水準測量技術在驗潮站中的應用

林 航

福建省海洋預報臺，福建福州 350003

水準測量又名“幾何水準測量”，是高程控制測量的主要方法，水準測量精度高，不受地形條件限制，作業簡單易學，是高程測量的主要組成部分。水準測量是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數推算兩點間的高差。通常由水準原點或任一已知高程點出發，沿選定的水準路線逐站測定各點的高程。

驗潮站又稱潮位站，為了解當地海水潮汐變化的規律而設置的，能有效地監測著我國沿海的潮位變化， 在國防、經濟建設、災害預警和科學研究中發揮著巨大的作用。通過水準測量潮汐觀測數據才能轉換為國家標準高程，也只有通過定期水準測量，才能保證潮位數據的準確性與可用性，為此，水準測量在驗潮站中至關重要。

筆者結合驗潮的水準復測工作，介紹了水準測量在驗潮站中的應用，并提出一些建議及注意事項。

1 驗潮站的水準系統要求

驗潮站水準系統由基本水準點、校核水準點、水尺零點及井內水尺指針這四部分構成，通過水準測量建立驗潮站國家標準的高程關系。

《海濱觀測規范》要求：驗潮站應在適當位置設置一個基本水準點和一至兩個校核水準點。基本水準點是潮位站永久性的高程控制點。校核水準點是用于引測和檢查水尺零點、讀數指針高程的水準點[1]。水準點設置必須按國家水準點設置要求所設立， 由驗潮站長期保存、專用的水準點。考慮到基本水準點存在被破壞的可能，最好在站點附近設置二個基本水準點。

水尺零點是驗潮站潮位升降的起算面， 它與該站的“測站基面”、“驗潮零點”或“潮高基準面”往往是同義的。為了潮位資料的連續性和可對比性， 當水位零點確定后， 一般均不作改動。所以對長期站來說， 水位零點確定的合理與否，直接與平均海平面、工程基準面、風暴潮研究和海陸之間的相對高程的轉換等有關[2]。

按《海洋站水準連測技術規程》要求：岸基驗潮的基本水準點、校核水準點及水尺零點測量要求至少按二等水準測量要求與國家水準高程系統進行連測，其中水準測量的引據點等級應不低于國家二等水準點。

基本水準點與校準水準點啟用后每年應復測一次，兩年后若沒有發現高程變動，基本水準點每隔四年復測一次，校準水準點每個二年復測一次。水尺零點與指針高程每隔半年復測一次[1]。

2 驗潮站水準測量實施

結合驗潮站水準復測工作，主要是針對基本水準點及校準水準點的水準測量，將驗潮站水準測量方案做簡要介紹，具體內容包括：設計書編制、資料收集和分析、已有控制點找尋、控制點選埋、儀器測試、外業施測、成果資料整理、質量檢查、編寫總結和提交資料，各部分具體內容如下。

1）編制水準測量設計書，內容需要包括項目情況說明、作業區自然地理概況和已有資料情況、作業依據、設計方案、水準測量、數據處理、上交資料內容及質量控制等。

2）資料收集和分析，主要資料包括：覆蓋測區的1:10000地形圖和交通圖；測區內及周邊的控制點資料；上次施測的驗潮站水準數據、沿線水準點和水準路線資料。

3）已有控制點找尋。所有參與連測的控制點（包括驗潮站設置的基本水準點）應進行普查，確認點位保存情況，以供設計和作業選用。需要普查的控制點根據驗潮站水準復測的線路進行選取，其中引據控制點應采用國家一等或二等水準網內具有最新測量成果的水準點，引據點等級不低于國家二等水準點[3]。

控制點找到后，還應認真核對標石鑄字，查看標石、標志完好情況，查看標石是否有錯位現象，確定是否被動過。須測定大地坐標(WGS 84)兩次，兩次互差不大于0.5″，取中數采用，記錄取位到0.1″，并保留成果備查。按照規定將正確點位標在相應比例尺地圖上。

