基于GOCE重力場模型的亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一：方法、實踐與展望一、引言1.1研究背景與意義高程基準作為大地測量基準的重要組成部分，在測繪、工程建設、國防安全以及地球科學研究等諸多領域都發(fā)揮著基礎性的關鍵作用。在測繪領域，高程基準是精確獲取地形地貌信息的基礎，其準確性直接關系到地圖繪制、地理信息系統(tǒng)構建等工作的精度。統(tǒng)一且高精度的高程基準能確保不同地區(qū)測繪數據的一致性和兼容性，使地理信息得以無縫拼接和整合，為各類地理分析和決策提供可靠依據。在工程建設方面，無論是道路、橋梁、建筑等基礎設施建設，還是水利水電工程、礦山開采等大型項目，都離不開精確的高程基準。它為工程的規(guī)劃設計、施工放樣以及質量檢測等環(huán)節(jié)提供了關鍵的高程參考，保障工程的順利進行和安全穩(wěn)定。例如，在跨海大橋建設中，準確的高程基準能確保橋梁兩端的高程銜接精確，避免因高程誤差導致的結構應力不均和安全隱患。在國防安全領域，高程基準對于軍事行動的策劃和執(zhí)行至關重要。精確的高程信息有助于軍事地圖的制作，為部隊的行軍、作戰(zhàn)、武器裝備的部署和使用提供準確的地形依據。在現代戰(zhàn)爭中，利用高精度的高程數據可以實現精確的導彈制導、無人機飛行規(guī)劃以及戰(zhàn)場態(tài)勢分析，提升軍事行動的精準性和作戰(zhàn)效能。在地球科學研究中，高程基準是研究地球重力場、板塊運動、海平面變化等地球物理現象的重要基礎。通過對不同地區(qū)高程數據的分析，可以深入了解地球內部結構和動力學過程，為地震預測、地質災害防治、氣候變化研究等提供重要的科學支撐。然而，當前世界各國和地區(qū)所采用的高程基準大多基于當地驗潮站確定的平均海水面建立，這就導致了不同國家和地區(qū)間的高程基準存在差異。這種不一致性在跨境工程建設、區(qū)域地質研究、全球海平面變化監(jiān)測等需要跨國界或跨區(qū)域合作的項目中帶來了極大的困擾。例如，在跨國鐵路建設中，由于不同國家高程基準的差異，可能導致鐵路線路在國界處出現高程不連續(xù)的問題，影響鐵路的平順性和運行安全。在區(qū)域地質研究中，不同高程基準下的數據難以直接對比和整合，阻礙了對地質構造和演化過程的全面理解。隨著全球經濟一體化和科學技術的飛速發(fā)展，尤其是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）、衛(wèi)星測高以及衛(wèi)星重力測量等空間大地測量技術的不斷進步，建立全球統(tǒng)一的高程基準已成為大地測量領域的重要研究目標。全球統(tǒng)一的高程基準能夠消除不同高程基準之間的差異，實現全球范圍內高程數據的無縫銜接和共享，為各類跨國界、跨區(qū)域的項目提供統(tǒng)一的高程參考，極大地促進全球測繪、工程建設、國防安全以及地球科學研究等領域的協同發(fā)展。GOCE（GravityFieldandSteady-StateOceanCirculationExplorer）衛(wèi)星重力場模型的出現，為全球高程基準統(tǒng)一研究帶來了新的機遇。GOCE衛(wèi)星搭載了先進的重力梯度儀，能夠高精度地測量地球重力場的細微變化，從而獲取更為精確的地球重力場信息?；贕OCE重力場模型，可以更準確地確定地球重力位，進而為高程基準統(tǒng)一提供更為可靠的理論基礎和數據支持。通過結合GOCE重力場模型與其他空間大地測量數據，如GNSS/水準數據、衛(wèi)星測高數據等，可以實現對不同地區(qū)高程基準與全球高程基準之間偏差的精確計算，為亞太區(qū)域乃至全球高程基準的統(tǒng)一提供了可行的技術途徑。1.2國內外研究現狀全球高程基準統(tǒng)一的研究由來已久，隨著科學技術的不斷進步，研究方法和成果也在持續(xù)更新和完善。在早期，主要通過傳統(tǒng)的幾何水準測量和重力測量手段來研究高程基準的統(tǒng)一問題，但由于這些方法受到地理條件、測量范圍和精度等多方面的限制，進展相對緩慢。隨著空間大地測量技術的興起，如衛(wèi)星測高、衛(wèi)星重力測量等，為全球高程基準統(tǒng)一研究注入了新的活力，研究成果也取得了突破性進展。在全球高程基準統(tǒng)一的理論研究方面，國際大地測量協會（IAG）發(fā)揮了重要的引領作用。2015年，IAG發(fā)布了國際高程參考系統(tǒng)的定義，明確了全球高程基準統(tǒng)一的理論基礎和框架。2019年，IAG進一步提出了建立國際高程參考框架的目標，推動了全球高程基準統(tǒng)一的實踐進程。眾多學者圍繞全球大地水準面重力位W_0的確定、基于高階重力場模型的重力位確定以及基于區(qū)域重力場建模的重力位確定等關鍵問題展開了深入研究。通過對不同地區(qū)重力場數據的分析和處理，結合衛(wèi)星測高數據和GNSS/水準數據，不斷提高全球大地水準面模型的精度和分辨率，為全球高程基準統(tǒng)一提供了更為可靠的理論支持。在GOCE重力場模型的應用研究方面，國內外學者取得了豐碩的成果。GOCE衛(wèi)星重力場模型的高精度特性，使其在地球重力場研究、大地水準面精化以及高程基準統(tǒng)一等領域展現出獨特的優(yōu)勢。在國外，歐洲空間局（ESA）基于GOCE衛(wèi)星數據發(fā)布了多個版本的重力場模型，如EGM2008、EIGEN-6C4等，這些模型在全球范圍內得到了廣泛的應用和驗證。研究人員利用GOCE重力場模型結合地面重力數據和GNSS/水準數據，對歐洲、北美等地區(qū)的高程基準進行了統(tǒng)一研究，取得了較好的效果。例如，在歐洲，通過GOCE重力場模型與區(qū)域重力場數據的融合，實現了歐洲垂直參考框架（EVRF）的統(tǒng)一和精化，提高了歐洲地區(qū)高程測量的精度和一致性，為歐洲的工程建設、地理信息系統(tǒng)構建等提供了可靠的高程基準。在國內，GOCE重力場模型也受到了廣泛的關注和研究。國內學者在引進和吸收國外先進技術的基礎上，結合我國的實際情況，開展了一系列基于GOCE重力場模型的應用研究。通過對GOCE重力場模型與我國地面重力數據、GNSS/水準數據的融合處理，研究我國高程基準與全球高程基準之間的偏差，為我國高程基準的現代化建設和與國際接軌提供了重要的技術支持。一些研究團隊利用GOCE重力場模型對我國沿海地區(qū)的大地水準面進行了精化，提高了該地區(qū)高程測量的精度，為海洋資源開發(fā)、海岸工程建設等提供了更準確的高程信息。此外，國內學者還對GOCE重力場模型在不同地形地貌條件下的適用性進行了研究，針對復雜山區(qū)等特殊地形，提出了相應的數據處理和模型優(yōu)化方法，以提高GOCE重力場模型在這些地區(qū)的應用精度。在亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一的研究方面，由于該區(qū)域涵蓋了眾多國家和地區(qū)，地形地貌復雜多樣，高程基準差異較大，因此研究難度較大。但近年來，隨著各國對高程基準統(tǒng)一的重視程度不斷提高，以及空間大地測量技術的廣泛應用，亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一的研究也取得了一定的進展。一些學者通過收集和分析亞太區(qū)域各國的高程基準數據、重力場數據以及衛(wèi)星測高數據等，采用GPS/水準數據結合重力場模型方法、海洋水準方法等，對亞太區(qū)域高程基準與全球高程基準之間的偏差進行了計算和分析。例如，通過利用GOCE重力場模型和DTU10平均動態(tài)海面地形模型，結合GPS/水準數據，研究了中國、日本、韓國、澳大利亞等亞太區(qū)域國家高程基準以及沿海驗潮站處平均海平面與全球統(tǒng)一高程基準之間的垂直偏差，為亞太區(qū)域高程基準的統(tǒng)一提供了重要的數據支持和方法參考。