淮河流域高程控制網(wǎng)的建立與改造

（中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 前言

淮河流域高程控制網(wǎng)最初建立于20世紀50年代初期，由原治淮委員會精密水準測量隊組織實施，高程基準為廢黃河高程系，1956年改算為1956年黃海高程系。1988—1991年由淮委規(guī)劃設計研究院牽頭主持，河南、安徽、江蘇、山東四省水利勘測設計院共同參與實施，對淮河流域高程控制網(wǎng)進行第一次維護改造，高程基準改算為1985 國家高程基準。2010—2013年由水利部淮委組織，中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司總負責，多家單位共同參與，第二次對淮河流域高程控制網(wǎng)進行維護改造，高程基準依然采用1985 國家高程基準。

2 淮河流域高程控制網(wǎng)的建立

20世紀50年代初期為了滿足全面治理淮河的需要，治淮委員會測量隊在淮河流域內(nèi)布設了19 條水準干線，累計長度6938km，埋設1900 組水準標石，同時布了8 條水準支線，并聯(lián)測了流域內(nèi)各水文站的水準基點，其施測精度相當于目前的國家二等水準測量精度，當時稱其為精密水準測量。此次埋設標石質量優(yōu)良、標體大、銅質標志、壓印編號，大部分標組分別設有地上明標、地上暗標和地下標三座標石，全部現(xiàn)場澆筑，標石穩(wěn)固。初算成果以民國時期導淮委員會江淮水利測量局設在淮陰馬頭鎮(zhèn)的BM11 為原點，稱為“廢黃河零點高程系”。

1956年水利部、國家測繪總局聯(lián)合對東經(jīng)103度以東、北緯41 度以南及北緯22 度以北范圍內(nèi)的水準網(wǎng)進行統(tǒng)一平差計算，淮河流域位于此范圍內(nèi)。為此，將淮河流域水準網(wǎng)納入國家東南部水準網(wǎng)進行統(tǒng)一平差，并改算為“1956年黃海高程系”。至此，淮河流域啟用了“1956年黃海高程系”，新的工程建設項目的高程基準，改用“1956年黃海高程系”。

3 淮河流域高程控制網(wǎng)的第一次改造

自20世紀70年代起，國家測繪局系統(tǒng)地在全國范圍內(nèi)重新布設一、二等水準網(wǎng)，平差計算成果采用1985 國家高程基準，并于1986年7月交付鐵路、交通、水利、城建等國民經(jīng)濟建設各部門使用。

淮河流域內(nèi)國家一、二等水準路線的布設，有少數(shù)利用了原治淮委員會布設的水準路線，但大多數(shù)沿鐵路、公路布設，難以對骨干河道進行有效的高程控制。而20世紀50年代布設的水準標石，由于歷年來開展大規(guī)模的農(nóng)田水利基本建設、城市擴建、交通道路的修筑、村鎮(zhèn)建房和管理維護不善等原因而遭到嚴重破壞。同時，由于流域洪水、地震、地下水超采等原因，而使部分標石造成沉降，高程失去可靠性。為了保證淮河流域高程控制的精度、現(xiàn)勢性、可靠性和實現(xiàn)基礎測量成果的可持續(xù)利用，報經(jīng)水利部批準，決定對淮河流域水準網(wǎng)進行第一次全面改造。

淮河流域水準網(wǎng)改造工作由淮委規(guī)劃設計研究院主持，河南、安徽、江蘇、山東四省水利勘測設計院共同實施。自1988年全面開展工作，1991年結束。

淮河流域水準網(wǎng)改造共布設二等水準線路7 條543.5km，三等水準線路207 條9148.4km，三等水準支線331 條1899.3km。新埋設、改造利用及聯(lián)測水準標石4483 座，聯(lián)測水閘、大壩、水庫、水文站等水工建筑基點411 處，將淮河流域水準網(wǎng)成果全部歸算為1985 國家高程基準，并建成淮河流域水準網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

此次改造，新埋設水準標石普遍采用鋼、木模板現(xiàn)場澆筑。埋石尺寸準確，表面光潔，堅固穩(wěn)定。鑲嵌于標石中心的銅質樗上鑄有“治淮委員會水準點”字樣。水準測量統(tǒng)一使用自動安平水準儀進行野外觀測，統(tǒng)一使用PC-1500 計算機和統(tǒng)一的計算機程序進行記錄，且觀測中的技術措施嚴密，因而各個環(huán)線的整體精度較高。從統(tǒng)計精度可以看出：每公里往返測高差中數(shù)的偶然中誤差M△全部在允許限差的1/3 以內(nèi)。全流域共構成152個獨立的閉合環(huán)，其每公里高差中數(shù)的全中誤差Mw=±3.33mm。

