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【摘 要】结合温州市高程基础控制网建设的实践经验，介绍了城市高程基础控制网建设的内容和方法，重点阐述了原有高程基础控制网的现状和问题、项目设计思路和实施技术特点，为城市高等级水准网的布设与实施提供参考。
【关键词】高程基准；二等水准路线设计；水准标石类型；水准点稳定性分析
1引言
测绘基准主要由大地基准、高程基准、重力基准和深度基准等构成，它们是测绘成果的起算依据，其中高程基准是建立高程系统和测量空间点高程的基本依据。1987年后我国采用青岛水准原点，根据青岛验潮站1952年到1979年的验潮数据确定的黄海平均海水面，确立了1985国家高程基准。国家第二期一等水准网布测时间是1976～1984年，在1991～1998年进行了复测，是国家高程骨干控制框架，为地方高程基础控制网建设和高程系统维护提供了坚实的保障。
2原高程基准基础设施的基本情况
温州市位于浙江省东南部，东濒东海，南毗福建，西与丽水市相连，北与台州市接壤，范围为北纬27°03′～28°36′，东经119°37′～121°18′之间。温州市辖3个区， 6个县（市），陆域面积11784km2，海域面积约11000 km2。境内地势从西南向东北呈现梯形倾斜，其中北部为永乐山区，海拔高程为300～1200m；东部为堆积平原，地势基本平坦，河流密集，地下水位较高，海拔高程为3～6m。
2.1高等级水准点布设情况
温州境内仅有2条国家一等水准线路（杭广南线、龙温线）、1条国家二等水准线路（云福线）和2条浙江省二等水准线路（樟立线、坦清线）；温州市区及乐清、苍南两县市先后加密布设了二等水准网，其余6个县市仅加密布设了三等水准网。
2.2高程基准基础设施存在的问题
⑴ 随着经济快速增长，城市、交通建设发展迅速，公路沿线水准点破环、覆盖或丢失严重，达40%左右，目前温州地区仅完整保存一等基岩水准点1座。
⑵ 温州属典型的软土地区，平原地区地面沉降比较明显。而国家一、二等水准点埋设的标石类型以混凝土普通水准标石为主，且复测周期长，水准点出现了不同程度的不规则沉降，其高程成果现势性较差。
⑶ 由于受水准点沉降的影响，且国家第二期一等水准存在复测前后的差异（温州地区约-7.9厘米），各县市建立高程控制网所采用的起算点数据不同，也会存在一定的系统差。
综上所述，目前温州市高程系统未能真正完整的统一，水准点的密度和精度都难以满足当前测绘和经济建设的需求。因此，为满足经济建设对高程控制点的需求，在全市范围内建立统一的城市二等水准网作为温州市高程基准网已势在必行。
3项目设计思路
本次温州市高程基础控制网建设以原温州市区二等水准网为基础，合理利用已有的国家一、二等水准点和各县市基础高程控制网点，布设全市域范围统一的二等水准网，通过连测对各县市原有高程控制网进行整体改造，建立全市统一、高精度的高程基准。水准点布设应有主次之分，既要考虑当前需要，也要顾及将来的发展、使用和保护，对新老城区和经济发展区水准点的密度应有所侧重，特别要顾及沿江、沿海地区的发展需要。对原水准路线的改造和新布设的水准路线埋设水准标石时，应考虑网的目的用途、服务对向、施工技术及环境条件等因素，确定合适的水准点位和标石类型，尽可能地确保其稳定可靠。
4项目实施
4.1水准网布设
本项目施测二等水准路线长度1113.36公里，控制面积达11000km2，连测水准点293座，其中新埋设二等水准点103座，利用老点190座（国家一等水准点19座，国家二等水准点32座，地方二等点45座，地方三等水准点94座），水准点间平均距离城建及经济发达区2～4公里，山区及平原一般区3～6公里。
4.2水准点选埋
水准点选埋是高程控制网建设的重要环节。根据温州地区的地质条件，选埋在岩层露头或土质坚硬、安全僻静等地基稳定的地点，避免选定于易发生地面局部变形、短期内因修建而可能毁掉标石或不便观测的地点。标志类型根据不同的地质条件分别埋设浅层基岩水准标志、岩层普通水准标志、混凝土普通水准标志和墙脚水准标志。水准点选埋具体措施如下：
⑴ 水准点埋设采用现场凿埋或浇筑的方式，基本点（主要为水准网结点）、基岩水准点埋设主、副标志，并尽量保证满足GPS观测的要求，其他水准点一般只埋设一个标志。水准点标志全部采用抗腐蚀能力强、稳固耐久的不锈钢标志，顶部为圆鼓形，中央凿有小洞，满足水准观测和GPS观测双重要求。
