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正高(大地水准面)、正常高（似大地水准面）和大地高（椭球面）-地理坐标/GPS

2012-01-15 11:54阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2547510600

高程height

定义：地面点到高度起算面的垂直距离。

所属学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科）

定义　　高程（标高）【elevation】指的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程。简称高程。某点沿铅垂线方向到某假定水准基面的距离，称假定高程。

测定办法

　　“高程”

是测绘用词，通俗的理解，高程其实就是海拔高度。在测量学中，高程的定义是某地表点在地球引力方向上的高度，也就是重心所在地球引力线的高度。因此，地球表面上每个点高程的方向都是不同的。

　　“高程”是确定地面点位置的一个要素。高程测量的方法有水准测量和三角高程测量，水准测量是精密测定高程的主要方法。水准测量是利用能提供水平视线的仪器(水准仪)，测定地面点间的高差，推算高程的一种方法。

分类

　　世界各国采用的高程系统主要有两类：正高系统和正常高系统，其所对应的高程名称分别为海拔高和近似海拔高，统称为高程。正常高系统和正高系统是有区别的，主要是由于重力场的影响不同，重力线就会产生一些偏移。我国规定采用的高程系统是正常高系统。如果不是进行科学研究，只是一般使用，正常高系统结果在国内也可以称为海拔高度。

　　过去我国采用青岛验潮站1950-1956年观测成果求得的黄海平均海水面作为高程的零点，称为“1956年黄海高程系”。后经复查，发现该高程系验潮资料过短，准确性较差，改用青岛验潮站1950-1979年的观测资料重新推算，并命名为“1985年国家高程基准”。国家水准点设于青岛市观象山，作为我国高程测量的依据。它的高程是以“1985年国家高程基准”所定的平均海水面为零点测算而得，废止了原来“1956年黄海高程系”的高程。

　　附图是珠穆朗玛峰，2005年，中国对珠穆朗玛峰的高程的重新测定，是历史上工程最浩大的高程测量。该测量花费大量资金，耗时近半年，测量结束后在2005年九月公布的测量结果是：珠穆朗玛峰高程为8844.43米。10月9日，国家测绘局正式宣布，珠穆朗玛峰新高度为8844.43米。之前沿用多年的8848.13米今后不再使用。

　　珠峰测高的主要方法是两种：第一种方法是传统的经典测量方法，就是以三角高程测量方法为基础，配合水准测量、三角测量、导线测量等方式，获得的数据进行重力、大气等多方面的改正计算，最终得到珠峰高程的有效数据。第二种方法是GPS卫星大地测量法，这种方法首先要建立一个能与地球形状最大程度契合的参考椭球，通过卫星用GPS仪器获得珠峰相对于这个地球参考椭球的准确的三维坐标，然后，只要我们确定了参考椭球与真实地球在珠峰最高点上的高程差，就能够得到珠峰准确的高程。

2007年四月，中国国家测绘局和建设部联合公布了中国19座名山修正后的高程数据。这是继２００５年公布珠穆朗玛峰高程后，中国再一次公布山峰类重要地理信息数据。此次公布的１９座名山高程数据分别是：

　　泰山１５３２.７米，

　　华山２１５４.９米，

　　衡山１３００.２米，

　　恒山２０１６.１米，

　　嵩山１４９１.７米，

　　五台山３０６１.１米，

　　云台山６２４.４米，

　　普陀山２８６.３米，

　　雁汤山１１０８.０米，

　　黄山１８６４.８米，

　　九华山１３４４.４米，

　　庐山１４７３.４米，

　　井冈山１５９７.６米，

　　三清山１８１９.９米，

　　龙虎山２４７.４米，

　　崂山１１３２.７米，

　　武当山１６１２.１米，

　　青城山１２６０.０米，

　　峨眉山３０７９.３米。

规范法规

　　之前，中国许多山峰高程数据不统一、不准确，有的甚至相差近百米。随著社会经济的发展，全社会对重要地理信息数据的需求不断增长。依法公布中国著名山峰高程数据，可有效规范重要地理信息数据的审核公布行为，引导社会公众使用权威的重要地理信息数据，强化公民国家版图意识。

　　在综合考虑知名度、影响力、测量条件、国防安全等因素的基础上，国家测绘局将中国国家级重点风景名胜区(包括世界遗产)范围内的７８座著名山峰高程纳入了由国家公布的重要地理信息数据范畴。２００６年７月下旬至２００７年３月上旬，上述第一批１９座著名山峰的高程测量完成，获得了较为精确的数据，并获得了包括７位院士在内的１２位专家组成的评审委员会一致通过。