然而，目前亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一的研究仍存在一些問題和挑戰(zhàn)，如數據的完整性和一致性不足、不同國家和地區(qū)之間的數據共享困難、模型精度在復雜地形區(qū)域有待進一步提高等，這些問題都需要在后續(xù)的研究中進一步解決。1.3研究內容與方法本研究旨在利用GOCE重力場模型實現亞太區(qū)域高程基準的統(tǒng)一，通過理論分析、數據處理和模型構建，解決區(qū)域內高程基準不一致的問題，為區(qū)域內的測繪、工程建設、地球科學研究等提供統(tǒng)一的高程參考。具體研究內容和方法如下：研究內容高程基準及GOCE重力場模型相關理論研究：對高程基準的基本概念、分類及其定義方法進行深入剖析，包括正高、正常高、大地高以及它們之間的轉換關系，明確不同高程基準的特點和適用范圍。同時，系統(tǒng)研究GOCE衛(wèi)星重力場模型的構建原理、數據獲取方式、精度評估以及模型的更新和優(yōu)化等內容。通過對這些理論的深入理解，為后續(xù)基于GOCE重力場模型的亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一研究奠定堅實的理論基礎。亞太區(qū)域重力場數據收集與整理：廣泛收集亞太區(qū)域各國和地區(qū)已有的重力場數據，包括地面重力測量數據、航空重力測量數據、衛(wèi)星重力測量數據以及相關的地形數據等。對收集到的數據進行全面的質量評估，剔除異常數據和錯誤數據，確保數據的準確性和可靠性。針對不同來源、不同格式的數據，進行標準化處理，使其具有一致性和兼容性，以便后續(xù)的數據融合和分析。通過對數據的整理和分析，深入了解亞太區(qū)域重力場的分布特征和變化規(guī)律，為區(qū)域高程基準統(tǒng)一提供豐富的數據支持?；贕OCE重力場模型的大地水準面精化：以GOCE重力場模型為核心，結合地面重力數據和GNSS/水準數據，運用先進的數值計算方法和數據融合技術，對亞太區(qū)域的大地水準面進行精化。在精化過程中，充分考慮地球重力場的高階項影響，提高大地水準面模型的精度和分辨率。通過與其他獨立的大地水準面模型進行對比驗證，評估精化后的大地水準面模型的精度和可靠性，確保其滿足亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一的精度要求。亞太區(qū)域高程基準與全球高程基準偏差計算：基于精化后的大地水準面模型，結合亞太區(qū)域各國和地區(qū)的高程基準數據，采用合適的計算方法，精確計算亞太區(qū)域各國和地區(qū)高程基準與全球高程基準之間的垂直偏差。分析不同地區(qū)偏差的大小和分布規(guī)律，探究影響偏差的主要因素，如地形起伏、地殼密度變化、海洋潮汐等。通過對偏差的深入研究，為亞太區(qū)域高程基準的統(tǒng)一提供具體的量化依據。亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一方法研究：在計算出高程基準偏差的基礎上，綜合考慮亞太區(qū)域的地理環(huán)境、數據現狀和實際應用需求，研究適合該區(qū)域的高程基準統(tǒng)一方法。例如，提出基于重力場模型的高程基準轉換模型，實現不同高程基準之間的精確轉換；研究區(qū)域似大地水準面精化方法，提高區(qū)域內高程測量的精度和一致性；探索利用衛(wèi)星測高數據和海洋重力數據建立海洋高程基準，實現海陸高程基準的統(tǒng)一。通過對不同方法的研究和比較，確定最優(yōu)的高程基準統(tǒng)一方案。研究方法數據處理方法：運用數據濾波、插值、擬合等方法對收集到的重力場數據、GNSS/水準數據和衛(wèi)星測高數據等進行預處理，去除噪聲和異常值，填補數據缺失值，提高數據的質量和可用性。采用最小二乘法、加權平均法等數據融合技術，將不同來源的數據進行融合，充分利用各數據的優(yōu)勢，提高數據的精度和可靠性。例如，在融合地面重力數據和GOCE衛(wèi)星重力數據時，根據數據的精度和覆蓋范圍，合理分配權重，使融合后的數據能夠更準確地反映地球重力場的真實情況。模型計算方法：基于Stokes理論、Molodensky理論等地球重力場理論，利用GOCE重力場模型和地面重力數據，采用譜分析方法、邊界元法等數值計算方法，進行大地水準面的計算和精化。在計算過程中，考慮地球重力場的高階項影響，通過迭代計算等方式提高計算精度。例如，在利用譜分析方法計算大地水準面時，對重力場模型進行頻譜分解，提取不同頻率成分的信息，分別進行計算和合成，以提高大地水準面的精度和分辨率。對比分析方法：將基于GOCE重力場模型得到的結果與其他重力場模型（如EGM2008、EIGEN-6C4等）的結果進行對比分析，評估GOCE重力場模型在亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一中的優(yōu)勢和不足。同時，將計算得到的高程基準偏差結果與已有研究成果進行對比驗證，分析差異產生的原因，進一步提高研究結果的準確性和可靠性。通過對比分析，不斷優(yōu)化研究方法和模型，提高研究成果的質量和應用價值。1.4技術路線與創(chuàng)新點本研究的技術路線是一個系統(tǒng)且有序的過程，從數據收集與整理開始，逐步推進到模型構建、偏差計算以及最終的高程基準統(tǒng)一方法研究，具體如下：數據收集與整理：廣泛收集亞太區(qū)域的重力場數據，包括地面重力測量數據、航空重力測量數據、GOCE衛(wèi)星重力測量數據等，同時收集該區(qū)域的GNSS/水準數據和衛(wèi)星測高數據。對收集到的各類數據進行嚴格的質量控制，去除異常值和錯誤數據，采用數據濾波、插值等方法對數據進行預處理，使其滿足后續(xù)分析的要求，并按照統(tǒng)一的標準和格式進行整理，建立數據庫，方便數據的存儲、管理和調用。GOCE重力場模型分析與應用：深入研究GOCE重力場模型的原理、精度和適用范圍，分析其在亞太區(qū)域的表現和局限性。結合地面重力數據，對GOCE重力場模型進行局部優(yōu)化和精化，提高模型在該區(qū)域的精度和分辨率，使其更準確地反映亞太區(qū)域的重力場特征。大地水準面精化：基于優(yōu)化后的GOCE重力場模型和整理后的重力場數據，運用Stokes理論、Molodensky理論等地球重力場理論，采用譜分析方法、邊界元法等數值計算方法，計算亞太區(qū)域的大地水準面。通過與GNSS/水準數據進行對比和驗證，對大地水準面進行精化，提高大地水準面的精度和可靠性。高程基準偏差計算：利用精化后的大地水準面模型，結合亞太區(qū)域各國和地區(qū)的高程基準數據，采用合適的計算方法，如最小二乘法、加權平均法等，精確計算各國和地區(qū)高程基準與全球高程基準之間的垂直偏差。分析偏差的分布規(guī)律和影響因素，如地形起伏、地殼密度變化、海洋潮汐等，為高程基準統(tǒng)一提供量化依據。高程基準統(tǒng)一方法研究：根據計算得到的高程基準偏差，綜合考慮亞太區(qū)域的地理環(huán)境、數據現狀和實際應用需求，研究適合該區(qū)域的高程基準統(tǒng)一方法。例如，建立基于重力場模型的高程基準轉換模型，實現不同高程基準之間的精確轉換；研究區(qū)域似大地水準面精化方法，提高區(qū)域內高程測量的精度和一致性；探索利用衛(wèi)星測高數據和海洋重力數據建立海洋高程基準，實現海陸高程基準的統(tǒng)一。通過對不同方法的模擬和驗證，確定最優(yōu)的高程基準統(tǒng)一方案。結果驗證與分析：將研究結果與已有研究成果進行對比驗證，分析差異產生的原因，評估研究結果的準確性和可靠性。對研究結果進行不確定性分析，確定結果的誤差范圍和置信區(qū)間，為實際應用提供參考。通過對研究結果的深入分析，總結研究過程中的經驗和教訓，提出進一步改進和完善的建議。本研究的創(chuàng)新點主要體現在以下幾個方面：模型應用創(chuàng)新：將GOCE重力場模型與其他多種空間大地測量數據（如GNSS/水準數據、衛(wèi)星測高數據等）進行深度融合應用。