⑵ 尽量在基岩裸露或岩层露头的地方埋设浅层基岩水准标志或岩层普通水准标志，以上两类型标志占新埋水准点总数85%以上。其中，为使城市水准网有可靠的基准点共埋设浅层基岩水准标志15座，各县市不少于2座。
⑶ 附近无基岩裸露或岩层露头，山区地基基础稳定的地方埋设混凝土普通水准标志；在易发生地面沉降的平原地区，优先采用大型坚固的、永久性的建筑物或构筑物（房屋、纪念碑、塔、桥基等）埋设墙脚水准标志。
⑷ 基岩水准标志、岩层普通水准标志、混凝土普通水准标志四周浇筑混凝土护墙，埋设警示桩或警示牌，加盖保护盖，同时做好排水措施。
4.3外业观测
外业观测严格按照《国家一、二等水准测量规范》中的二等水准要求执行，由三个作业组采用三台套瑞士徕卡DNA03型数字水准仪及其配套的3米铟瓦水准标尺分区进行水准观测，历时5个多月。
由于水准网覆盖范围大，地势及地形类别变化复杂，山区地形起伏较大，最大高差达600多米，穿越隧道10多个，跨越大型桥梁5座。为了有利于提高观测成果的质量，设计阶段对水准观测中产生误差原因进行了重点分析，对外业观测过程中关键环节提出了明确要求，并取得了明显效果。 ⑴ 为了减小地壳、水准标石、尺桩等垂直位移可能对观测结果产生的影响，要求同一水准路线安排在相同季节观测，并遵守往返测路线相同，往返测站数最好相同。
⑵ 为了减小大气折光对观测结果产生的系统性误差，在山区地形起伏较大地区及隧道内观测时应尽量缩短前后视距并提高视线高度，且前后视方向的坡度应保持基本一致。
⑶ 选择最佳时机通过垮江大型桥梁水准测量，减少车辆震动对数字水准仪观测带来的不良影响。其中七都大桥（2067米，系新建桥梁）和飞云江大桥（1721m）分别利用其正式通车前和封闭维修的时期进行水准测量，其它桥梁则选择车辆通行较少的时间段进行水准观测。
4.4数据处理
外业概算采用二人对算形式进行。对于固体潮和海潮改正，我们进行了理论分析及模拟计算，结果说明该两项改正对本测区影响极小，所以未进行这两项改正。对水准标尺长度、水准标尺温度、重力异常和正常水准面不平行进行了改正。
经统计测段往返测高差不符值小于限差1/3占69.6%，介于1/3与1/2之间的占15.9%，介于1/2与2/3之间的占14.5%。每公里水准测量偶然中误差M△=±0.67㎜，全中误差MW=±0.78㎜。
对于本测区17个一等水准点检测结果表明，其中12个水准点存在不同程度的沉降，不可作为起算数据。经分析最终选择下表中4个稳定可靠，且位置分布比较合理的水准点作为起算数据，其中温州松台山基岩点在原温州市二等水准网已采用作为起算数据。
平差采用清华山维NASEW和南方平差易软件分别进行，经比较两套软件计算所得的高程完全一致，最弱点点位中误差为±6.8㎜，符合规范和设计要求。
5水准点稳定性分析
⑴ 本次共联测国家一、二等水准点41个（2001年成果），标石类型大部分为混凝土普通水准标石。新旧成果较差为-26.7cm～+1.06cm，说明大部分点位发生了较明显的沉降。新旧成果较差绝对值分布见下表：
⑵ 本次共联测原温州市二等水准网点32个（2007年复测成果），新旧成果较差为-2.8cm～+0.4cm，说明原温州市二等水准网埋设的标石类型恰当，点位基本稳定。不同类型的水准点成果较差绝对值见下表：
6体会与建议
⑴ 温州市二等水准网作为温州城市首级高程控制网，它的建立结束了温州全市域11784km2没有高精度的、统一的、整体的水准网的历史，全面解决了城市规划建设对高程的要求，并为今后县市高程基础控制网统一改造奠定了基础。
⑵ 由于通过大型桥梁的车辆多、车速快、载重量大，采用数字水准仪测量时应选择合适的时机，尽可能地减少震动对水准观测的影响。
⑶ 水准点选埋时，应根据不同的地质、环境条件合理埋设相应的水准标志，优先布设岩层和墙脚（桥墩台）水准标志，既满足了经济建设对高精度高程成果现势性的需求，又方便相关部门对水准点的使用。
参考文献
[1]成亚宣. 国家第三期一等水准测量布设水准点方法的探讨[J]，测绘科学，2011（1），第36卷第1期
[2]国家一、二等水准测量规范（GB/T12897—2006）[S]北京：中国标准出版社
[3]温州2000坐标系启用技术报告[R]，2013（9）