實地點位清理及記錄完成后，進行拍照工作。照片應拍兩張，一張為標志全景照片，另一張為標石面照片。根據測量標志普查情況填繪點之記。

4）水準點選埋。水準點點位選擇遵循規范規定，根據實地情況進行，路線水準點之間距3～10km。選點原則如下：（1）有堅固建筑物（房屋、紀念碑、塔、橋基等）和堅固石崖處，可埋設墻腳水準標志；（2）水準點宜選在路線附近的政府機關、學校、公園內；（3）水準路線經過的若存在已有其它路線的各等級水準標石和平面控制點標石在確認穩定牢固的，均可以利用。

但在下列地點，不適宜選埋水準點：

（1）易受水淹或地下水位較高的地點；（2）易發生土崩、滑坡、沉陷、隆起等地面局部變形的地點；（3）路堤、河堤、沖積層河岸及地下水位變化較大的地點；（4）道路上填方的地段，距鐵路50m、距公路30m（普通水準點除外）以內或其它受劇烈震動的地點；（5）不堅固或準備拆修的建筑物上；（6）短期內將因修建而可能毀掉標石或不便于觀測、使用的地點。

補埋和新埋設的水準點按照普通水準點標石埋設。埋設原則如下：

（1）水準點埋石前，應對普查的水準路線進行認真核對，確定需補埋設點的數量，點位應能盡量接收GPS信號，以確定水準點坐標。（2）每個驗潮站在驗潮室外或棧橋上及周邊100m選定一處埋設水準點；套合已有點位的，不超過驗潮室200m；在500m內在選定一處埋設水準點，該兩個水準點為基本水準點。（3）每條路線埋石結束后，應對水準線路進行整理，繪出完整的水準線路圖。

5）儀器測試。用于水準測量的數字水準儀、電磁波測距儀、鋼卷尺必須送國家計量部門認可的儀器檢定單位檢定，檢驗合格后在有效期限內使用。在使用過程中如發現儀器有異常情況，應重新送檢。

用于水準測量的數字水準儀配套水準標尺，必須送國家計量部門認可的儀器檢定單位檢定，檢驗合格后在有效期限內使用。在使用過程中如標尺碰撞、變形或出現異常情況，應重新送檢。觀測工作期間，應經常檢校標尺上的圓水準器。

6）外業施測。水準觀測基本要求：（1）水準標石埋設后，為確保新埋標石在觀測時的穩定，所有水準點應經過一個沉降期(不少于1個月)方能進行觀測；（2）觀測前30min，應將儀器置于露天陰影下，是儀器與外界氣溫趨于一致；設站是，應用測傘遮蔽陽光；遷站時，應罩以儀器罩。使用數字水準儀前，應進行預熱，預熱不少于20次單次測量；（3）對氣泡式水準儀，觀測前應測出傾斜螺旋的置平零點，并作標記，隨著氣溫變化，應隨時調整零點位置；（4）在連續各測站上安置水準儀的三腳架時，應使其中兩腳與水準線路的方向平行，而第三腳輪換置于路線方向的左側與右側；（5）除線路轉彎處，每一測站上儀器與前后視標尺的三個位置，應接近一條直線；（6）不應為了增加讀數，而把尺樁(臺)安置在壕坑中；（7）轉動儀器的傾斜螺旋和測微鼓時，其最后旋轉方向，均應為旋進；（8）每一測段的往測與返測，其測站數均為偶數。由往測轉向返測時，兩根標尺應互換位置，并應重新安置儀器；（9）在高差較大的地方，應選用長度穩定、標尺名義米長偏差較小的水準標尺作業；（10）數字水準儀應避免望遠鏡直接對向太陽；盡量避免視線被遮擋，遮擋不要超過標尺在望遠鏡中截長的20%；儀器只能在廠方規定的溫度范圍內工作；確信震動源造成的震動消失后，才能啟動測量鍵。