這次水準網(wǎng)改造是在國家一、二等水準網(wǎng)的基礎上增補二等線，加密三等網(wǎng)。線路規(guī)劃合理，設計強度較高，對流域內(nèi)的各河系，起到了有效的高程控制作用。1995年淮河流域水準網(wǎng)改造成果獲淮河水利委員會科技進步二等獎。

4 淮河流域統(tǒng)一高程系統(tǒng)（淮河流域高程控制網(wǎng)的第二次改造）

前期淮河流域高程控制網(wǎng)的建立及第一次改造，均主要考慮了淮河干流、一級支流、二級支流及重點水利工程區(qū)對高程控制系統(tǒng)精度和密度的要求，而在淮河流域平原洼地區(qū)、中小河流區(qū)及引江濟淮工程區(qū)等治淮工程建設的熱點與重點地區(qū)未實現(xiàn)三等水準網(wǎng)的全覆蓋。且上次改造的淮河流域高程控制網(wǎng)已運行20 余年，很多水準標石已被破壞，同時部分地區(qū)地面沉降，水準標石的高程已失去可靠性。且1991—1998年國家一、二等水準網(wǎng)又進行了高程復測，淮河流域的高程控制網(wǎng)成果并未與國家新的一、二等水準網(wǎng)成果連測。

同時由于水利工程的規(guī)劃設計、施工建設、運行管理、加固改造等均需經(jīng)歷較長的時間，以及歷史資料的積累與延續(xù)，目前在淮河流域水利工程上使用的高程系統(tǒng)并不統(tǒng)一，淮河水系多為“廢黃河零點高程系”；沂沭泗河水系中泗運部分多為“廢黃河零點高程系”，沂沭河部分多為“1956年黃海高程系”，南四湖部分地區(qū)還有“華東廢黃河零點高程系”等。

淮河流域高程控制網(wǎng)第一次改造工作于1991年完成，因時間及經(jīng)費限制，當時只對淮河流域內(nèi)的原有主要舊水準線路進行了聯(lián)測，致使各高程系統(tǒng)之間的換算關系在不同區(qū)域精度不同。同時由于地殼運動、人類活動、水準網(wǎng)布設線路及水準網(wǎng)平差方案的不同，致使“1985 國家高程基準”與“廢黃河零點高程系”“1956年黃海高程系”三者之間的系統(tǒng)差值，在不同區(qū)域變幅較大。為解決這些問題，需在更大范圍內(nèi)對淮河流域內(nèi)原有水準線路、水準點及水工建筑物基點進行聯(lián)測，從而確定科學合理的高程系統(tǒng)之間的換算關系，并統(tǒng)一高程系統(tǒng)。

經(jīng)水利部批復，2010—2013年由水利部淮委組織，中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司總負責，多家單位共同參與，第二次對淮河流域高程控制網(wǎng)進行全面的維護改造，確定不同高程系統(tǒng)之間的換算關系，并將淮河流域高程控制網(wǎng)統(tǒng)一為1985 國家高程基準。

4.1 .水準標石普查

水準標石普查的主要內(nèi)容：淮河流域國家一、二等水準網(wǎng)標石；淮河流域水利系統(tǒng)二、三等水準網(wǎng)標石；淮河流域水文站、部分水位站、大中型水庫、大中型水閘等水工建筑物的高程基點或高程引測點等水準標石。淮河流域累計普查水準標石10375座，可以修復利用的標石為3891 座，標石存有率為37.50%。

4.2 .水準標石的修復及埋設

淮河流域現(xiàn)存的原有水準標石，對分析淮河流域的高程變化情況、對淮河流域高程系統(tǒng)換算關系研究以及水準成果利用的連續(xù)性具有至關重要的作用?；春恿饔蚪y(tǒng)一高程系統(tǒng)項目累計修復利用原有水準標石2521 座?；春恿饔蛐侣裨O水準標石選點原則上沿原有路線進行，標石密度控制在2.0～4.0km之間，平均約為3.0km。