作者简介：黄小明（1971—），男（汉族），浙江温州人，高级工程师，主要从事工程测量与大地测量等工作。
E-mail：952165303@qq.com
【关键词】高程基准；二等水准路线设计；水准标石类型；水准点稳定性分析
1引言
测绘基准主要由大地基准、高程基准、重力基准和深度基准等构成，它们是测绘成果的起算依据，其中高程基准是建立高程系统和测量空间点高程的基本依据。1987年后我国采用青岛水准原点，根据青岛验潮站1952年到1979年的验潮数据确定的黄海平均海水面，确立了1985国家高程基准。国家第二期一等水准网布测时间是1976～1984年，在1991～1998年进行了复测，是国家高程骨干控制框架，为地方高程基础控制网建设和高程系统维护提供了坚实的保障。
2原高程基准基础设施的基本情况
温州市位于浙江省东南部，东濒东海，南毗福建，西与丽水市相连，北与台州市接壤，范围为北纬27°03′～28°36′，东经119°37′～121°18′之间。温州市辖3个区， 6个县（市），陆域面积11784km2，海域面积约11000 km2。境内地势从西南向东北呈现梯形倾斜，其中北部为永乐山区，海拔高程为300～1200m；东部为堆积平原，地势基本平坦，河流密集，地下水位较高，海拔高程为3～6m。
2.1高等级水准点布设情况
温州境内仅有2条国家一等水准线路（杭广南线、龙温线）、1条国家二等水准线路（云福线）和2条浙江省二等水准线路（樟立线、坦清线）；温州市区及乐清、苍南两县市先后加密布设了二等水准网，其余6个县市仅加密布设了三等水准网。
2.2高程基准基础设施存在的问题
⑴ 随着经济快速增长，城市、交通建设发展迅速，公路沿线水准点破环、覆盖或丢失严重，达40%左右，目前温州地区仅完整保存一等基岩水准点1座。
⑵ 温州属典型的软土地区，平原地区地面沉降比较明显。而国家一、二等水准点埋设的标石类型以混凝土普通水准标石为主，且复测周期长，水准点出现了不同程度的不规则沉降，其高程成果现势性较差。
⑶ 由于受水准点沉降的影响，且国家第二期一等水准存在复测前后的差异（温州地区约-7.9厘米），各县市建立高程控制网所采用的起算点数据不同，也会存在一定的系统差。
综上所述，目前温州市高程系统未能真正完整的统一，水准点的密度和精度都难以满足当前测绘和经济建设的需求。因此，为满足经济建设对高程控制点的需求，在全市范围内建立统一的城市二等水准网作为温州市高程基准网已势在必行。
3项目设计思路
本次温州市高程基础控制网建设以原温州市区二等水准网为基础，合理利用已有的国家一、二等水准点和各县市基础高程控制网点，布设全市域范围统一的二等水准网，通过连测对各县市原有高程控制网进行整体改造，建立全市统一、高精度的高程基准。水准点布设应有主次之分，既要考虑当前需要，也要顾及将来的发展、使用和保护，对新老城区和经济发展区水准点的密度应有所侧重，特别要顾及沿江、沿海地区的发展需要。对原水准路线的改造和新布设的水准路线埋设水准标石时，应考虑网的目的用途、服务对向、施工技术及环境条件等因素，确定合适的水准点位和标石类型，尽可能地确保其稳定可靠。
4项目实施
4.1水准网布设
本项目施测二等水准路线长度1113.36公里，控制面积达11000km2，连测水准点293座，其中新埋设二等水准点103座，利用老点190座（国家一等水准点19座，国家二等水准点32座，地方二等点45座，地方三等水准点94座），水准点间平均距离城建及经济发达区2～4公里，山区及平原一般区3～6公里。
4.2水准点选埋
水准点选埋是高程控制网建设的重要环节。根据温州地区的地质条件，选埋在岩层露头或土质坚硬、安全僻静等地基稳定的地点，避免选定于易发生地面局部变形、短期内因修建而可能毁掉标石或不便观测的地点。标志类型根据不同的地质条件分别埋设浅层基岩水准标志、岩层普通水准标志、混凝土普通水准标志和墙脚水准标志。水准点选埋具体措施如下：
⑴ 水准点埋设采用现场凿埋或浇筑的方式，基本点（主要为水准网结点）、基岩水准点埋设主、副标志，并尽量保证满足GPS观测的要求，其他水准点一般只埋设一个标志。水准点标志全部采用抗腐蚀能力强、稳固耐久的不锈钢标志，顶部为圆鼓形，中央凿有小洞，满足水准观测和GPS观测双重要求。