水準觀測程序和步驟:

二等水準觀測：往、返測時，奇數站照準標尺順序為：“后、前、前、后”；往、返測時偶數站照準標尺順序為：“前、后、后、前”。

三等水準觀測：采用中絲讀數法進行往返測。

7）成果資料整理。水準觀測外業數據采集工作結束后，需對各種資料進行整理。外業期間屬于手工記錄的原始資料，不得有連環涂改、就字改字、轉抄出現。

水準觀測資料以路線為單位整理，內容包括封面、質量檢查驗收登記表、目錄、重要問題記載表、儀器登記表、儀器檢查資料、水準路線觀測記錄表、水準觀測路線圖、結點接測圖、檢測手簿、觀測手簿、下半段尺頂高程觀測手簿、參考站觀測墩丈量記錄、水準測量野外高差及概略高程表、水準外業觀測拼環計算及觀測精度統計、水準點點位說明、記事用紙。

8）質量檢查：（1）觀測儀器設備按照設計書及相關規范要求進行檢驗檢定，各項指標合格；（2）原始觀測數據；（3）觀測數據的觀測質量等滿足設計書要求；（4）測量手簿按要求填寫，填寫正確；（5）按照設計書要求整理資料格式。

9）技術總結：技術總結是在水準測量任務完成后，對技術設計書和技術標準執行情況、技術方案、作業方法、完成質量及主要問題的處理分析等進行總結[4]。

10）提交資料。提交的水準測量結果資料應包括水準路線圖、控制點點之記、點位說明、控制點普查照片、水準點標石建造照片、水準路線觀測原始數據、水準觀測資料、平差計算報告、平差計算過程數據、成果表、專業技術設計書、工作報告(含技術總結)、質量檢查報告（或成果驗收報告）。

3 水準測量在驗潮站中的重要性

每個驗潮站都要確定一個驗潮站零點，作為本站各水尺或驗潮儀的統一潮位假定起算零點，才能保證潮位資料的連續性和可對比性。為了確定水尺零點及驗潮站超高基準面，必須通過與基本及校核水準點水準測量才能確定，可見水準測量對潮位站工作是至關重要的，同時要潮位資料的準確性及可靠性必須按規范要求定期對驗潮站水準系統（包括水尺零點等）進行復測，否則，將會對潮位資料的準確性產生影響，

筆者就遇到兩件因水準問題，導致對潮位數據影響的情況，一件是所管理的驗潮站年平均海平面高程與臨近其他部門驗潮站同期年平均海平面出入較大問題，經對觀測的潮汐數據進行檢查也沒有問題，最后判斷可能是水準點的問題。經由測量資質單位對這兩個鄰近站基本和校核水準點進行復測，發現造成差異的原因為鄰近站水準點多年沒有復測，水準數據有誤，將兩個站水準點數據調整一致后，站點的同期年平均海平面就一致。另一件是通過定期水準測量后發現所管的連江青嶼驗潮站基本水準點與校核水準點高程均整體下降約2.5cm，經對該對水準測量過程進行檢查判斷無誤后，初步判斷是臨近墾區大面積填海造成的，可見，驗潮站水準測量如果僅對校核水準點進行定期復測，而基本水準點等其他部分不進行測量，也會對潮位資料準確性產生影響，為此按規范定期水準測量對驗潮站至關重要。

4 結論

為保證驗潮站資料可用性及準確性，除了基本的水尺校核和設備保障外，按規范要求定期對驗潮站水準系統進行水準測量至關重要。

[1]國家海洋局.GB/T14914-2006，海濱觀測規范[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2]朱志恩.驗潮站的布設和潮位資料應用中若干問題的初步探討[J].東海海洋，1997，15（4）：12-18.

[3]國家海洋局.海洋站水準連測技術規程.

[4]國家測繪局.GB 12897-2006，國家一、二等水準測量規范[S].北京：中國標準出版社.