以往研究雖有應用GOCE重力場模型，但在多源數據融合的廣度和深度上存在不足。本研究通過創(chuàng)新性的數據融合策略，充分發(fā)揮GOCE重力場模型高精度的優(yōu)勢，結合其他數據在不同方面的特點，更全面、準確地反映亞太區(qū)域的重力場特征，提高高程基準統(tǒng)一的精度和可靠性。方法改進創(chuàng)新：在高程基準偏差計算和統(tǒng)一方法研究中，對傳統(tǒng)的計算方法和模型進行改進。針對亞太區(qū)域復雜的地形地貌和重力場變化情況，提出基于自適應權重分配的最小二乘擬合方法，在計算高程基準偏差時，根據不同區(qū)域的數據質量和重要性，自適應地分配權重，使計算結果更符合實際情況。在建立高程基準轉換模型時，引入地形改正和地殼密度異常改正等因素，提高模型的精度和適用性，更好地解決亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一問題。數據處理創(chuàng)新：在數據收集和處理過程中，采用新的數據質量控制和融合算法。針對亞太區(qū)域數據來源廣泛、質量參差不齊的問題，開發(fā)基于機器學習的異常數據檢測算法，能夠更準確地識別和剔除異常數據，提高數據質量。在數據融合方面，提出基于深度學習的數據融合網絡模型，自動學習不同數據之間的特征和關系，實現更高效、準確的數據融合，為后續(xù)研究提供更可靠的數據支持。二、高程基準及GOCE重力場模型概述2.1高程基準相關概念2.1.1高程系統(tǒng)分類及定義高程系統(tǒng)作為確定地面點高度的依據，在大地測量、地理信息系統(tǒng)以及各類工程建設等領域中起著關鍵作用。目前，常用的高程系統(tǒng)主要包括正高系統(tǒng)、正常高系統(tǒng)和大地高系統(tǒng)，它們各自基于不同的基準面和物理原理進行定義，在實際應用中具有不同的特點和適用范圍。正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。地面點的正高H_g定義為該點沿鉛垂線方向到大地水準面的距離，其計算公式為：H_g=\int_{0}^{H_g}\frac{g_m}{g}dh其中，g_m是沿鉛垂線從地面點到大地水準面的平均重力值，g是正常重力值，dh是微小高差。由于地球內部質量分布不均勻，導致重力加速度g在不同位置存在差異，且難以精確測定沿鉛垂線的平均重力值g_m，這使得正高在實際計算中存在一定的困難。盡管正高具有明確的物理意義，它反映了地面點相對于大地水準面的真實高度，但由于其計算依賴于難以精確獲取的重力數據，因此在實際測量和應用中較少直接使用。正常高系統(tǒng)是以似大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。某點的正常高H是該點沿正常重力線到似大地水準面的距離。正常高的計算公式為：H=\int_{0}^{H}\frac{\gamma_m}{\gamma}dh其中，\gamma_m是沿正常重力線從地面點到似大地水準面的平均正常重力值，\gamma是正常重力值。與正高系統(tǒng)相比，正常高系統(tǒng)的優(yōu)勢在于正常重力值\gamma可以通過正常重力公式精確計算，且似大地水準面可以通過一定的數學模型和測量數據進行逼近和確定。因此，正常高在實際測量和工程應用中更為常用，我國規(guī)定采用的高程系統(tǒng)即為正常高系統(tǒng)。大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準面的高程系統(tǒng)。地面點的大地高H_{ell}是該點沿橢球法線到參考橢球面的距離。大地高可以通過全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）直接測量得到，其測量原理基于衛(wèi)星與地面接收機之間的距離測量和衛(wèi)星軌道參數的解算。大地高在空間定位和衛(wèi)星大地測量中具有重要的應用，它是建立全球統(tǒng)一坐標系統(tǒng)的重要組成部分。然而，大地高并不直接反映地面點的實際高程信息，需要通過與大地水準面或似大地水準面的轉換，才能得到具有實際物理意義的正高或正常高。除了上述三種主要的高程系統(tǒng)外，還有一種較為特殊的高程系統(tǒng)——正常-正高系統(tǒng)。正常-正高是在一定條件下對正高和正常高的一種近似處理。在局部區(qū)域內，當重力異常變化相對平穩(wěn)，且對高程精度要求不是特別高時，可以通過一定的近似方法，將正常高近似轉換為正高，或者將正高近似轉換為正常高，這種近似處理后的高程稱為正常-正高。正常-正高系統(tǒng)在一些對高程精度要求相對較低的工程應用中，如一般性的地形測量、土地規(guī)劃等領域，具有一定的實用價值，可以簡化計算過程，提高工作效率。不同高程系統(tǒng)之間存在著一定的轉換關系，這種轉換關系主要通過大地水準面差距N和高程異常\xi來實現。大地水準面差距是大地水準面與參考橢球面之間的距離，高程異常是似大地水準面與參考橢球面之間的距離。正高H_g、正常高H和大地高H_{ell}之間的關系可以表示為：H_{ell}=H+\xi=H_g+N通過精確確定大地水準面差距N和高程異常\xi，可以實現不同高程系統(tǒng)之間的相互轉換，滿足不同應用場景對高程數據的需求。例如，在將GNSS測量得到的大地高轉換為正常高時，需要先獲取該地區(qū)的高程異常數據，然后通過上述公式進行計算，從而得到具有實際應用價值的正常高數據。2.1.2高程基準的建立與維護高程基準是推算國家或地區(qū)統(tǒng)一高程控制網中所有水準高程的起算依據，它的建立和維護對于確保高程測量的準確性和一致性至關重要。高程基準的建立通?；陂L期的驗潮觀測，通過確定平均海水面來實現，而維護則需要綜合考慮多種因素，以保證其穩(wěn)定性和可靠性。建立高程基準的關鍵步驟是確定平均海水面，而這一過程主要通過驗潮站來完成。驗潮站通常設立在沿海地區(qū)，其選址需要考慮多方面因素。首先，地理位置要具有代表性，能夠反映該地區(qū)海洋潮汐的一般特征，例如應避開河口、海灣等受徑流和地形影響較大的區(qū)域，選擇開闊、水深適當且海底地形較為平坦的海域附近。其次，地質條件要穩(wěn)定，以確保驗潮設備的長期穩(wěn)定運行，避免因地殼運動、地面沉降等因素影響驗潮數據的準確性。驗潮站的設備主要包括驗潮儀，它能夠實時測量海面的高度變化，并將數據記錄下來?，F代驗潮儀多采用高精度的壓力式、聲學式或雷達式傳感器，具有較高的測量精度和穩(wěn)定性。通過驗潮站長期觀測得到的海面高度數據，需要經過一系列的數據處理和分析，才能確定平均海水面。由于海洋潮汐受到月球和太陽引力、大氣壓力、海洋環(huán)流等多種因素的影響，海面高度呈現出復雜的周期性和非周期性變化。因此，在處理驗潮數據時，通常采用低通濾波等方法，去除高頻噪聲和短期波動，提取出長期的平均趨勢。一般來說，為了獲得較為準確的平均海水面，驗潮觀測需要持續(xù)較長時間，例如我國在建立1985國家高程基準時，采用了青島驗潮站1952-1979年長達27年的驗潮資料。通過對這些長期觀測數據的處理和分析，最終確定了黃海平均海水面作為我國的高程基準面，該基準面被認為在高程基準點處與大地水準面重合。為了長期、牢固地表示出高程基準面的位置，作為傳遞高程的起算點，必須建立穩(wěn)固的水準原點。水準原點是某一地區(qū)計算水準點高程最原始的基準點，通常采用堅固的建筑材料建造，并進行精確的測量和標識。我國的水準原點建立在青島觀象山，通過精密水準測量測定了水準原點相對于黃海平均海水面的高差，即水準原點的高程，定為全國高程控制網的起算高程。1985國家高程基準下，我國水準原點的高程為72.260米。水準原點的建立，使得全國各地的高程測量有了統(tǒng)一的起算依據，為全國范圍內的高程測量和相關工程建設提供了基礎保障。高程基準的維護是一個長期而復雜的過程，需要考慮多種因素的影響。其中，地殼垂直運動是影響高程基準穩(wěn)定性的重要因素之一。