高程從這里測起：中國水準(zhǔn)原點
本文參考《中國測繪史》第3卷、《陳俊勇院士文集》和作者《中國水準(zhǔn)原點與水準(zhǔn)零點》《珠穆朗瑪峰高程的精確測定》等相關(guān)資料編撰而成。版權(quán)歸作者老村長所有。
高程從這里測起
—中國水準(zhǔn)原點
作者：老村長
2020年3月28日于北京
高程，是測繪學(xué)中的一個名詞，就是人們平時所說的“海拔”或“高度”。那么，人們就會問，高程是從哪起算的？又是如何測量得到的？要搞清楚這些問題，需要了解水準(zhǔn)原點的基本概念。因為，全國各地包括珠穆朗瑪峰（簡稱珠峰）的高程，都是以中華人民共和國水準(zhǔn)原點（簡稱中國水準(zhǔn)原點或國家水準(zhǔn)原點）為起算依據(jù)測算得到的。
為使測算全國各地高程有一個統(tǒng)一的起算依據(jù)，首先需要確定一個高程的起算面。國際上，大多國家和地區(qū)都選取海水面的平均位置（稱平均海水面）作為高程起算面。為求定平均海水面，通常在沿海地區(qū)合適的位置設(shè)立若干個驗潮站，對潮汐進行長期觀測，并記錄該處的海面位置。由于受海面地形的影響，在不同地點設(shè)立的驗潮站觀測得到的平均海水面存在差異，所求得的平均海水面均不相同，因故就有不同的高程基準(zhǔn)。
民國時期，中國在東南部已建有一些驗潮站，但驗潮設(shè)備和條件大多簡陋，驗潮觀測資料多不連續(xù)。中華人民共和國成立后，除恢復(fù)和整理已有一些驗潮站外，又陸續(xù)新建了若干驗潮站。其中，在20世紀(jì)50年代初，具備一定條件并有驗潮記錄的站，有坎門、吳淞、青島、葫蘆島、大連等。總參測繪局經(jīng)實地考察，認為青島驗潮站具備位置適中、地殼穩(wěn)定、交通便利、設(shè)備較好等條件，便確定以青島驗潮站多年驗潮資料推算的平均海水面，作為國家高程基準(zhǔn)面。
圖2：中華人民共和國水準(zhǔn)原點標(biāo)志（來自互聯(lián)網(wǎng)）
為了明顯而穩(wěn)固地將平均海水面的位置標(biāo)識出來，還需在適當(dāng)?shù)牡攸c建立一個永久性的水準(zhǔn)點，作為一個國家高程的測算依據(jù)。這個水準(zhǔn)點，就稱為國家水準(zhǔn)原點。經(jīng)實地勘察，總參測繪局于1954年12月在青島觀觀象山建成中華人民共和國水準(zhǔn)原點（其外觀見圖1），并在原點附近選了兩個附點和3個參考點，加上青島驗潮站，構(gòu)成完整的水準(zhǔn)原點網(wǎng)。為滿足東部國防地帶測繪急需，總參測繪局曾以青島大港驗潮站1952～1953年驗潮資料求得的平均海水面為高程基準(zhǔn)面，并測算得出水準(zhǔn)原點高出此面72.238米，臨時建立了1954年黃海高程系。但1956年黃海高程系建成后，該系統(tǒng)不再使用。
1956年4月，總參測繪局牽頭以青島大港驗潮站1950～1 956年驗潮資料求得的平均海水面（稱1956年黃海平均海水面），作為國家高程基準(zhǔn)面（水準(zhǔn)零點），嚴密測算得到國家水準(zhǔn)原點（見圖2）相對于1956年黃海平均海水面的高程為72.289米。這樣建立的國家高程基準(zhǔn)，稱為1956年黃海高程系。1956年黃海高程系的建立，徹底解決了舊中國高程系統(tǒng)長期不統(tǒng)一的狀況，意義重大，影響深遠。該基準(zhǔn)建立后，在全國使用到1987年。新中國成立后測繪的第一代全國基本比例尺地形圖，其高程值就是以1956年黃海高程系為基準(zhǔn)測算得到的。
但是，由于求定1956年黃海平均海水面所依據(jù)的驗潮資料時間較短，后又發(fā)現(xiàn)1950年和1952年的潮位記錄中存在約20厘米的粗差，原因也無法查清。為進一步提高國家高程基準(zhǔn)的精確性，中國采用青島驗潮站1952～1979年的驗潮資料，用中數(shù)法計算得出新的黃海平均海水面為零點，于20世紀(jì)80年代建立了新的國家高程基準(zhǔn)—1985國家高程基準(zhǔn)，測算得到國家水準(zhǔn)原點標(biāo)志面的高程為72.260米。該基準(zhǔn)自1988年1月1日開始在全國使用。
圖3：建于青島國家水準(zhǔn)零點景區(qū)的水準(zhǔn)測量雕塑（作者拍攝）
為使國家水準(zhǔn)原點標(biāo)志面的基準(zhǔn)高程值傳遞到全國各地，滿足各行各業(yè)建設(shè)使用高程基準(zhǔn)的需要，軍隊和地方大地測量工作者采用精密水準(zhǔn)測量（見圖3）方法，歷時25年（1951～1975年）在中國廣闊的大地上布測了國家高程控制網(wǎng)（又稱國家水準(zhǔn)網(wǎng)），其中一等水準(zhǔn)路線5萬千米，二等水準(zhǔn)路線19萬千米，以及大量的三、四等水準(zhǔn)路線。此后，對國家高程控制網(wǎng)進行了復(fù)測?？梢?，國家高程控制網(wǎng)的建立，是一項艱巨而又浩大的工程，是大地測量工作者不分寒暑，歷時25年一步一步丈量完成的，并最終測算到珠穆朗瑪峰。
