全國一等水準(zhǔn)點(diǎn)高程近20年變化分析

王文利，郭春喜，丁 黎，趙 紅

國家測繪地理信息局大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西 西安 710054

我國的高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)主要依靠國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)維持與傳遞，其成果是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和地學(xué)研究不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1-3]。由一等水準(zhǔn)測量路線構(gòu)成的一等水準(zhǔn)網(wǎng)，主要用于解決有關(guān)高程變化等科學(xué)研究問題，它是國家高程控制網(wǎng)的骨干[4]。為滿足空間時(shí)代地學(xué)科學(xué)研究和減災(zāi)防災(zāi)的需要[5]，1991—1999年,我國實(shí)施完成了全國約8.5萬km的國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測，更新維護(hù)了1985國家高程基準(zhǔn)，建立了我國現(xiàn)行高程控制網(wǎng)，在近20年的國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。

我國現(xiàn)行高程控制網(wǎng)的使用已接近《大地測量法式》規(guī)定的25年復(fù)測期限[6]。針對我國高程基準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施破壞較為嚴(yán)重、成果的現(xiàn)勢性弱[7]等不足，2012—2015年，國家測繪地理信息局組織實(shí)施了國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一期工程，采用統(tǒng)一、高精度的數(shù)字水準(zhǔn)儀器和布測技術(shù)，建設(shè)了均勻覆蓋全國約12.6萬km的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)，是我國迄今為止精度最高、現(xiàn)勢性最強(qiáng)的國家現(xiàn)代高程控制網(wǎng)。它全面更新了1985國家高程基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了對國家現(xiàn)代測繪高程基準(zhǔn)的維護(hù)，滿足了我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國家信息化建設(shè)對現(xiàn)代高程基準(zhǔn)的需要。

2017年5月27日，國家測繪地理信息局召開新聞發(fā)布會，宣布啟用國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)成果，新高程成果啟用后，隨即面臨新舊高程成果的轉(zhuǎn)換問題。由于我國處于地殼運(yùn)動活躍地區(qū)，受地殼運(yùn)動、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、地下礦產(chǎn)(水)開采等因素的影響，許多地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的地面沉降，造成區(qū)域高程成果發(fā)生了較嚴(yán)重的變化，嚴(yán)重影響了高程基準(zhǔn)的維護(hù)及高程成果的使用。

我國近兩期一等水準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)成果相隔近20年，兩期高精度水準(zhǔn)測量成果，為分析我國一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)高程變化提供了寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本文通過對兩期一等水準(zhǔn)重合點(diǎn)高程進(jìn)行比較分析，掌握我國不同地區(qū)近20年高程變化情況，為高程成果的轉(zhuǎn)換、高程控制網(wǎng)的更新維護(hù)、地殼垂直運(yùn)動研究等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 兩期國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)建設(shè)概況

1.1 國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測

國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測，是我國第一次按當(dāng)時(shí)新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃實(shí)施的全國范圍高精度水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測[8]。它建立了中國現(xiàn)行高程控制網(wǎng)，在近20年的國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。受當(dāng)時(shí)條件限制，也存在一些不足，整網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)較差，基巖點(diǎn)較少，觀測周期過長，網(wǎng)中的水準(zhǔn)點(diǎn)位損毀嚴(yán)重，現(xiàn)勢性差[9]，常發(fā)生低等水準(zhǔn)測量在其間不易閉合的問題。

1.1.1 布設(shè)

國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測于1991—1999年進(jìn)行[10-11]。全網(wǎng)布設(shè)248條一等水準(zhǔn)路線(其中2條為支線)，總長度85 452 km[8,12-13]，包含16 485個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，構(gòu)成77個(gè)閉合環(huán)，形成172個(gè)結(jié)點(diǎn)，路線平均長度345 km、最長1080 km，環(huán)線平均長度1848 km、最長5213 km[8]。

1.1.2 觀測

1.1.3 數(shù)據(jù)處理

高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)，高程起算點(diǎn)為青島水準(zhǔn)原點(diǎn)，正常高為72.260 4 m；重力基準(zhǔn)采用1985國家重力基準(zhǔn)，正常重力公式采用IAG-75橢球相應(yīng)的正常重力公式。平差以結(jié)點(diǎn)間路線高差為元素，按測站數(shù)倒數(shù)定權(quán)，用于平差的觀測高差中加入標(biāo)尺長度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正、標(biāo)尺溫度改正[17]、固體潮改正與海潮負(fù)荷改正。平差后每千米水準(zhǔn)測量中誤差為±1.13 mm。平差中計(jì)算了172個(gè)水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)的高程中誤差，最大值±48.7 mm為距水準(zhǔn)原點(diǎn)4900 km的新疆阿勒泰[8,10]。