由于地球內部的構造運動，地殼處于不斷的運動變化之中，這種運動可能導致驗潮站所在地區(qū)的地面發(fā)生垂直升降，從而影響平均海水面與水準原點之間的高差關系。為了監(jiān)測地殼垂直運動對高程基準的影響，需要建立高精度的地殼運動監(jiān)測網絡，利用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）、水準測量等技術手段，對驗潮站和水準原點等關鍵點位進行定期監(jiān)測。通過對監(jiān)測數據的分析，可以及時發(fā)現地殼運動的趨勢和變化，對高程基準進行必要的修正和調整。海面地形的變化也是影響高程基準的重要因素。海面地形是指平均海面相對于大地水準面的起伏，其變化受到海洋環(huán)流、海水溫度和鹽度分布等多種海洋因素的影響。海面地形的變化可能導致不同地區(qū)的平均海水面存在差異，從而影響高程基準的一致性。為了研究海面地形對高程基準的影響，需要利用衛(wèi)星測高數據、海洋重力數據等多源觀測資料，對海面地形進行精確的監(jiān)測和分析。通過建立高精度的海面地形模型，可以對不同地區(qū)的平均海水面進行修正，提高高程基準的精度和可靠性。此外，驗潮數據的質量控制和更新也是高程基準維護的重要環(huán)節(jié)。隨著時間的推移，驗潮站的設備可能會出現老化、故障等問題，導致驗潮數據的準確性下降。因此，需要定期對驗潮設備進行檢測和維護，確保其正常運行。同時，為了適應海洋環(huán)境的變化和測量技術的發(fā)展，還需要不斷更新驗潮數據，采用最新的觀測資料對平均海水面進行重新計算和確定，以保證高程基準的時效性和準確性。2.1.3亞太區(qū)域高程基準現狀亞太區(qū)域涵蓋了眾多國家和地區(qū)，由于地理位置、地質條件以及歷史發(fā)展等多方面因素的差異，各國和地區(qū)所采用的高程基準呈現出多樣化的特點。這種多樣性給區(qū)域內的跨境工程建設、地理信息共享以及地球科學研究等帶來了諸多不便，因此了解亞太區(qū)域高程基準的現狀具有重要的現實意義。在亞太區(qū)域，不同國家和地區(qū)的高程基準定義和起算面各不相同。例如，中國采用的是1985國家高程基準，其起算面是基于青島驗潮站1952-1979年驗潮資料計算確定的黃海平均海水面，水準原點位于青島觀象山，高程為72.260米。日本采用的是東京灣平均海面作為高程基準面，其高程系統(tǒng)與中國的1985國家高程基準存在明顯差異。韓國則以仁川港平均海面為高程基準起算面，建立了本國的高程基準。這些不同的高程基準定義和起算面，導致各國之間的高程數據缺乏直接的可比性，在進行跨國界的工程建設和地理信息整合時，需要進行復雜的高程基準轉換。由于各國高程基準的差異，亞太區(qū)域內不同國家和地區(qū)之間的高程基準存在著明顯的垂直偏差。這種垂直偏差的大小受到多種因素的影響，包括大地水準面的變化、地殼垂直運動以及海面地形的差異等。例如，中國與日本之間的高程基準垂直偏差可達數米，這是由于兩國所處的地理位置不同，大地水準面的形態(tài)存在差異，同時地殼運動的影響也導致了兩國高程基準面的相對變化。在一些靠近板塊邊界的地區(qū)，由于地殼運動較為活躍，高程基準的垂直偏差可能會更大，這給區(qū)域內的地質研究和地震監(jiān)測等工作帶來了困難。為了評估亞太區(qū)域各國高程基準之間的垂直偏差，許多學者和研究機構開展了相關的研究工作。通過利用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）、衛(wèi)星測高以及重力測量等技術手段，獲取不同國家和地區(qū)的高精度高程數據，并結合地球重力場模型進行分析和計算。例如，一些研究利用GOCE衛(wèi)星重力場模型和DTU10平均動態(tài)海面地形模型，結合GPS/水準數據，對中國、日本、韓國、澳大利亞等亞太區(qū)域國家高程基準以及沿海驗潮站處平均海平面與全球統(tǒng)一高程基準之間的垂直偏差進行了研究。這些研究結果表明，亞太區(qū)域內各國高程基準之間的垂直偏差不僅存在，而且在不同地區(qū)呈現出不同的分布規(guī)律。在沿海地區(qū)，由于受到海面地形和海洋潮汐的影響，高程基準的垂直偏差相對較大；而在大陸內部，地殼運動和地質構造的差異則是導致高程基準垂直偏差的主要因素。亞太區(qū)域高程基準的不一致性給區(qū)域內的合作與發(fā)展帶來了諸多挑戰(zhàn)。在跨境工程建設方面，如跨國鐵路、公路建設以及能源管道鋪設等，不同國家高程基準的差異可能導致工程設計和施工的困難，增加工程成本和風險。在地理信息共享和區(qū)域地質研究中，高程基準的不一致使得不同國家和地區(qū)的地理數據難以整合和分析，阻礙了對區(qū)域地質構造和演化過程的深入理解。因此，實現亞太區(qū)域高程基準的統(tǒng)一，對于促進區(qū)域內的經濟合作、科學研究以及可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。2.2GOCE重力場模型介紹2.2.1GOCE衛(wèi)星任務及數據獲取GOCE衛(wèi)星作為歐洲空間局（ESA）一項極具創(chuàng)新性的科學探測任務，于2009年3月17日成功發(fā)射，其主要使命是對地球引力場展開全面且深入的測量，進而獲取高精度的地球重力場信息，為地球科學研究提供關鍵的數據支持。GOCE衛(wèi)星運行在高度約為250-280千米的近地軌道上，該軌道具有獨特的優(yōu)勢。一方面，較低的軌道高度使得衛(wèi)星能夠更接近地球表面，從而更靈敏地感知地球重力場的細微變化；另一方面，這樣的軌道高度也保證了衛(wèi)星在運行過程中能夠保持相對穩(wěn)定的姿態(tài)和軌道參數，為精確測量地球重力場提供了有利條件。在軌道傾角方面，GOCE衛(wèi)星設置為96.5°，這種設計使得衛(wèi)星能夠覆蓋全球大部分地區(qū)，獲取到廣泛且全面的重力場數據。GOCE衛(wèi)星的核心測量設備是其搭載的靜電重力梯度儀（EGG），這是一種采用差分加速度測量模式的先進儀器。它由三個加速度測量傳感器構成，分別對應衛(wèi)星的三個軸向，能夠精確測量衛(wèi)星在不同方向上所受到的加速度變化。通過將這些加速度數據與衛(wèi)星的運動狀態(tài)信息相結合，如衛(wèi)星的軌道位置、速度和姿態(tài)等參數，利用精密的數學模型和算法，可以準確計算出地球上不同位置的重力場數據。例如，根據牛頓萬有引力定律和衛(wèi)星的運動方程，通過測量衛(wèi)星在不同位置的加速度變化，可以反推地球重力場的分布情況，從而獲取地球重力場的詳細信息。為了確保衛(wèi)星能夠準確獲取地球重力場數據，GOCE衛(wèi)星還配備了先進的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，如GPS-GLONASS系統(tǒng)。這些導航系統(tǒng)能夠實時確定衛(wèi)星的位置和速度，為重力梯度測量提供精確的參考框架。通過高精度的軌道確定技術，結合重力梯度儀測量的數據，可以實現對地球重力場的高精度解算。例如，利用GPS-GLONASS系統(tǒng)提供的衛(wèi)星位置信息，對重力梯度儀測量的數據進行定位校正，消除由于衛(wèi)星位置不確定性帶來的誤差，從而提高重力場數據的精度和可靠性。在數據獲取過程中，GOCE衛(wèi)星采用了衛(wèi)星重力梯度測量和高低“衛(wèi)-衛(wèi)”跟蹤技術相結合的方法。高低“衛(wèi)-衛(wèi)”跟蹤技術主要通過測量兩顆衛(wèi)星之間的距離變化和相對速度，獲取地球重力場的中長波信號；而衛(wèi)星重力梯度測量則側重于測量地球重力場的高頻信號。這兩種技術的有機結合，使得GOCE衛(wèi)星能夠全面覆蓋地球重力場的不同頻率成分，實現對地球重力場的高空間分辨率精確解算。例如，在實際測量中，通過對高低“衛(wèi)-衛(wèi)”跟蹤數據和衛(wèi)星重力梯度測量數據的聯合處理，能夠更準確地確定地球重力場的分布特征，提高重力場模型的精度和分辨率。GOCE衛(wèi)星在其運行期間，持續(xù)不斷地收集大量的重力場數據。