違反操作規(guī)定，使得所測潮位數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。驗潮站使用德國瓦爾代自計儀。測繩下端連著木塊，可隨著水位升沉，測繩繞過井口的滾輪，連接另一端的平衡塊。井口上有一條直徑僅1.5mm的“橫安銅絲”，驗潮時就看銅絲位置處的測繩讀數(shù)，即為水面到井口的高度L2，已經(jīng)知道水尺零點到井口的高度是6m，那么瞬時的潮位L1就是：L1=（6–L2）。起初“橫安銅絲”只是作為便于訂正潮位讀數(shù)用的。不料測站人員自作聰明，只記錄測繩的讀數(shù)，認為“觀測不出門，讀數(shù)不低頭”，年復一年地使用這根測繩來驗潮。常年使用這根測繩，因磨損而破斷時，測站人員便將測繩打結(jié)接起來，繼續(xù)使用測繩上的刻度。這樣測繩的名義長度擴大了，計算的潮位就降低了，卻一直沒有發(fā)現(xiàn)這個問題。直到1962年秋換了新的測繩，觀測值才恢復正常。按規(guī)定，驗潮站的井筒壁外側(cè)應該設(shè)立水尺，驗潮時同時讀取井筒外的潮位，作為復核。青島驗潮站沒有井外水尺，不能校核。王志豪實地調(diào)查時，測站人員幾經(jīng)變動，前幾年的人員不在了。至于測繩在什么時候斷的？斷了幾回？都無文字記錄。原來使用的測繩更換后，已扔掉了。這些都無法考查了。幸好青島嶗山腳下有沙子口驗潮站，兩個站直線距離比較近，兩站潮高與潮時可以相關(guān)。經(jīng)用兩站潮位記錄的細致的比對，王志豪認為：“青島驗潮站1959年5月8日9時至1962年10月20日8時，觀測的潮位應加16厘米?！蓖踔竞肋€發(fā)現(xiàn)1950～1951年的驗潮資料計算的平均海平面偏離較大，此值也不合理。但是時隔太久，無從查考，很難復核了。只能作為問題留存了。事后，王志豪和劉天珍合寫了《青島驗潮站潮位零點變動的調(diào)查報告》，報送海軍航保部，并引起了測繪部門重視，從而比較及時地發(fā)現(xiàn)了青島站1959～1962年觀測報表中的重大錯誤。1980年8月20～24日在西安召開的“全國一等水準網(wǎng)整體平差學術(shù)研討會”的紀要中稱：“由于目前所用的黃海平均海水面所用潮汐資料有些錯誤和沒有顧及長周期影響等情況，多數(shù)同志認為全國一等水準網(wǎng)整體平差時，需要重新確定高程基準面，定義高度基準。”這就為后來改用85黃海高程鋪平了道路。此紀要中又說：“全國一等水準網(wǎng)整體平差時，還應考慮統(tǒng)一高程基準面與舊高程基準面的關(guān)系與舊高程基準面的改算問題?！边@是在變動原來的高程基準面時，涉及到已經(jīng)測繪的資料和印制的大量地圖，在當時圖件修改工作量非常浩大。業(yè)務部門一般采用“新圖新高程”，但舊的圖紙繼續(xù)使用。2.685黃海高程隨著青島驗潮站觀測工作的延續(xù)，潮位資料日漸豐富。上文說過，太陽系內(nèi)日月地球運動有18.6年的長周期，應該用19年的潮位資料來計算年平均海平面。國家測繪部門考慮到"1956年黃海高程系統(tǒng)"所依據(jù)的青島驗潮站的資料系列（1950年～1956年）比較短等原因，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(jù)，確定“1985國家高程基準”的水準零點。由于潮汐存在18.6年的長周期變化，所以年平均海平面應該采用19年的觀測數(shù)據(jù)進行計算。