淮河流域高程控制網的建立與改造

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 前言

淮河流域高程控制網最初建立于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，并聯測了流域內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，全部現場澆筑，標石穩固。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、國家測繪總局聯合對東經103度以東、北緯41 度以南及北緯22 度以北范圍內的水準網進行統一平差計算，淮河流域位于此范圍內。為此，將淮河流域水準網納入國家東南部水準網進行統一平差，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的第一次改造

自20世紀70年代起，國家測繪局系統地在全國范圍內重新布設一、二等水準網，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、城建等國民經濟建設各部門使用。

淮河流域內國家一、二等水準路線的布設，有少數利用了原治淮委員會布設的水準路線，但大多數沿鐵路、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模的農田水利基本建設、城市擴建、交通道路的修筑、村鎮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、現勢性、可靠性和實現基礎測量成果的可持續利用，報經水利部批準，決定對淮河流域水準網進行第一次全面改造。

淮河流域水準網改造工作由淮委規劃設計研究院主持，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、改造利用及聯測水準標石4483 座，聯測水閘、大壩、水庫、水文站等水工建筑基點411 處，將淮河流域水準網成果全部歸算為1985 國家高程基準，并建成淮河流域水準網數據庫管理系統。

此次改造，新埋設水準標石普遍采用鋼、木模板現場澆筑。埋石尺寸準確，表面光潔，堅固穩定。鑲嵌于標石中心的銅質樗上鑄有“治淮委員會水準點”字樣。水準測量統一使用自動安平水準儀進行野外觀測，統一使用PC-1500 計算機和統一的計算機程序進行記錄，且觀測中的技術措施嚴密，因而各個環線的整體精度較高。從統計精度可以看出：每公里往返測高差中數的偶然中誤差M△全部在允許限差的1/3 以內。全流域共構成152個獨立的閉合環，其每公里高差中數的全中誤差Mw=±3.33mm。

這次水準網改造是在國家一、二等水準網的基礎上增補二等線，加密三等網。線路規劃合理，設計強度較高，對流域內的各河系，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 淮河流域統一高程系統（淮河流域高程控制網的第二次改造）

前期淮河流域高程控制網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對高程控制系統精度和密度的要求，而在淮河流域平原洼地區、中小河流區及引江濟淮工程區等治淮工程建設的熱點與重點地區未實現三等水準網的全覆蓋。且上次改造的淮河流域高程控制網已運行20 余年，很多水準標石已被破壞，同時部分地區地面沉降，水準標石的高程已失去可靠性。且1991—1998年國家一、二等水準網又進行了高程復測，淮河流域的高程控制網成果并未與國家新的一、二等水準網成果連測。

同時由于水利工程的規劃設計、施工建設、運行管理、加固改造等均需經歷較長的時間，以及歷史資料的積累與延續，目前在淮河流域水利工程上使用的高程系統并不統一，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”，南四湖部分地區還有“華東廢黃河零點高程系”等。

淮河流域高程控制網第一次改造工作于1991年完成，因時間及經費限制，當時只對淮河流域內的原有主要舊水準線路進行了聯測，致使各高程系統之間的換算關系在不同區域精度不同。同時由于地殼運動、人類活動、水準網布設線路及水準網平差方案的不同，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”三者之間的系統差值，在不同區域變幅較大。為解決這些問題，需在更大范圍內對淮河流域內原有水準線路、水準點及水工建筑物基點進行聯測，從而確定科學合理的高程系統之間的換算關系，并統一高程系統。

經水利部批復，2010—2013年由水利部淮委組織，中水淮河規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進行全面的維護改造，確定不同高程系統之間的換算關系，并將淮河流域高程控制網統一為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容：淮河流域國家一、二等水準網標石；淮河流域水利系統二、三等水準網標石；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換算關系研究以及水準成果利用的連續性具有至關重要的作用?；春恿饔蚪y一高程系統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觀測的水準路線全部為附合水準路線和結點網，無閉合水準路線。淮河流域布設二等水準路線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的水準平差計算采用武漢大學編制的測量控制網數據處理通用軟件包《科達普施》完成。二等網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線閉合差改正等四項改正數。由于淮河流域布設的9 條二等水準路線所處地區的海拔低、高差小，經計算，路線中重力異常改正數均在1mm 以內，因而在高差表中未列該項改正數。三等網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線閉合差改正等三項改正數。

4.5 .信息管理系統建設

為了高效管理淮河流域高程控制網資料，制作了淮河流域高程控制網信息管理系統，它的主要功能模塊有：數據入庫檢查、視圖管理、查詢檢索、輸入輸出、數據分析、分發服務、數據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、環線編號、經、緯度范圍、省名、市名、縣（市）名、鄉（鎮）名等多種檢索查詢方式。水準成果的點之記、路線圖、現場照片、文檔資料與高程成果建立鏈接，根據水準成果的查詢結果，實現附屬資料的檢索、顯示和輸出。淮河流域統一高程系統項目數據庫管理系統是一套B/S 信息管理系統，通過SQLServer 數據庫和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?；春恿饔蚪y一高程系統項目數據庫管理系統的開發平臺采用JAVAEE 架構技術結合Ajax、WebService、XML 等業界先進技術，為企業提供靈活強大的管理平臺。

5 淮河流域高程控制網的創新使用案例

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。按傳統控制測量方法，要先埋設標石，再做GPS 靜態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用于地形圖測量。如此大的范圍，用傳統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。測量項目組經過商討研究，大膽創新，決定嘗試利用淮河流域高程控制網的成果解決此項目的轉換參數求解問題。利用千尋CORS 網絡直接采集測區附近水準點的WGS84 坐標系的經緯度坐標及大地高以及水準點的CGCS2000 坐標系的平面坐標。水準點本身已經具備1985 國家高程基準的高程值，這樣就可以求解測區的轉換參數了。

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

此次技術創新，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，取得極大的經濟效益■