國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測成果于2000年6月通過國家測繪局組織的驗(yàn)收，并于2001年3月27日公告使用。

1.2 國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)

國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)建立了我國現(xiàn)代高程控制網(wǎng)，全面更新了我國1985國家高程基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了國家現(xiàn)代測繪高程基準(zhǔn)的維護(hù)。相對于國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測實(shí)現(xiàn)了以下突破：①優(yōu)化了結(jié)點(diǎn)位置，加強(qiáng)了網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，在水準(zhǔn)路線結(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了水準(zhǔn)、GNSS、重力的基準(zhǔn)融合；②在每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行了加密重力測量，大幅度提高了水準(zhǔn)路線上重力異常改正的可靠性；③水準(zhǔn)網(wǎng)觀測時(shí)間從9年縮短到4年，最大水準(zhǔn)環(huán)閉合時(shí)間從5年縮短到6個(gè)月，極大地削弱了地面沉降等因素的影響；④優(yōu)化了平差方法，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)高程中誤差的計(jì)算；⑤每千米水準(zhǔn)測量全中誤差從±1.06 mm提高到±0.92 mm，是我國迄今為止精度最高、規(guī)模最大、現(xiàn)勢性最強(qiáng)的國家現(xiàn)代高程控制網(wǎng)。

1.2.1 布設(shè)

2012—2015年，國家測繪地理信息局實(shí)施國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一期工程，在已有國家一、二等水準(zhǔn)路線的基礎(chǔ)上，根據(jù)交通路線的變化，對原一、二等水準(zhǔn)路線進(jìn)行重新組合、改造，布設(shè)了覆蓋全國、密度適宜的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)[2-3、18]。全網(wǎng)布設(shè)431條一等水準(zhǔn)路線、路線總長125 746.5 km，包含水準(zhǔn)點(diǎn)26 694個(gè)，構(gòu)成148個(gè)閉合環(huán)、形成247個(gè)水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)，路線平均長度292 km、最長1120 km，環(huán)線平均長度1475 km、最長5460 km；水準(zhǔn)環(huán)的閉合周期均小于3年、最大水準(zhǔn)環(huán)閉合周期為6個(gè)月。

1.2.2 觀測

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)，高程起算點(diǎn)為青島水準(zhǔn)原點(diǎn)，正常高為72.260 4 m；重力基準(zhǔn)采用2000國家重力基本網(wǎng)[2]，正常重力公式采用CGCS2000橢球相應(yīng)的正常重力公式。采用間接平差法，以結(jié)點(diǎn)間路線高差為元素，按測站數(shù)倒數(shù)定權(quán)，用于平差的觀測高差中加入標(biāo)尺長度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正和海潮負(fù)荷改正。平差后每千米水準(zhǔn)測量中誤差為±1.00 mm，平差中計(jì)算了247個(gè)水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)、26 694個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程中誤差，結(jié)點(diǎn)高程中誤差最大值±34.7 mm(距水準(zhǔn)原點(diǎn)5917 km)、水準(zhǔn)點(diǎn)高程中誤差最大值±35.7 mm(距水準(zhǔn)原點(diǎn)6185 km)。全網(wǎng)247個(gè)水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)中誤差大小分布如圖1所示，由圖可知，結(jié)點(diǎn)中誤差隨距原點(diǎn)距離增加而累積增大。

國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)成果于2017年4月7日通過國家測繪地理信息局組織的驗(yàn)收，并于2017年5月27日公告使用。

圖1 水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)中誤差大小分布圖Fig.1 The size distribution map of the root mean square error of leveling node