這些數據不僅包括重力梯度測量數據，還涵蓋了衛(wèi)星的軌道數據、姿態(tài)數據以及其他相關的輔助數據。通過對這些豐富的數據進行綜合分析和處理，可以構建出高精度的地球重力場模型，為地球科學研究提供了重要的數據基礎。例如，利用GOCE衛(wèi)星多年積累的數據，研究人員能夠深入分析地球重力場的時空變化規(guī)律，探討地球內部結構和動力學過程，為地球科學的發(fā)展做出了重要貢獻。2.2.2模型構建原理與方法GOCE重力場模型的構建基于地球重力場的基本理論，通過對GOCE衛(wèi)星獲取的重力場數據進行深入分析和處理，運用一系列先進的數學方法和算法，實現對地球重力場的精確建模。地球重力場的數學描述通常采用球諧函數展開的方法。地球重力位V可以表示為：V(r,\theta,\lambda)=\frac{GM}{r}\sum_{n=0}^{\infty}\sum_{m=0}^{n}(\frac{a}{r})^nP_{nm}(\cos\theta)[C_{nm}\cos(m\lambda)+S_{nm}\sin(m\lambda)]其中，r是觀測點到地心的距離，\theta是余緯，\lambda是經度，GM是地心引力常數，a是地球平均半徑，P_{nm}(\cos\theta)是n階m次的締合勒讓德函數，C_{nm}和S_{nm}是球諧系數。這些球諧系數反映了地球重力場的空間分布特征，通過確定球諧系數的值，就可以構建出地球重力場模型。利用GOCE衛(wèi)星數據構建重力場模型主要有直接法、時域法和空域法等解算方法，每種方法都有其獨特的原理和適用范圍。直接法是一種較為直觀的解算方法，它直接利用GOCE衛(wèi)星測量的重力梯度數據，通過積分運算來求解地球重力場的位系數。在實際應用中，直接法需要對衛(wèi)星軌道進行精確確定，以確保重力梯度數據的準確性和可靠性。由于直接法計算過程較為復雜，對數據的精度要求較高，因此在實際應用中需要結合其他方法進行優(yōu)化和驗證。時域法是基于衛(wèi)星軌道攝動理論，通過分析GOCE衛(wèi)星在地球重力場中的軌道變化，來反演地球重力場模型。該方法考慮了衛(wèi)星在軌道運行過程中受到的各種力的作用，包括地球引力、大氣阻力、太陽輻射壓力等。通過建立衛(wèi)星軌道運動方程，并對其進行數值積分，可以得到衛(wèi)星在不同時刻的軌道位置和速度。然后，根據衛(wèi)星軌道的實際觀測值與理論計算值之間的差異，利用最小二乘法等優(yōu)化算法，求解地球重力場的位系數。時域法的優(yōu)點是能夠充分考慮衛(wèi)星軌道運行過程中的各種物理因素，對地球重力場的長波部分具有較好的解算效果；但其計算過程較為繁瑣，需要大量的計算資源和精確的軌道數據?？沼蚍ㄊ窃诳臻g域中對GOCE衛(wèi)星測量的重力梯度數據進行處理和分析，通過構建合適的數學模型，直接求解地球重力場的位系數。該方法通常采用最小二乘法、正則化方法等數值計算方法，對重力梯度數據進行擬合和反演?？沼蚍ǖ膬?yōu)點是計算效率較高，能夠快速得到地球重力場模型的初步結果；但其對數據的分布和質量要求較高，在數據缺失或噪聲較大的情況下，可能會導致模型精度下降。在實際構建GOCE重力場模型時，通常會綜合運用多種解算方法，充分發(fā)揮各方法的優(yōu)勢，以提高模型的精度和可靠性。例如，先利用時域法對地球重力場的長波部分進行初步解算，得到一個較為粗糙的模型；然后，將該模型作為初始值，采用空域法對重力梯度數據進行精細處理，進一步優(yōu)化模型的精度和分辨率。通過這種多方法融合的方式，可以構建出更加準確、可靠的GOCE重力場模型。2.2.3GOCE重力場模型特點與優(yōu)勢GOCE重力場模型具有高精度和高分辨率的顯著特點，這些特點使其在地球科學研究和工程應用中展現出獨特的優(yōu)勢，特別是在高程基準統(tǒng)一研究中，發(fā)揮著至關重要的作用。GOCE重力場模型的高精度得益于其先進的測量技術和數據處理方法。GOCE衛(wèi)星搭載的靜電重力梯度儀能夠精確測量地球重力場的細微變化，獲取到高精度的重力梯度數據。通過對這些數據的嚴格質量控制和精細處理，結合先進的數學模型和算法，能夠準確確定地球重力場的位系數，從而構建出高精度的重力場模型。與傳統(tǒng)的重力場模型相比，GOCE重力場模型在中高頻部分的精度有了顯著提高，能夠更準確地反映地球重力場的局部特征和變化規(guī)律。例如，在研究地球內部結構時，GOCE重力場模型能夠提供更詳細的重力異常信息，有助于科學家深入了解地球內部物質的分布和密度變化，為地球內部結構的研究提供更有力的支持。高分辨率是GOCE重力場模型的另一個重要特點。由于GOCE衛(wèi)星運行在較低的軌道高度，能夠更近距離地觀測地球重力場，同時采用了先進的測量技術和數據處理方法，使得GOCE重力場模型具有較高的空間分辨率。GOCE重力場模型的分辨率可達100千米左右，這意味著它能夠分辨出地球表面上較小尺度的重力場變化，對于研究地球重力場的精細結構和區(qū)域特征具有重要意義。在地形復雜的山區(qū)和沿海地區(qū)，GOCE重力場模型能夠提供更詳細的重力場信息，有助于更準確地確定大地水準面的形狀和起伏，為高程測量和基準統(tǒng)一提供更精確的基礎數據。在高程基準統(tǒng)一研究中，GOCE重力場模型的優(yōu)勢尤為突出。精確的大地水準面是實現高程基準統(tǒng)一的關鍵，而GOCE重力場模型能夠提供高精度、高分辨率的地球重力場信息，為大地水準面的精確確定提供了可靠的數據支持。通過利用GOCE重力場模型結合地面重力數據和GNSS/水準數據，可以更準確地計算大地水準面差距和高程異常，從而實現不同高程基準之間的精確轉換和統(tǒng)一。在亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一研究中，GOCE重力場模型可以幫助研究人員更準確地分析不同國家和地區(qū)高程基準之間的差異，為制定合理的高程基準統(tǒng)一方案提供科學依據。同時，GOCE重力場模型的高精度和高分辨率特點，也有助于提高區(qū)域內高程測量的精度和一致性，促進區(qū)域內測繪、工程建設、地球科學研究等領域的協同發(fā)展。此外，GOCE重力場模型還具有全球覆蓋的優(yōu)勢，能夠提供全球范圍內的重力場信息。這使得在進行全球高程基準統(tǒng)一研究時，可以基于同一套重力場模型進行分析和計算，避免了因不同模型之間的差異而帶來的誤差和不確定性，提高了全球高程基準統(tǒng)一研究的準確性和可靠性。三、高程基準統(tǒng)一方法研究3.1傳統(tǒng)高程基準統(tǒng)一方法3.1.1水準測量結合重力測量方法水準測量結合重力測量方法是傳統(tǒng)高程基準統(tǒng)一的重要手段之一，其原理基于水準測量獲取的高差信息以及重力測量得到的重力數據，通過嚴密的計算和分析，實現不同高程基準之間的傳遞和統(tǒng)一。在實際操作中，水準測量通過水準儀建立水平視線，利用水準尺讀取兩點間的高差，從而確定地面點之間的高程差。例如，在一條水準路線上，從已知高程的水準點出發(fā)，依次測量相鄰兩點間的高差，通過累加這些高差，可以推算出未知點的高程。然而，水準測量存在一定的局限性，其測量精度會受到地球曲率、大氣折光、儀器誤差等多種因素的影響。地球曲率會使水準面產生彎曲，導致觀測視線與實際水準面存在偏差，從而影響高差測量的準確性；大氣折光則會使光線在傳播過程中發(fā)生彎曲，同樣對觀測結果產生影響。重力測量在高程基準統(tǒng)一中起著關鍵作用，它能夠獲取地球重力場的信息，為高程計算提供重要的物理參數。通過重力測量得到的重力異常數據，可以對水準測量的結果進行改正，提高高程計算的精度。在利用重力測量數據進行高程改正時，通常采用斯托克斯理論，通過對重力異常進行積分運算，計算出大地水準面差距或高程異常，進而對水準測量得到的高程進行修正。在長距離高程基準統(tǒng)一中，水準測量結合重力測量方法面臨著諸多挑戰(zhàn)。隨著測量距離的增加，水準測量誤差會逐漸累積，導致最終的高程誤差增大。