圖4：珠穆朗瑪峰（來自互聯(lián)網(wǎng)）
位于中國與尼泊爾邊境線上的珠穆朗瑪峰（簡稱珠峰，圖4），是喜馬拉雅山脈的主峰，也是世界海拔最高的山峰。藏語中，“珠穆”是“女神”的意思，“朗瑪”是“母象”的意思。因此，“珠穆朗瑪”的意思是“大地之母”。現(xiàn)采用的珠峰高程值為8844.43米，就是中國大地測量工作者以國家水準(zhǔn)原點為基準(zhǔn)，于2005年經(jīng)嚴密測算得到的。
測量珠峰高程，是人類認識地球的一個標(biāo)志。早在1715年，中國就對珠峰地區(qū)進行過勘測，據(jù)此于1719年編制成《皇輿全覽圖》，正確標(biāo)出了珠峰的位置和滿文名稱（來自百度百科）。1852年，外國人對珠峰高程進行過測量。此后，印度從南坡對珠峰高程進行過多次測量，但因測站高程較低，距珠峰太遠，施測方案不夠縝密，所測數(shù)據(jù)互差很大。直到1975年6月以后，國外大多采用印度1952～1954年測定的珠峰高程數(shù)據(jù)（峰頂雪面高8847.6米），而中國地圖、書刊中有關(guān)珠峰高程的記錄，一直沿用印度1902年的數(shù)據(jù)（8882米）。
圖5：1975年5月測量人員進行珠峰高程測量作業(yè)（來自《中國人民解放軍測繪歷史資料》）
測量和公布國家領(lǐng)土的重要地理數(shù)據(jù)，是國家政府行使領(lǐng)土主權(quán)的一種體現(xiàn)。1966～1968年間，中國大地測量工作者對珠峰高程進行過一次測量，取得了第一手資料，但因未在珠峰頂端設(shè)立測量覘標(biāo)，也未量取積雪厚度，測得的高程數(shù)據(jù)未予公布。隨著國家天文大地網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的布測完成，為精確測量珠峰高程創(chuàng)造了條件。1975年3～5月，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，總參測繪局和國家測繪總局選調(diào)測繪技術(shù)人員49人，組成珠峰測量分隊，編成10個測量小組，在國家登山隊配合下，對珠峰高程進行了一次精確測量（見圖5）。
1975年6月上旬，經(jīng)軍地大地測量計算人員嚴密計算，求得以1956年黃海高程基準(zhǔn)起算的珠峰冰面高程為8848.13米（已扣除珠峰峰頂積雪深度0.92米），測量中誤差為±0.35米。1975年7月23日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，新華社向全世界公布了這一數(shù)據(jù)。此后，中國對外宣傳和出版的地圖、書刊中，均公開采用這一數(shù)據(jù)，從而結(jié)束了長期沿用外國測量的珠峰高程數(shù)據(jù)的歷史。國際上，許多國家和地區(qū)也陸續(xù)使用這一權(quán)威數(shù)據(jù)。
圖6：鄧小平等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人接見國家登山隊及珠峰測量分隊人員合影（來自《中國人民解放軍測繪歷史資料》）
1975年珠峰高程的精確測量及其數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，在中國乃至世界測繪史上創(chuàng)下了多項紀(jì)錄，展現(xiàn)了中國測繪科技的新水平和大地測量的新成就，彰顯了中國大地測量工作者勇攀測繪高峰的科學(xué)精神，得到了黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的高度關(guān)注和充分肯定。1975年6月28日，鄧小平、李先念等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人，在北京接見國家登山隊及珠峰測量分隊人員，并親切合影留念（圖6）。
圖7：2005年5月22日，登山測量人員把覘標(biāo)豎立在珠峰頂部（來自互聯(lián)網(wǎng)）
科學(xué)探索無止境。為了獲得更高精度的珠峰高程數(shù)據(jù)，2005年5月國家測繪局對珠峰高程進行了復(fù)測（圖7）。此次復(fù)測，綜合運用了經(jīng)典大地測量、GPS測量和現(xiàn)代物理探測等技術(shù)，經(jīng)嚴密計算，得出以1985國家高程基準(zhǔn)起算的珠峰巖面高程為8844.43米（已扣除珠峰冰雪厚度3.5米），測量中誤差為±0.21米。
圖8：建于青島國家水準(zhǔn)零點景區(qū)的珠峰高程石碑（作者拍攝）
2005年10月9日，國務(wù)院新聞辦公室召開新聞發(fā)布會，公布這組“迄今為止國內(nèi)乃至國際上歷次珠峰高程測量中最為詳盡、精確的數(shù)據(jù)”。此后，1975年測量的珠峰高程數(shù)據(jù)停止使用，開始使用新測定的珠峰高程值8844.43米。
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