1.3 固體潮和海潮對一等水準(zhǔn)測量的影響

月球、太陽等天體對地球存在著引力，這種引力稱為引潮力。由于引潮力的作用，地面產(chǎn)生周期性的起伏，地殼內(nèi)部密度也發(fā)生變化產(chǎn)生附加位，被稱為固體潮。海水在引潮力作用下，發(fā)生巨大質(zhì)量遷移，致使地殼發(fā)生形變，同時(shí)產(chǎn)生附加引力，稱為海潮負(fù)荷。固體潮與海潮負(fù)荷效應(yīng)都對精密水準(zhǔn)測量產(chǎn)生影響，因此，在進(jìn)行精密水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理時(shí)，高差應(yīng)加入相應(yīng)的固體潮改正與海潮負(fù)荷改正[12]?！秶乙?、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》已明確規(guī)定，國家一、二等水準(zhǔn)測量高差應(yīng)加入固體潮改正，近海水準(zhǔn)路線需加入海潮負(fù)荷改正[1]。關(guān)于固體潮與海潮負(fù)荷對精密水準(zhǔn)測量的影響，目前許多學(xué)者已做了大量的研究，得出了一些結(jié)論：①當(dāng)日、月位于水準(zhǔn)測量路線同一方向且天頂距都為45°時(shí)，固體潮改正達(dá)到最大值，其值約0.1 mm/km；②固體潮改正在東西方向路線上較小，具有抵償趨勢，在南北方向路線上較大，具有累積趨勢，在我國從北到南可能達(dá)近百毫米；③固體潮改正對水準(zhǔn)環(huán)閉合差影響不太明顯，一般均在2 mm以內(nèi)；④海潮負(fù)荷改正的大小，取決于水準(zhǔn)路線的近海位置，越是近海越明顯；⑤海潮負(fù)荷改正對水準(zhǔn)環(huán)閉合差影響不太明顯，但近海地區(qū)水準(zhǔn)環(huán)閉合差能夠得到改善[12]。

筆者利用431條國家一等水準(zhǔn)路線計(jì)算固體潮改正，改正數(shù)絕對值最大為19.8 mm，平均為4.1 mm；利用沿海111條國家一等水準(zhǔn)路線計(jì)算海潮負(fù)荷改正，改正數(shù)絕對值最大為15.9 mm，平均為0.4 mm，固體潮與海潮負(fù)荷改正結(jié)果統(tǒng)計(jì)分布如圖2所示。

圖2 固體潮與海潮負(fù)荷改正統(tǒng)計(jì)分布圖Fig.2 The statistical distribution map of earth tide and ocean tide correction

由圖2可知，固體潮與海潮對精密水準(zhǔn)測量有一定影響，國家一、二等水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理應(yīng)施加固體潮改正與海潮負(fù)荷改正，消除潮汐對精密水準(zhǔn)測量的影響。

2 兩期國家一等水準(zhǔn)點(diǎn)高程變化分析

2.1 水準(zhǔn)重合點(diǎn)分析與確定

(1) 重合點(diǎn)的定義：一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)觀測有兩期或兩期以上高程時(shí)，該水準(zhǔn)點(diǎn)稱為重合點(diǎn)。

(2) 重合點(diǎn)確定依據(jù)：點(diǎn)之記、手簿上注記利用舊點(diǎn)情況，內(nèi)、外業(yè)提供的重合點(diǎn)對照表、新舊點(diǎn)名對照表，水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)差與高程差。

(3) 重合點(diǎn)分析方法：①依據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)差絕對值≤500 m且高程差絕對值≤1 m用軟件搜索重合點(diǎn)；②選擇水準(zhǔn)點(diǎn)名相同且坐標(biāo)差絕對值≤300 m的水準(zhǔn)點(diǎn)為初始重合點(diǎn)；③計(jì)算初始重合點(diǎn)高程年變化速率，根據(jù)小區(qū)域內(nèi)重合點(diǎn)高程年變化速率基本一致的原則，通過繪制高程年變化速率展點(diǎn)圖，人工逐一分析剔除粗差點(diǎn)；④將分析確定的重合點(diǎn)點(diǎn)名與坐標(biāo)(B，L)統(tǒng)一；⑤剔除基巖水準(zhǔn)點(diǎn)、基本水準(zhǔn)點(diǎn)附近(一般小于2 km)的普通水準(zhǔn)點(diǎn)。

(4) 重合點(diǎn)確定：按照以上方法，確定兩期國家一等水準(zhǔn)重合點(diǎn)共計(jì)7407個(gè)，其中，基巖水準(zhǔn)點(diǎn)78個(gè)，基本水準(zhǔn)點(diǎn)590個(gè)，普通水準(zhǔn)點(diǎn)6739個(gè)。

2.2 重合水準(zhǔn)點(diǎn)兩期高程變化量統(tǒng)計(jì)