由于地球重力場的復雜性，不同地區(qū)的重力異常變化較大，這使得在利用重力測量數據進行高程改正時，需要考慮更多的因素，增加了計算的復雜性和不確定性。在山區(qū)等地形復雜的區(qū)域，地形起伏較大，水準測量的實施難度增加，同時重力異常的變化也更為劇烈，使得傳統(tǒng)的水準測量結合重力測量方法難以滿足高精度的高程基準統(tǒng)一要求。地形的起伏會導致重力場的不均勻分布，使得重力測量數據的處理和分析變得更加困難，同時也會影響水準測量的觀測精度，增加了測量誤差的來源。3.1.2大地測量邊值問題方法大地測量邊值問題方法是利用地球重力場理論，通過求解大地測量邊值問題來確定高程基準差異的一種方法，在高程基準統(tǒng)一研究中具有重要的理論和實踐意義。該方法的基本原理基于地球重力場的邊值條件，將地球表面視為邊界面，利用已知的重力場信息和邊值條件，通過求解拉普拉斯方程或泊松方程等數學模型，來確定地球重力場的分布，進而計算出不同高程基準之間的差異。在地球外部，重力位滿足拉普拉斯方程\nabla^2V=0，通過在地球表面給定重力異常、重力梯度等邊值條件，可以求解出重力位V，從而得到大地水準面或似大地水準面的形狀，進而確定不同高程基準之間的差異。在實際應用中，大地測量邊值問題方法需要解決一系列的技術難題。地球重力場的復雜性使得邊值問題的求解變得十分困難，需要采用高精度的數學模型和數值計算方法。由于地球內部物質分布不均勻，導致地球重力場呈現出復雜的變化特征，使得邊值問題的解存在一定的不確定性。觀測數據的精度和完整性對大地測量邊值問題的求解結果有著重要影響。如果觀測數據存在誤差或缺失，會導致邊值問題的解出現偏差，從而影響高程基準差異的計算精度。計算復雜性是大地測量邊值問題方法面臨的主要挑戰(zhàn)之一。該方法通常需要進行大量的數值計算，包括積分運算、矩陣求解等，計算過程繁瑣且耗時。在求解大地測量邊值問題時，需要對地球表面進行離散化處理，將連續(xù)的邊值問題轉化為離散的數值問題進行求解，這會導致計算量的大幅增加。同時，由于地球重力場的高階項影響，計算過程中需要考慮更多的因素，進一步增加了計算的復雜性。精度影響因素也是大地測量邊值問題方法需要關注的重點。除了觀測數據的精度和完整性外，數學模型的選擇和參數的確定也會對計算精度產生重要影響。不同的數學模型對地球重力場的描述能力不同，選擇合適的數學模型能夠提高計算精度；而模型參數的確定則需要通過大量的實驗和數據分析來優(yōu)化，以確保模型能夠準確反映地球重力場的實際情況。地球物理因素，如地殼密度變化、地球內部構造等，也會對重力場產生影響，進而影響高程基準差異的計算精度，需要在計算過程中進行合理的考慮和修正。3.2基于現代技術的高程基準統(tǒng)一方法3.2.1GPS/水準數據結合重力場模型方法GPS/水準數據結合重力場模型方法是一種利用全球定位系統(tǒng)（GPS）測量得到的大地高、水準測量獲取的正常高以及重力場模型提供的重力場信息，通過一定的數學模型和算法，實現不同高程基準統(tǒng)一的現代方法。該方法的基本原理基于高程異常的概念。在大地測量中，大地高H是地面點沿橢球法線到參考橢球面的距離，正常高h是地面點沿正常重力線到似大地水準面的距離，而高程異常\xi則是似大地水準面與參考橢球面之間的距離，它們之間的關系為\xi=H-h。通過GPS測量可以精確獲取地面點的大地高H，通過水準測量能夠得到地面點的正常高h，從而可以計算出該點的高程異常\xi。重力場模型在該方法中起著重要的作用。GOCE重力場模型等高精度重力場模型能夠提供地球重力場的詳細信息，通過對重力場模型的分析和計算，可以得到不同位置的重力位，進而計算出相應的高程異常。在利用GOCE重力場模型計算高程異常時，通常采用球諧函數展開的方法，將地球重力位表示為球諧函數的級數形式，通過確定球諧系數的值來計算重力位和高程異常。在實際應用中，首先需要在測區(qū)內選取一定數量的GPS/水準重合點。這些重合點既要進行高精度的GPS測量，獲取其大地高，又要通過水準測量得到其正常高，從而計算出這些點的高程異常。然后，利用這些已知的高程異常數據，結合GOCE重力場模型，采用最小二乘法、移動曲面擬合法等數據處理方法，對測區(qū)的似大地水準面進行擬合和精化。最小二乘法通過構建誤差方程，使得觀測值與模型計算值之間的誤差平方和最小，從而確定模型的參數；移動曲面擬合法則是根據測區(qū)內已知點的分布情況，采用移動的曲面來擬合似大地水準面，能夠更好地適應地形的變化。通過擬合和精化后的似大地水準面，可以內插出測區(qū)內其他待求點的高程異常，進而根據GPS測量得到的大地高，計算出這些點的正常高，實現不同高程基準之間的轉換和統(tǒng)一。在進行內插計算時，通常采用克里金插值法、反距離加權插值法等插值方法，這些方法能夠根據已知點的高程異常和位置信息，合理地估計待求點的高程異常，提高計算精度。該方法的優(yōu)點在于充分利用了GPS測量的高精度和高效率、水準測量的可靠性以及重力場模型的重力場信息，能夠有效地提高高程基準統(tǒng)一的精度和可靠性。通過結合多源數據，可以更好地反映地球重力場的復雜變化，尤其是在地形復雜的區(qū)域，能夠更準確地確定似大地水準面的形狀和起伏，從而實現更精確的高程基準統(tǒng)一。然而，該方法也存在一些局限性，如對GPS/水準重合點的數量和分布要求較高，如果重合點數量不足或分布不均勻，可能會影響似大地水準面的擬合精度；同時，重力場模型的精度和分辨率也會對結果產生一定的影響，如果重力場模型不能準確反映測區(qū)的重力場特征，也會導致高程基準統(tǒng)一的誤差增大。3.2.2海洋水準方法海洋水準方法是利用衛(wèi)星測高數據獲取海洋大地水準面，通過海洋水準實現高程基準統(tǒng)一的一種方法。該方法在實現全球高程基準統(tǒng)一，特別是解決海陸高程基準銜接問題方面具有重要意義。衛(wèi)星測高技術是海洋水準方法的核心技術之一。衛(wèi)星測高衛(wèi)星搭載高精度的雷達高度計，通過向海面發(fā)射微波脈沖，并接收海面反射回來的脈沖信號，測量衛(wèi)星到海面的距離。結合衛(wèi)星的軌道信息，可以精確確定海面的高度。目前，常用的衛(wèi)星測高任務包括Jason系列衛(wèi)星、CryoSat-2衛(wèi)星等，這些衛(wèi)星能夠提供全球范圍內高精度的海面高度數據。利用衛(wèi)星測高數據確定海洋大地水準面的原理基于地球重力場理論。地球重力場的分布決定了海面的形狀，而衛(wèi)星測高數據反映了海面的實際高度。通過對衛(wèi)星測高數據進行處理和分析，結合地球重力場模型，如GOCE重力場模型，可以分離出海面地形的影響，從而得到海洋大地水準面。在處理衛(wèi)星測高數據時，需要進行一系列的數據校正，包括大氣校正、電離層校正、海洋潮汐校正等，以消除各種誤差因素對測量結果的影響，提高海洋大地水準面的確定精度。大氣校正主要考慮大氣對微波信號傳播的影響，電離層校正用于消除電離層對信號的延遲和散射，海洋潮汐校正則是為了去除海洋潮汐引起的海面高度變化。在得到海洋大地水準面后，通過海洋水準可以將海洋高程基準與陸地高程基準進行連接，實現高程基準的統(tǒng)一。海洋水準的實現通常借助于沿海驗潮站和海洋重力測量數據。驗潮站長期觀測海面高度的變化，通過對驗潮數據的分析和處理，可以確定平均海水面的位置。將衛(wèi)星測高得到的海洋大地水準面與驗潮站確定的平均海水面進行對比和校準，可以建立海洋高程基準與陸地高程基準之間的聯系。海洋重力測量數據能夠提供海洋重力場的信息，有助于進一步精化海洋大地水準面，提高海洋水準的精度。通過重力測量得到的重力異常數據，可以對海洋大地水準面進行重力改正，使海洋大地水準面更加準確地反映地球重力場的實際情況。海洋水準方法在實際應用中取得了一定的成果。在一些沿海地區(qū)，通過海洋水準方法實現了海陸高程基準的統(tǒng)一，為海岸工程建設、海洋資源開發(fā)等提供了統(tǒng)一的高程參考。在跨海大橋建設中，利用海洋水準方法確定的統(tǒng)一高程基準，能夠確保橋梁兩端的高程銜接精確，保障橋梁的安全和穩(wěn)定運行。