4.3 .水準觀測

淮河流域高程控制網(wǎng)觀測的水準路線全部為附合水準路線和結點網(wǎng)，無閉合水準路線?；春恿饔虿荚O二等水準路線10 條，全部為附合水準路線，平均路線長139.00km，路線最長264.35km，最短105.30km。三等附和水準路線51 條，平均路線長62.34km，路線最長154.20km，路線最短18.90km。三等結點網(wǎng)水準路線306 條，平均路線長46.44km，路線最長120.20km，路線最短5.00km?；春恿饔蚋叱炭刂凭W(wǎng)觀測共完成二等水準觀測1139.6km，三等水準觀測23266.4km。

4.4 平差計算

淮河流域高程控制網(wǎng)的水準平差計算采用武漢大學編制的測量控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理通用軟件包《科達普施》完成。二等網(wǎng)平差計算時的高差加入了水準標尺長度誤差改正、水準標尺溫度改正、正常水準面不平行改正和環(huán)線閉合差改正等四項改正數(shù)。由于淮河流域布設的9 條二等水準路線所處地區(qū)的海拔低、高差小，經(jīng)計算，路線中重力異常改正數(shù)均在1mm 以內(nèi)，因而在高差表中未列該項改正數(shù)。三等網(wǎng)平差計算時的高差加入了水準標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正和環(huán)線閉合差改正等三項改正數(shù)。

4.5 .信息管理系統(tǒng)建設

為了高效管理淮河流域高程控制網(wǎng)資料，制作了淮河流域高程控制網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，它的主要功能模塊有：數(shù)據(jù)入庫檢查、視圖管理、查詢檢索、輸入輸出、數(shù)據(jù)分析、分發(fā)服務、數(shù)據(jù)庫維護和安全管理等。水準成果的查詢方式包括按點名、路線名、環(huán)線編號、經(jīng)、緯度范圍、省名、市名、縣（市）名、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）名等多種檢索查詢方式。水準成果的點之記、路線圖、現(xiàn)場照片、文檔資料與高程成果建立鏈接，根據(jù)水準成果的查詢結果，實現(xiàn)附屬資料的檢索、顯示和輸出?；春恿饔蚪y(tǒng)一高程系統(tǒng)項目數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一套B/S 信息管理系統(tǒng)，通過SQLServer 數(shù)據(jù)庫和WEB 應用服務器（Tomcat）進行搭建。用戶可以通過瀏覽器訪問系統(tǒng)服務，對淮河流域高程控制成果資料進行檢索并查看成果目錄、成果文件的存檔信息、成果附件等成果信息。淮河流域統(tǒng)一高程系統(tǒng)項目數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)平臺采用JAVAEE 架構技術結合Ajax、WebService、XML 等業(yè)界先進技術，為企業(yè)提供靈活強大的管理平臺。

5 淮河流域高程控制網(wǎng)的創(chuàng)新使用案例

2020年初，公司開展引江濟淮二期工程可行性研究工作，需測量眾多建筑物及輸水線路的地形圖。測區(qū)分布在合肥、蚌埠、六安、阜陽、亳州等5 個地級市，涉及約2 萬km2范圍，分布范圍極廣，且分布極其分散，控制測量工作量非常大。按傳統(tǒng)控制測量方法，要先埋設標石，再做GPS 靜態(tài)控制測量和水準測量，解算出控制測量成果，然后才能求解轉換參數(shù)用于地形圖測量。如此大的范圍，用傳統(tǒng)方法做控制測量工作量非常大，工期將會很長，遠遠無法滿足引江濟淮二期工程可研工作的進度需求。測量項目組經(jīng)過商討研究，大膽創(chuàng)新，決定嘗試利用淮河流域高程控制網(wǎng)的成果解決此項目的轉換參數(shù)求解問題。利用千尋CORS 網(wǎng)絡直接采集測區(qū)附近水準點的WGS84 坐標系的經(jīng)緯度坐標及大地高以及水準點的CGCS2000 坐標系的平面坐標。水準點本身已經(jīng)具備1985 國家高程基準的高程值，這樣就可以求解測區(qū)的轉換參數(shù)了。

本項目分區(qū)域共求解12 個轉換七參數(shù)，經(jīng)過在現(xiàn)場采集控制點驗證參數(shù)的可靠性，平面誤差均在4cm 以內(nèi)，高程誤差均在6cm 以內(nèi)，滿足1︰2000地形圖碎步點測量精度的規(guī)范要求。

此次技術創(chuàng)新，大大提高了測量工作效率，既滿足了引江濟淮二期工程可研工作的進度要求，又大大減輕了工作量，取得極大的經(jīng)濟效益■