重復(fù)水準(zhǔn)測量提供了點(diǎn)位高程變化的重要幾何信息[19]。利用7407個(gè)重合點(diǎn)的兩期高程差ΔH(H國家一等水準(zhǔn)-H國家二期一等水準(zhǔn)復(fù)測)分別按水準(zhǔn)點(diǎn)類型(全部點(diǎn)、基本點(diǎn)、基巖點(diǎn))進(jìn)行區(qū)間統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 高程變化量統(tǒng)計(jì)

利用確定的7407個(gè)重合點(diǎn)的兩期高程差，繪制全國一等水準(zhǔn)重合點(diǎn)兩期高程變化量示意圖如圖3所示。同時(shí)在天津、山東北部等重點(diǎn)沉降區(qū)選取兩條國家一等水準(zhǔn)路線(Ⅰ綏津線與Ⅰ津壽線)，利用其重合點(diǎn)的兩期高程差ΔH(H國家一等水準(zhǔn)-H國家二期一等水準(zhǔn)復(fù)測)繪制剖面圖如圖4所示。

圖4 重點(diǎn)沉降區(qū)水準(zhǔn)路線高程變化量剖面圖Fig.4 The sectional drawing of elevation variable quantity in the key settlement areas

從表1、圖3、圖4可看出：兩期高程變化量以正值為主，占全部水準(zhǔn)重合點(diǎn)的84.7%，其中42°N以北、114°E以東的東北區(qū)域及珠峰地區(qū)高程變化量超過+100 mm；高程變化量為負(fù)值的占全部水準(zhǔn)重合點(diǎn)的15.3%，且主要集中在天津、北京東南部、河北東南部、山東西北部、河南東北部、上海、江蘇東南沿海、廣東沿海、山西中部與西南、新疆南部、青海中部、甘肅西部、云南西部、四川南部等區(qū)域，其中天津市、河北邯鄲市、山東淄博市等地沉降量超過-600 mm，屬嚴(yán)重沉降區(qū)。

2.3 高程變化原因分析

兩期水準(zhǔn)高程變化是諸多因素綜合影響的結(jié)果，主要因素包括：水準(zhǔn)測量設(shè)備、測量措施、測量精度的差異；重力異常改正計(jì)算所采用的重力基準(zhǔn)、正常重力公式及重力數(shù)據(jù)的差異；兩期水準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)差異；水準(zhǔn)測量周期、水準(zhǔn)環(huán)閉合周期的差異、地殼垂直運(yùn)動及局部地表形變影響。

(1) 水準(zhǔn)測量設(shè)備、測量措施、測量精度的差異是造成兩期高程變化的因素之一。

國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測外業(yè)采用精密光學(xué)水準(zhǔn)儀及配套的線條式因瓦標(biāo)尺觀測，全網(wǎng)組成的77個(gè)水準(zhǔn)閉合環(huán)中有6個(gè)(占7.8%)環(huán)閉合差超限,每千米水準(zhǔn)測量全中誤差為±1.06 mm。

國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)外業(yè)采用高精度的數(shù)字水準(zhǔn)儀及配套的條碼式銦瓦標(biāo)尺觀測，同時(shí)在觀測中使用帶有GPS定位信息的記簿器，數(shù)字水準(zhǔn)儀具有自動化程度高、淡化人的讀數(shù)、進(jìn)行自動呈像等特點(diǎn)，大幅度提高了水準(zhǔn)測量精度與可靠性[20-21]。全網(wǎng)148個(gè)水準(zhǔn)閉合環(huán)其環(huán)閉合差全部合限，每千米水準(zhǔn)測量全中誤差為±0.92 mm。

(2) 重力異常改正計(jì)算所采用的重力基準(zhǔn)、正常重力公式及重力數(shù)據(jù)的差異也是造成兩期高程變化的因素之一。

國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測：重力基準(zhǔn)采用1985國家重力基準(zhǔn)，正常重力公式采用IAG-75橢球相應(yīng)的正常重力公式，實(shí)測加密重力值的水準(zhǔn)點(diǎn)不到1%，主要由國家重力數(shù)據(jù)庫檢索的布格異常數(shù)據(jù)計(jì)算重力異常改正。

國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)：重力基準(zhǔn)采用2000國家重力基本網(wǎng)，正常重力公式采用CGCS2000橢球相應(yīng)的正常重力公式，全部水準(zhǔn)點(diǎn)上實(shí)測了加密重力值，用實(shí)測的加密重力值計(jì)算重力異常改正，大幅度提高了水準(zhǔn)路線上重力異常改正的可靠性。