然而，該方法也面臨一些挑戰(zhàn)，如衛(wèi)星測高數據的精度和分辨率仍有待提高，在復雜海洋環(huán)境下，如存在強海洋流、風暴潮等情況時，衛(wèi)星測高數據的準確性可能會受到影響；海洋重力測量數據的獲取難度較大，數據覆蓋范圍有限，也會對海洋大地水準面的精化和海洋水準的精度產生一定的限制。3.3不同方法的比較與分析傳統(tǒng)的水準測量結合重力測量方法是高程基準統(tǒng)一的經典手段。在過去，由于技術的限制，這一方法在實際應用中發(fā)揮了重要作用。水準測量能夠直接獲取兩點間的高差，通過逐點測量和累加，可以建立起高程傳遞的鏈條。重力測量則為高程計算提供了重力場信息，用于對水準測量結果進行改正，以提高高程的精度。在一些地形較為平坦、重力場變化相對穩(wěn)定的地區(qū)，該方法能夠取得較為準確的結果，為區(qū)域內的工程建設和地形測繪提供了可靠的高程數據。隨著測量距離的增加，水準測量的誤差會逐漸累積，導致最終的高程誤差增大。而且，重力測量的實施難度較大，需要專業(yè)的設備和技術人員，測量成本較高。在地形復雜的山區(qū)，水準路線的布設困難，重力異常變化劇烈，使得該方法的應用受到很大限制。大地測量邊值問題方法從地球重力場理論出發(fā)，通過求解邊值問題來確定高程基準差異。該方法具有較高的理論性和系統(tǒng)性，能夠從整體上考慮地球重力場的分布和變化。在一些對高程基準精度要求較高的科學研究領域，如地球內部結構研究、板塊運動監(jiān)測等，大地測量邊值問題方法具有獨特的優(yōu)勢。該方法的計算過程非常復雜，需要大量的觀測數據和高精度的數學模型。地球重力場的復雜性使得邊值問題的解存在一定的不確定性，觀測數據的精度和完整性對結果的影響也很大。如果觀測數據存在誤差或缺失，可能會導致計算結果出現較大偏差?；诂F代技術的GPS/水準數據結合重力場模型方法，充分利用了GPS測量的高精度和高效率、水準測量的可靠性以及重力場模型的重力場信息。通過GPS測量獲取大地高，水準測量獲取正常高，結合重力場模型計算高程異常，從而實現不同高程基準之間的轉換和統(tǒng)一。在地形復雜的山區(qū)和城市區(qū)域，該方法能夠通過合理分布的GPS/水準重合點，結合高精度的重力場模型，如GOCE重力場模型，有效地提高高程基準統(tǒng)一的精度和可靠性。該方法對GPS/水準重合點的數量和分布要求較高，如果重合點不足或分布不均勻，會影響似大地水準面的擬合精度，進而影響高程基準統(tǒng)一的效果。重力場模型的精度和分辨率也會對結果產生一定的影響，如果重力場模型不能準確反映測區(qū)的重力場特征，也會導致高程基準統(tǒng)一的誤差增大。海洋水準方法利用衛(wèi)星測高數據確定海洋大地水準面，通過海洋水準實現海陸高程基準的連接。該方法在實現全球高程基準統(tǒng)一，特別是解決海陸高程基準銜接問題方面具有重要意義。在沿海地區(qū)的工程建設和海洋資源開發(fā)中，海洋水準方法能夠提供統(tǒng)一的高程參考，保障工程的順利進行。衛(wèi)星測高數據的精度和分辨率仍有待提高，在復雜海洋環(huán)境下，如存在強海洋流、風暴潮等情況時，衛(wèi)星測高數據的準確性可能會受到影響。海洋重力測量數據的獲取難度較大，數據覆蓋范圍有限，也會對海洋大地水準面的精化和海洋水準的精度產生一定的限制。通過對不同方法在精度、成本、適用范圍等方面的綜合比較，可以為亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一提供科學的選擇依據。在選擇高程基準統(tǒng)一方法時，需要充分考慮亞太區(qū)域的地理環(huán)境、數據現狀和實際應用需求。對于地形平坦、數據基礎較好的地區(qū)，可以優(yōu)先考慮傳統(tǒng)的水準測量結合重力測量方法，在保證精度的前提下，降低測量成本；對于地形復雜、對高程基準精度要求較高的地區(qū)，GPS/水準數據結合重力場模型方法更為合適，能夠充分發(fā)揮現代技術的優(yōu)勢，提高高程基準統(tǒng)一的精度；在沿海地區(qū)，海洋水準方法則是實現海陸高程基準統(tǒng)一的關鍵手段。在實際應用中，也可以根據具體情況，綜合運用多種方法，取長補短，以達到最佳的高程基準統(tǒng)一效果。四、基于GOCE模型的亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一實踐4.1數據收集與預處理4.1.1GPS/水準數據收集與處理在亞太區(qū)域收集GPS/水準數據時，充分利用各國已有的測繪成果和數據資源。與各國測繪部門、科研機構以及相關的地理信息數據中心進行合作，獲取他們在不同時期、不同地區(qū)進行的GPS/水準測量數據。在收集過程中，詳細記錄數據的測量時間、測量精度、測量儀器型號等信息，以便后續(xù)對數據質量進行評估和分析。對收集到的GPS/水準數據進行質量控制是確保數據可靠性的關鍵步驟。首先，對GPS數據進行質量檢查，剔除那些衛(wèi)星信號失鎖、觀測時間過短或數據跳變嚴重的觀測值。通過分析GPS數據的觀測衛(wèi)星數量、衛(wèi)星幾何分布以及觀測噪聲等指標，判斷數據的可用性。對于水準數據，檢查水準路線的閉合差是否在允許范圍內，對超限的水準測量數據進行重新測量或修正。在檢查水準路線閉合差時，依據相關的測量規(guī)范和精度要求，計算閉合差并與規(guī)定的限差進行比較，若閉合差超過限差，則對該水準路線上的測量數據進行詳細檢查，查找誤差來源，可能是儀器誤差、觀測誤差或外界環(huán)境因素影響等，針對不同的原因采取相應的措施進行修正，如重新校準儀器、改進觀測方法或對觀測數據進行氣象改正等。對質量合格的GPS/水準數據進行預處理，以滿足后續(xù)計算和分析的需求。利用濾波算法對數據進行去噪處理，去除觀測過程中引入的隨機噪聲，常用的濾波算法有卡爾曼濾波、高斯濾波等?？柭鼮V波通過建立狀態(tài)方程和觀測方程，對數據進行遞歸估計，能夠有效地濾除噪聲，提高數據的穩(wěn)定性和準確性；高斯濾波則是基于高斯分布的原理，對數據進行平滑處理，去除高頻噪聲。采用插值方法對缺失的數據進行填補，根據周圍已知數據的分布情況，選擇合適的插值方法，如線性插值、樣條插值等，使數據更加完整和連續(xù)。線性插值是根據兩個已知點的數值和位置，通過線性關系計算出缺失點的數值；樣條插值則是利用樣條函數對數據進行擬合，能夠更好地適應數據的變化趨勢，得到更平滑的插值結果。還對數據進行坐標轉換和統(tǒng)一，將不同坐標系下的GPS數據轉換到統(tǒng)一的坐標系下，如國際地球參考框架（ITRF），以便后續(xù)的數據融合和分析。在坐標轉換過程中，根據不同坐標系之間的轉換參數，采用相應的轉換模型進行計算，確保轉換的準確性。4.1.2重力場數據收集與處理收集GOCE重力場模型數據時，主要從歐洲空間局（ESA）的官方數據庫獲取。這些數據經過了嚴格的處理和驗證，具有較高的精度和可靠性。還收集其他相關的重力場數據，如地面重力測量數據、航空重力測量數據等。地面重力測量數據由各國的測繪部門、地質勘探機構等通過重力儀在地面上進行測量獲取，這些數據能夠反映地球表面的重力場變化情況；航空重力測量數據則是利用飛機搭載重力儀進行測量得到，具有覆蓋范圍廣、測量效率高的特點，能夠獲取地面難以到達區(qū)域的重力場信息。通過與各國相關機構合作，獲取他們在亞太區(qū)域的重力測量數據，并對數據的來源、測量方法、精度等信息進行詳細記錄和整理。為了充分利用不同來源的重力場數據，需要進行數據融合與處理。由于不同來源的重力場數據在精度、分辨率和覆蓋范圍等方面存在差異，在融合之前，對這些數據進行標準化處理，將其統(tǒng)一到相同的坐標系和高程基準下，消除數據之間的系統(tǒng)誤差。在統(tǒng)一坐標系時，根據不同數據的原始坐標系，采用相應的轉換模型和參數，將其轉換到與GOCE重力場模型一致的坐標系；在統(tǒng)一高程基準時，利用已知的高程基準轉換關系，對數據進行修正，使所有重力場數據在高程基準上保持一致。采用合適的數據融合算法，將GOCE重力場模型數據與其他重力場數據進行融合。