扩展阅读：

似大地水准面精化

　　

大地水准面

　　由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是指与全球平均海平面（或静止海水面）相重合的水准面。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。

似大地水准面精化

　　从地面点沿正常重力线量取正常高所得端点构成的封闭曲面。似大地水准面严格说不是水准面，但接近于水准面，只是用于计算的辅助面。它与大地水准面不完全吻合，差值为正常高与正高之差。但在海洋面上时，似大地水准面与大地水准面重合。 　　建立一个高精度、三维、动态、多功能的国家空间坐标基准框架、国家高程基准框架、国家重力基准框架，以及由GPS、水准、重力等综合技术精化的高精度、高分辨率似大地水准面。该框架工程的建成，将为基础测绘、数字中国地理空间基础框架、区域沉降监测、环境预报与防灾减灾、国防建设、海洋科学、气象预报、地学研究、交通、水利、电力等多学科研究与应用提供必要的测绘服务，具有重大的科学意义。 　　精化大地水准面对于测绘工作有重要意义：首先，大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。其次，GPS（全球定位系统）技术结合高精度高分辨率大地水准面模型，可以取代传统的水淮测量方法测定正高或正常高，真正实现GPS技术对几何和物理意义上的三维定位功能。再次，在现今GPS定位时代，精化区域性大地水准面和建立新一代传统的国家或区域性高程控制网同等重要，也是一个国家或地区建立现代高程基准的主要任务，以此满足国家经济建设和测绘科学技术的发展以及相关地学研究的需要。 　　近年来，我国经济发达地区及中、小城市，在地形图测绘方面，对厘米级似大地水准面的需求十分迫切。高精度的似大地水准面结合GPS定位技术所获得的三维坐标中的大地高分离求解正常高，可以改变传统高程测量作业模式，满足1：1万、1：5000甚至更大比例尺测图的迫切需要，加快数字中国、数字区域、数字城市等的建设，不但节约大量人力物力，产生巨大的经济效益，而且具有特别重要的科学意义和社会效益。 　　大地高等于正常高与高程异常之和，GPS测定的是大地高，要求正常高必须先知高程异常。在局部GPS网中巳知一些点的高程异常（它由GPS水准算得），考虑地球重力场模型，利用多面函数拟合法求定其它点的高程异常和正常高。








大地水准面geoid

定义1：设想一个与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。
所属学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科）
定义2：由一个假设连续穿过所有陆地地块的平均海平面所确定的理想平面。
所属学科：船舶工程（一级学科）；船舶通信导航（二级学科）
地质学范畴，是指平均海平面通过大陆延伸勾画出的一个连续的封闭曲面。大地水准面包围的球体称为大地球体。大地球体的长半轴为6378.245公里，短半轴为6356.863公里。从大地水准面起算的陆地高度，称为绝对高度或海拔。

形成　　大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。

意义

　　大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时
，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。
　　大地水准面是测绘工作中假想的包围全球的平静海洋面，与全球多年平均海水面重合，形状接近一个旋转椭球体，是地面高程的起算面。
　　一个假想的、与静止海水面相重合的重力等位面，以及这个面向大陆底部的延伸面。它是高程测量中正高系统的起算面。
　　大地水准面同平均地球椭球面或参考椭球面之间的距离（沿着椭球面的法线）都称为大地水准面差距。前者是绝对的，也是唯一的；后者则是相对的，随所采用的参考椭球面不同而异。
　　绝对大地水准面差距[1] 　大地水准面到平均地球椭球面间的距离(图1)。它的数值最大在 ±100米左右。绝对大地水准面差距可以利用全球重力异常按斯托克斯积分公式进行数值积分算得（见地球形状），也可以利用地球重力场模型的位系数按计算点坐标进行求和算得。原则上可以选取其中任一公式。前者虽然精度较高，但运算复杂；后者由于不能按无穷级数计算，精度受到限制，但运算方便。因此，在实践中总是根据不同的要求，采用其中的一种或综合两者优点采用一个混合公式计算。
　　绝对大地水准面差距除了用上述方法确定之外，还可以利用卫星测高仪方法确定（见卫星大地测量学）。
　　相对大地水准面差距 　大地水准面到某一参考椭球的距离。因为参考椭球的大小、形状及在地球内部的位置不是唯一的，所以相对大地水准面差距具有相对意义。每一点的相对大地水准面差距,可以由大地原点开始,按天文水准或天文重力水准的方法计算出各点之间相对大地水准面差距之差，然后逐段递推出来。