筆者通過對57個(gè)1985國家重力基本網(wǎng)與2000國家重力基本網(wǎng)重合點(diǎn)的重力值統(tǒng)計(jì)，1985國家重力基準(zhǔn)與2000國家重力基準(zhǔn)平均差異約0.04 mGal(1 mGal=10-5m/s2)。

IAG-75橢球正常重力公式為

γIAG-75=978 032(1+0.005 302 4sin2B-

0.000 005 8sin22B)[1]

CGCS2000橢球正常重力公式為

γCGCS2000=978 032.533 61(1+0.005 302 44sin2B-

0.000 005 82sin22B)

從兩式可看出，正常重力公式不同引起的正常重力值平均差異約為0.53 mGal。

通過對26 400個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)由實(shí)測重力值歸算的新布格異常與國家重力數(shù)據(jù)庫檢索的舊布格異常進(jìn)行差異統(tǒng)計(jì)，最大差61 mGal，平均差5 mGal，新舊布格異常差異統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖5 新舊布格異常差異統(tǒng)計(jì)圖Fig.5 The old and new statistical Bouguer anomaly difference map

重力異常改正差異為Δλ=Δg-γ布·h/γm(公式推導(dǎo)參考國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范)，可以看出：重力異常改正差異大小與布格異常差異大小、測段高差成正比。

若令γm=987 032 mGal，h=1 m，Δg-γ布=1 mGal，則Δλ=0.001 mm。當(dāng)測段高差為100 m時(shí)，新舊布格異常差異引起的重力異常改正最大差異達(dá)6 mm。

(3) 兩期水準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)差異也是造成兩期高程變化的因素之一。

良好的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)是發(fā)現(xiàn)和限制水準(zhǔn)測量的系統(tǒng)性影響、提高水準(zhǔn)點(diǎn)高程精度的必要條件。

國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測由246條路線構(gòu)成77個(gè)閉合環(huán)，形成172個(gè)結(jié)點(diǎn)，環(huán)線平均長度1848 km，許多地方出現(xiàn)空洞，網(wǎng)型結(jié)構(gòu)相對較弱，兩期水準(zhǔn)網(wǎng)對照見圖6。

國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)綜合考慮了網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的科學(xué)、合理，在網(wǎng)形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度欠佳的地方將原國家二等水準(zhǔn)路線升級為一等水準(zhǔn)路線，同時(shí)對國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測中多個(gè)環(huán)長較大的環(huán)線進(jìn)行了加密，使國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到加強(qiáng)，全網(wǎng)由431條路線構(gòu)成148個(gè)閉合環(huán)、形成247個(gè)結(jié)點(diǎn)，環(huán)線平均長度1475 km。

筆者將國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)部分路線抽掉，形成與國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測網(wǎng)型結(jié)構(gòu)相近的一等水準(zhǔn)網(wǎng)(簡稱“簡單網(wǎng)”)，用與國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)(簡稱“完整網(wǎng)”)同樣的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行整網(wǎng)平差，將平差高程與國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)平差高程進(jìn)行比較統(tǒng)計(jì)，高程差值統(tǒng)計(jì)分布見圖7?？煽闯?，網(wǎng)形結(jié)構(gòu)差異造成兩期高程發(fā)生變化，最大變化達(dá)30 mm。

圖3 高程變化量示意圖Fig.3 The sketch map of elevation variable quantity

圖6 兩期水準(zhǔn)網(wǎng)對照圖Fig.6 The collation map of the leveling network in recent two periods

圖7 簡單網(wǎng)與完整網(wǎng)平差高程差值分布圖Fig.7 Elevation difference distribution map between simple network and whole network adjustment