⑵ 尽量在基岩裸露或岩层露头的地方埋设浅层基岩水准标志或岩层普通水准标志，以上两类型标志占新埋水准点总数85%以上。其中，为使城市水准网有可靠的基准点共埋设浅层基岩水准标志15座，各县市不少于2座。
⑶ 附近无基岩裸露或岩层露头，山区地基基础稳定的地方埋设混凝土普通水准标志；在易发生地面沉降的平原地区，优先采用大型坚固的、永久性的建筑物或构筑物（房屋、纪念碑、塔、桥基等）埋设墙脚水准标志。
⑷ 基岩水准标志、岩层普通水准标志、混凝土普通水准标志四周浇筑混凝土护墙，埋设警示桩或警示牌，加盖保护盖，同时做好排水措施。
4.3外业观测
外业观测严格按照《国家一、二等水准测量规范》中的二等水准要求执行，由三个作业组采用三台套瑞士徕卡DNA03型数字水准仪及其配套的3米铟瓦水准标尺分区进行水准观测，历时5个多月。
由于水准网覆盖范围大，地势及地形类别变化复杂，山区地形起伏较大，最大高差达600多米，穿越隧道10多个，跨越大型桥梁5座。为了有利于提高观测成果的质量，设计阶段对水准观测中产生误差原因进行了重点分析，对外业观测过程中关键环节提出了明确要求，并取得了明显效果。 ⑴ 为了减小地壳、水准标石、尺桩等垂直位移可能对观测结果产生的影响，要求同一水准路线安排在相同季节观测，并遵守往返测路线相同，往返测站数最好相同。
⑵ 为了减小大气折光对观测结果产生的系统性误差，在山区地形起伏较大地区及隧道内观测时应尽量缩短前后视距并提高视线高度，且前后视方向的坡度应保持基本一致。
⑶ 选择最佳时机通过垮江大型桥梁水准测量，减少车辆震动对数字水准仪观测带来的不良影响。其中七都大桥（2067米，系新建桥梁）和飞云江大桥（1721m）分别利用其正式通车前和封闭维修的时期进行水准测量，其它桥梁则选择车辆通行较少的时间段进行水准观测。
4.4数据处理
外业概算采用二人对算形式进行。对于固体潮和海潮改正，我们进行了理论分析及模拟计算，结果说明该两项改正对本测区影响极小，所以未进行这两项改正。对水准标尺长度、水准标尺温度、重力异常和正常水准面不平行进行了改正。
经统计测段往返测高差不符值小于限差1/3占69.6%，介于1/3与1/2之间的占15.9%，介于1/2与2/3之间的占14.5%。每公里水准测量偶然中误差M△=±0.67㎜，全中误差MW=±0.78㎜。
对于本测区17个一等水准点检测结果表明，其中12个水准点存在不同程度的沉降，不可作为起算数据。经分析最终选择下表中4个稳定可靠，且位置分布比较合理的水准点作为起算数据，其中温州松台山基岩点在原温州市二等水准网已采用作为起算数据。
平差采用清华山维NASEW和南方平差易软件分别进行，经比较两套软件计算所得的高程完全一致，最弱点点位中误差为±6.8㎜，符合规范和设计要求。
5水准点稳定性分析
⑴ 本次共联测国家一、二等水准点41个（2001年成果），标石类型大部分为混凝土普通水准标石。新旧成果较差为-26.7cm～+1.06cm，说明大部分点位发生了较明显的沉降。新旧成果较差绝对值分布见下表：
⑵ 本次共联测原温州市二等水准网点32个（2007年复测成果），新旧成果较差为-2.8cm～+0.4cm，说明原温州市二等水准网埋设的标石类型恰当，点位基本稳定。不同类型的水准点成果较差绝对值见下表：
6体会与建议
⑴ 温州市二等水准网作为温州城市首级高程控制网，它的建立结束了温州全市域11784km2没有高精度的、统一的、整体的水准网的历史，全面解决了城市规划建设对高程的要求，并为今后县市高程基础控制网统一改造奠定了基础。
⑵ 由于通过大型桥梁的车辆多、车速快、载重量大，采用数字水准仪测量时应选择合适的时机，尽可能地减少震动对水准观测的影响。
⑶ 水准点选埋时，应根据不同的地质、环境条件合理埋设相应的水准标志，优先布设岩层和墙脚（桥墩台）水准标志，既满足了经济建设对高精度高程成果现势性的需求，又方便相关部门对水准点的使用。
参考文献
[1]成亚宣. 国家第三期一等水准测量布设水准点方法的探讨[J]，测绘科学，2011（1），第36卷第1期
[2]国家一、二等水准测量规范（GB/T12897—2006）[S]北京：中国标准出版社
[3]温州2000坐标系启用技术报告[R]，2013（9）
作者简介：黄小明（1971—），男（汉族），浙江温州人，高级工程师，主要从事工程测量与大地测量等工作。
E-mail：952165303@qq.com