具體計算方法是：依據(jù)1952年～1979年28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,再取其算術(shù)平均值為黃海平均海水面，在驗潮站水尺零點上2.419m。然后再推算出觀象山小石屋內(nèi)水準原點的高程為72.260m。這樣，前后兩個黃海高程的基準面關(guān)系為：85國家高程基面=56黃海高程基面+0.029m(A)1956黃海高程水準原點的高程是72.289米。1985國家高程系統(tǒng)的水準原點的高程改為72.260米。習慣說法是："新的平均海平面比舊的高0.029m"。實際上，重新計算的85平均海平面（即高程水準零點）上移了0.029m，觀象山的高程水準原點并未變動，但其新高程改為72.260米。1985年國家高程基準已于1987年5月開始啟用，1956年黃海高程系同時廢止。3，大地測量19世紀中葉，采用古典的測量學方法，主要以地面測角、測距、水準測量和重力測量為技術(shù)手段解決陸地區(qū)域性大地測量問題；后來，弧度測量、三角測量、幾何高程測量以及橢球面大地測量理論逐步發(fā)展，形成幾何大地測量學；在近代，建立了重力場的位勢理論，并發(fā)展了地面重力測量，形成了物理大地測量學。大地測量學是研究和測定地球形狀、大小和地球重力場，以及測定地面點幾何位置的學科。大地測量為測制大范圍地形圖提供地面的水平位置控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，供工程部門使用。我們的地球表面是一個凸凹不平的表面，而對于地球測量而言，地表是一個無法用數(shù)學公式表達的曲面，這樣的曲面不能作為測量和制圖的基準面。假想一個扁率極小的橢圓，繞地球短軸旋轉(zhuǎn)所形成的規(guī)則旋轉(zhuǎn)橢球體稱之為地球橢球體。地球橢球體表面是一個規(guī)則的數(shù)學表面，就可以用數(shù)學公式表達，所以在測量和制圖中就用它替代地球的自然表面。一個與處于流體靜力平衡狀態(tài)的海洋面重合，并且延伸到大陸內(nèi)部的水準面，稱為大地水準面。大地水準面忽略了陸地上的凸凹不平，大洋上則是靜止海水面。但是由于地球內(nèi)部物質(zhì)分布的不均勻，大地水準面表面各點的重力加速度各有微小的差異，因此仍是起伏不平的。為了定量描述地球陸地的形狀而不受地表面起伏的影響，在測量上把與大地水準面符合得最理想的旋轉(zhuǎn)橢球體叫做地球橢球體?？梢姡葘⒌厍虮砻娓呕癁榇蟮厮疁拭?，再進一步概化為可以用數(shù)學式描述的地球橢球體。地球橢球體的橢率（扁率），以赤道半徑（長半軸a）和極半徑（短半軸b）的差與赤道半徑之比值，即f=(a-b)/a表示。地球扁率是描述地球形狀的主要參數(shù)之一。根據(jù)1971年國際大地測量和地球物理協(xié)會的決議，采用a=6378137米，b=6356755米，f=1/298.257223563。人造衛(wèi)星發(fā)射成功后，利用人造衛(wèi)星測地大大提高了測地的精確度。1979年，國際大地測量和地球物理協(xié)會決定從1980年開始采用新的橢球體，其參數(shù)為：地球的赤道半徑a=6378137米；地球的極半徑b=6356752米；地球的赤道周長L=2πa=40075.7公里。二者對比，可見差別很小，僅極半徑b減少3米。圖15地球橢球體大地測量學測定地球表面某一點的幾何位置，是指測定以地球橢球面為參考系的該地面點的位置，即將該地面點沿法線方向投影于地球橢球面上，用投影點在橢球面上的大地緯度和大地經(jīng)度，表示該點的水平位置；并且用地面點至投影點的法線距離，表示該點的大地高程。