(4) 水準(zhǔn)測量周期、水準(zhǔn)環(huán)閉合周期的差異、地殼垂直運(yùn)動及局部地表形變也是造成兩期高程變化的因素之一。

中國大陸處于北部歐亞板塊、西南印度板塊和東部及東南部太平洋板塊的交匯處，3大板塊的共同作用使中國大陸構(gòu)造活動十分復(fù)雜。而水準(zhǔn)路線不可避免地跨越不同構(gòu)造塊體，水準(zhǔn)點(diǎn)間的觀測高差將隨所在地塊不同而產(chǎn)生差異[22]。同時(shí)，國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)標(biāo)石有99%埋設(shè)在地表土層中，它不可避免地受到非構(gòu)造或人為因素而產(chǎn)生的地表垂直運(yùn)動的影響，諸如局部地區(qū)地表沉降、季節(jié)性地表起伏、地下水開采與回灌而產(chǎn)生的地表垂直形變等都將造成水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石垂直位移[8]。如果水準(zhǔn)測量周期與水準(zhǔn)環(huán)閉合周期過長，就會受地殼垂直運(yùn)動及局部地表形變影響，部分環(huán)線上的水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石發(fā)生垂直位移，致使某些水準(zhǔn)點(diǎn)高程變化，造成環(huán)閉合差超限。因此，縮短水準(zhǔn)測量周期與水準(zhǔn)環(huán)閉合周期是減弱地殼垂直運(yùn)動及局部地表形變影響的有效措施。

國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測各水準(zhǔn)路線測量周期最短10年、最長23年，水準(zhǔn)環(huán)閉合周期小于3年的占35%、大于7年的占30%，其中西藏與新疆交界處的最大環(huán)(環(huán)長約5000 km)閉合周期達(dá)5年。

國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)采用逐片推進(jìn)的會戰(zhàn)模式，歷時(shí)3年半完成全網(wǎng)431條一等水準(zhǔn)路線測量，各水準(zhǔn)路線測量周期最短1年、最長2年，全網(wǎng)148個(gè)水準(zhǔn)環(huán)的閉合周期均小于3年，其中西藏與新疆交界處的最大環(huán)(環(huán)長約5000 km)閉合周期只有6個(gè)月。大大縮短了水準(zhǔn)網(wǎng)觀測時(shí)間與水準(zhǔn)閉合環(huán)的閉合周期，極大地削弱了地面沉降等因素的影響，有效提高了測量精度。

3 結(jié) 語

(1) 我國于2015年建設(shè)完成的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)，是迄今為止建立的精度最高、現(xiàn)勢性最強(qiáng)的國家現(xiàn)代高程控制網(wǎng)。它全面更新了我國1985國家高程基準(zhǔn)高程成果，實(shí)現(xiàn)了全國范圍的現(xiàn)代高程基準(zhǔn)傳遞，為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國家信息化建設(shè)提供了現(xiàn)代高程基準(zhǔn)的需要。該成果作為我國最新一期1985國家高程基準(zhǔn)高程成果，應(yīng)積極推廣應(yīng)用。

(2) 地殼垂直運(yùn)動及局部地表形變是引起兩期高程變化的主要因素。為了保證國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)測量成果的精度與可靠性，國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)與測量應(yīng)遵循以下原則：①加密一等水準(zhǔn)網(wǎng)，強(qiáng)化網(wǎng)型結(jié)構(gòu)、控制閉合環(huán)線長度；②水準(zhǔn)測量采用統(tǒng)一、先進(jìn)的測量儀器；③統(tǒng)籌安排，縮短水準(zhǔn)測量周期、水準(zhǔn)環(huán)閉合周期，全網(wǎng)水準(zhǔn)測量周期不應(yīng)超過5年[1]、力爭3年內(nèi)完成，水準(zhǔn)環(huán)閉合周期不應(yīng)超過3年、力爭2年內(nèi)完成；④完善水準(zhǔn)路線上的重力測量，提高水準(zhǔn)測量高差的重力異常改正精度。

(3) 通過對國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)與國家第二期一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測重合水準(zhǔn)點(diǎn)高程變化量的統(tǒng)計(jì)與分析，兩期國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)高程出現(xiàn)了不同程度的變化，許多區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重沉降，沉降量超過600 mm。國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)成果屬于基礎(chǔ)測繪成果，基礎(chǔ)測繪成果應(yīng)當(dāng)定期更新[23]。為了減少地表形變對高程控制點(diǎn)的影響，保持國家高程控制網(wǎng)的現(xiàn)勢性[24]，按照大地測量基本技術(shù)規(guī)定：國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)每15年復(fù)測更新一次[25]，復(fù)測更新時(shí)應(yīng)縮短測量周期，同時(shí)應(yīng)對低等級水準(zhǔn)網(wǎng)在國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)控制下，按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(主要是采用精化后的重力數(shù)據(jù)重新計(jì)算重力異常改正[22])進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與成果更新，保持高程控制網(wǎng)的一致性和與國家高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一性[10]。