天文水准

　　一种只采用天文大地测量数据来计算相对大地水准面差距的方法。由于AB方向上的相对垂线偏差分量θ是表示大地水准面在AB方向上的倾斜（图2）。显然，只要相对垂线偏差分量在A、B之间成线性变化，那么将A、B两点上的相对垂线偏差θ的平均值乘以两点之间的距离S,就可以求得两点的大地水准面差距之差：
　　。
　　因为两点间的相对垂线偏差只有在短距离内才呈线性变化，所以天文水准要求有很密的天文点，在山区更是如此。

天文重力水准

　　一种综合利用天文大地测量和重力测量数据计算相对大地水准面差距的方法。它是在两已知天文大地点A、B相距较远(例如几十公里到百余公里)的情况下，利用此两点周围一定区域内的大地水准面上的重力异常数据，去改正天文水准中相对垂线偏差不成线性变化的影响。用公式表示为：
　　式中ΔNg是用重力异常计算的重力改正项。这样在计算相对大地水准面差距之差时，只要很稀疏的天文点就可以进行,因此可以只利用国家大地网中已有的天文点,减少了天文测量的工作量，而代之以一定范围内的重力测量工作。
　　1937年，M.C.莫洛坚斯基曾提出用椭圆双曲坐标系模板按点的重力异常计算天文重力水准中的重力改正项ΔNg。1958年，中国大地测量学者方俊提出用直角坐标系按平均重力异常计算这一重力改正项的模板。目前此项工作采用电子计算机进行计算。
　　从1958年开始，中国沿一等三角锁布设了天文水准和天文重力水准线路，组成了几个闭合环。为了避免误差积累，将它分为一等（高精度）和二等（低精度）两个等级。这样，从中国大地原点开始，沿天文水准和天文重力水准线路递推到最远点的高程异常误差将不超过±3米，以此满足天文大地网归算起始边长的要求。



水准原点 leveling origin
定义：高程起算的基准点。
所属学科：测绘学（一级学科）；测绘学总类（二级学科）

　　用作国家高程控制网起算的水准测量基准点。其高程由选定的验潮站根据验潮资料确定的多年平均海面作为基准面，经精密水准测量而获得。根据1956年黄海高程系和l985国家高程基准确定的中国的水准原点在青岛市观象山。[1]2 　　我国的水准原点位于青岛观象山。它由 1 个原点 5 个附点构成水准原点网。在“ 1985 国家高程基准”中水准原点的高程为 72.2604 米。这是国家根据1952－1979年的青岛验潮观测值，组合了10个19年的验潮观测值，求得黄海海水的平均高度，为零点的起算高程，是国家高程控制的起算点。



高程异常height anomaly
定义：似大地水准面至地球椭球面的高度。
所属学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科）
高程异常: 似大地水准面至地球椭球面的高度。





正高orthometric height
定义：地面点沿该点的重力线到大地水准面的距离。
所属学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科）
学科：测绘科学与技术　　
正高orthometric height 　　
释文：正高是指从一地面点沿过此点的重力线到大地水准面的距离。是天文地理坐标(Ψ，λ，Hg)的高程分量。


高程height elevation,就是海拔高度,一般用米做单位。我国的高程系统使用黄海平均海水面的平均值为零点起算作为中国国家高程系统。



正常高normal height
定义：地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离。
所属学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科）
学科：测绘科学与技术　　
正常高normal height 　　
释文：正常高是指从一地面点沿过此点的正常重力线到似大地水准面的距离。
参考资料
http://www.gsdkj.net/pro/view.php?id=477
http://www.gsdkj.net/pro/view.php?id=477

我国规定采用的高程系统是正常高系统。如果不是进行科学研究，只是一般使用，正常高系统结果在国内也可以称为海拔高度。






大地高
大地高geodetic height;ellipsoidal height
定义：一点沿椭球法线到椭球面的距离。
所属学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科）
学科：测绘科学与技术　
大地高geodetic height 　　
释文：大地高是指从一地面点沿过此点的地球椭球面的法线到地球椭球面的距离。是大地地理坐标（B，L，H）的高程分量H。
参考资料
http://www.gsdkj.net/pro/view.php?id=377

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