在我國測繪部門以往的實施過程中，推測通常采用幾何測量手段，采用常規(guī)的地面測角、測距、水準測量等方式作業(yè)，通過三角測量等方法建立國內(nèi)的水平控制網(wǎng)，提供網(wǎng)點的地面水平位置（即在橢球體上的投影點位置），用經(jīng)度和緯度表示；并且通過水準測量方法，建立高程控制網(wǎng)，在獲得兩個測點間的高差后，計算地面網(wǎng)點的高程（即黃海高程）。絕對高程(或稱海拔)是指地表的測點沿垂線方向至高程基準面（橢球體表面）的距離。地球表面是個曲面，在全國或分省地圖這樣的大尺度范圍內(nèi)，通常將曲面投影到一張平面圖上，然后再調(diào)制成地圖。目前通常采用高斯投影方法，制圖時，將中央經(jīng)線投影為直線，其長度沒有變形，與球面實際長度相等；其余經(jīng)線為向極點收斂的弧線，距中央經(jīng)線愈遠，變形愈大，即隨著遠離中央經(jīng)線，面積變形也愈大。采用上述分帶投影的方法，可使投影邊緣的變形不致過大。我國各種大、中比例尺地形圖采用了不同的高斯-克呂格投影帶。其中，大于1∶1萬的地形圖采用3°帶；1∶2.5萬至1∶50萬的地形圖，采用6°帶。4，各高程系的換算1956年以前,各地自行設(shè)定了許多區(qū)域性的高程系統(tǒng)，主要有大連零點、大沽零點、廢黃河口零點、吳淞零點、坎門零點、羅星塔零點、珠江基面等等。1957年國家規(guī)定以56黃海基面作為高程基準面。但是各地區(qū)大多出現(xiàn)新舊兩種高程系統(tǒng)并用的情況，究其原因，可能是原有的交通水利工程還存在，需要上游與下游相銜接，已經(jīng)測繪的大量資料和圖紙仍有使用價值等。為此，在工程設(shè)計時需要查找黃海高程與當?shù)馗叱滔到y(tǒng)之間的高差關(guān)系，并且復核，十分重要。在國內(nèi)，大沽高程、吳淞零點、珠江基面使用較多。此處主要依據(jù)一航院編的《海港工程設(shè)計手冊》中的相關(guān)內(nèi)容，引述如下：大沽零點高程系。1902年以大沽16天驗潮后的最低潮位作為零點起算的高程系。天津市測繪部門聯(lián)測的結(jié)果，該零點在56黃海高程基面下1.514m。天津港的深度基準面由于采用不同時期的驗潮資料推算，曾有過多次變化，現(xiàn)用新港深度基準面在大沽零點下1.000m。吳淞零點高程系。1871年上?？Ｆ志衷邳S浦江口的西岸設(shè)立吳淞驗潮站。在1900年根據(jù)1871年以來的潮汐觀測記錄，取其實測的最低潮位為零點起算的高程系統(tǒng)，在佘山設(shè)水準基點。吳淞零點在56黃?；嫦?.630m。珠江基面高程系。1908年根據(jù)粵海關(guān)設(shè)在珠江的西濠口江邊水尺的多年水位資料，以推算的中潮位作為零點的起算面。該基面在56黃?；嫔?.586m。據(jù)一航院的《港工手冊》，王志豪的《中國沿海的應用潮汐》以及百度網(wǎng)上的資料等，各地方高程系與黃海高程之間的高差關(guān)系列于表2。表2中，港工手冊和王志豪都是用高程基面的相對高度差作比較。比如：珠江基面在56黃海高程之上0.586m，或者說高……大沽零點在56黃海高程之下1.514m，或者說低……這樣表述比較清楚，不會產(chǎn)生誤讀。表2各地方高程系與56黃海高程系的高度關(guān)系NO高程基準面H港工手冊X王志豪Y百度網(wǎng)站1大連基準面X1=H+0.072Y1=H+0.0252大沽零點X2=H