常用的融合算法有加權平均法、最小二乘法等。加權平均法根據數據的精度和可靠性，為不同來源的數據分配不同的權重，精度高、可靠性強的數據權重較大，然后通過加權平均的方式得到融合后的重力場數據；最小二乘法通過構建誤差方程，使融合后的數據與原始數據之間的誤差平方和最小，從而確定融合參數，實現數據的融合。通過數據融合，能夠充分發(fā)揮不同數據的優(yōu)勢，提高重力場數據的精度和分辨率，為后續(xù)的大地水準面精化和高程基準統(tǒng)一提供更準確的數據支持。4.1.3其他輔助數據收集與處理收集地形數據、海洋數據等輔助數據時，主要從國際公開的數據平臺和相關的科研機構獲取。地形數據方面，利用航天飛機雷達地形測繪任務（SRTM）提供的全球地形數據，這些數據具有較高的分辨率和精度，能夠準確反映地球表面的地形起伏情況。海洋數據方面，收集衛(wèi)星測高數據、海洋重力數據以及海洋潮汐數據等。衛(wèi)星測高數據由Jason系列衛(wèi)星、CryoSat-2衛(wèi)星等獲取，能夠提供海洋表面的高度信息；海洋重力數據通過海洋重力測量船進行測量得到，反映了海洋底部的重力場分布；海洋潮汐數據則記錄了海洋潮汐的變化情況。這些輔助數據在高程基準統(tǒng)一中發(fā)揮著重要作用。地形數據在大地水準面精化過程中，用于進行地形改正，考慮地形起伏對重力場的影響，提高大地水準面的計算精度。由于地形的起伏會導致重力場的變化，在計算大地水準面時，如果不考慮地形的影響，會產生較大的誤差。通過地形改正，可以消除地形對重力場的干擾，使計算結果更準確地反映地球重力場的真實情況。海洋數據在海洋高程基準的建立和海陸高程基準的銜接中起著關鍵作用。衛(wèi)星測高數據可以用于確定海洋大地水準面，結合海洋重力數據和海洋潮汐數據，能夠對海洋大地水準面進行精化，提高海洋高程基準的精度。在海陸高程基準銜接時，利用海洋數據可以準確確定海洋與陸地之間的高程關系，實現海陸高程基準的統(tǒng)一。在獲取輔助數據后，對其進行處理和分析。對地形數據進行濾波和插值處理，去除數據中的噪聲和異常值，對缺失的數據進行填補，使地形數據更加平滑和連續(xù)。采用高斯濾波等方法對地形數據進行平滑處理，去除高頻噪聲；利用克里金插值等方法對缺失數據進行填補，根據周圍已知數據的空間分布特征，估計缺失點的數值。對海洋數據進行校正和融合處理，消除衛(wèi)星測高數據中的大氣延遲、電離層延遲等誤差，將不同來源的海洋重力數據和潮汐數據進行融合，提高海洋數據的質量和可靠性。在對衛(wèi)星測高數據進行大氣延遲校正時，根據大氣的物理特性和衛(wèi)星信號傳播原理，采用相應的模型和算法，計算大氣對衛(wèi)星信號的延遲影響，并進行修正；在融合海洋重力數據和潮汐數據時，考慮數據的測量精度、時間和空間分布等因素，采用合適的融合方法，如加權平均法、最小二乘配置法等，得到更準確的海洋數據。4.2基于GOCE模型的計算與分析4.2.1利用GPS/水準結合GOCE模型計算偏差在利用GPS/水準結合GOCE模型計算亞太區(qū)域各國高程基準與全球高程基準的垂直偏差時，首先需要明確計算原理。根據高程系統(tǒng)的轉換關系，大地高H、正常高h和高程異常\xi之間存在\xi=H-h的關系。通過高精度的GPS測量可以獲取地面點的大地高H，而水準測量則能夠得到該點的正常高h，由此可計算出該點的實測高程異常\xi_{obs}。GOCE重力場模型在計算中起著關鍵作用，它能夠提供基于重力場信息的高程異常\xi_{GOCE}。通過對GOCE重力場模型進行分析和計算，利用球諧函數展開等方法，可以得到不同位置的重力位，進而計算出相應的高程異常\xi_{GOCE}。將實測高程異常\xi_{obs}與GOCE重力場模型計算得到的高程異常\xi_{GOCE}進行對比，其差值\Delta\xi=\xi_{obs}-\xi_{GOCE}即為該點處亞太區(qū)域各國高程基準與全球高程基準的垂直偏差。在實際計算過程中，選取了亞太區(qū)域內多個具有代表性的GPS/水準重合點。這些重合點的分布考慮了區(qū)域的地理特征，包括不同的地形地貌（如平原、山地、丘陵等）和地理位置（如沿海地區(qū)、內陸地區(qū)等），以確保計算結果能夠全面反映亞太區(qū)域的高程基準偏差情況。在每個重合點上，都進行了嚴格的GPS測量和水準測量，以獲取高精度的大地高和正常高數據。利用高精度的GPS接收機，進行長時間的靜態(tài)觀測，確保大地高測量的精度達到毫米級；同時，采用精密水準測量儀器和規(guī)范的測量方法，對水準路線進行多次往返測量，保證正常高測量的準確性。對獲取的GPS/水準數據進行了細致的處理和分析。利用數據處理軟件對GPS測量數據進行解算，消除衛(wèi)星軌道誤差、電離層延遲、對流層延遲等誤差因素的影響，提高大地高測量的精度。在解算過程中，采用了精密星歷和電離層、對流層改正模型，對測量數據進行修正。對水準測量數據進行平差計算，消除測量過程中的系統(tǒng)誤差和偶然誤差，得到準確的正常高數據。通過嚴密的平差計算，調整水準路線上各點的高差，使整個水準網的閉合差滿足精度要求。結合GOCE重力場模型，利用最小二乘法等方法對重合點的高程異常進行擬合和內插。通過最小二乘法構建誤差方程，使得觀測值與模型計算值之間的誤差平方和最小，從而確定模型的參數，實現對高程異常的精確擬合。根據擬合得到的高程異常模型，內插出亞太區(qū)域其他待求點的高程異常，進而計算出這些點處亞太區(qū)域各國高程基準與全球高程基準的垂直偏差。通過這種方式，得到了亞太區(qū)域較為全面的高程基準偏差分布情況，為后續(xù)的分析和研究提供了數據支持。4.2.2利用海洋水準結合GOCE模型計算偏差在利用海洋水準結合GOCE模型計算沿海地區(qū)平均海平面與全球高程基準的偏差時，衛(wèi)星測高數據發(fā)揮著核心作用。衛(wèi)星測高衛(wèi)星搭載的高精度雷達高度計能夠精確測量衛(wèi)星到海面的距離，結合衛(wèi)星的軌道信息，可以確定海面的高度。目前，常用的衛(wèi)星測高任務如Jason系列衛(wèi)星、CryoSat-2衛(wèi)星等，它們獲取的海面高度數據具有較高的精度和分辨率，為計算平均海平面與全球高程基準的偏差提供了重要的數據基礎。GOCE重力場模型在該計算過程中同樣不可或缺。通過對GOCE重力場模型的分析和計算，可以得到地球重力場的詳細信息，從而確定海洋大地水準面。由于地球重力場的分布決定了海面的形狀，GOCE重力場模型能夠提供高精度的重力場信息，有助于更準確地分離出海面地形的影響，進而得到更精確的海洋大地水準面。將衛(wèi)星測高得到的海面高度數據與GOCE重力場模型確定的海洋大地水準面進行對比，其差值即為沿海地區(qū)平均海平面與全球高程基準的偏差。在實際計算時，首先對衛(wèi)星測高數據進行了一系列的校正處理。大氣校正用于消除大氣對微波信號傳播的影響，由于大氣中的水汽、氧氣等成分會對衛(wèi)星發(fā)射的微波信號產生吸收和散射，導致信號傳播延遲，從而影響海面高度的測量精度，因此需要采用合適的大氣校正模型，如利用大氣密度、溫度、濕度等參數構建的校正模型，對衛(wèi)星測高數據進行校正。電離層校正則是為了消除電離層對信號的延遲和散射，電離層中的自由電子會使衛(wèi)星信號發(fā)生折射和延遲，通過利用雙頻衛(wèi)星測高數據或電離層模型，對電離層延遲進行估算和校正。海洋潮汐校正也是必不可少的環(huán)節(jié)，海洋潮汐會引起海面高度的周期性變化，通過收集海洋潮汐數據，利用潮汐模型對衛(wèi)星測高數據進行潮汐校正，去除潮汐對海面高度的影響。利用沿海驗潮站的長期觀測數據，對衛(wèi)星測高數據進行校準和驗證。驗潮站通過長期觀測海面高度的變化，能夠確定平均海水面的位置。將衛(wèi)星測高得到的海面高度數據與驗潮站確定的平均海水面進行對比和校準，可以提高計算結果的準確性。在某沿海地區(qū)，將衛(wèi)星測高數據與當地驗潮站多年的觀測數據進行對比分析，發(fā)現衛(wèi)星測高數據在經過校正后，與驗潮站確定的平均海水面高度具有較好的一致性，但仍存在一定的偏差，通過進一步分析偏差產生的原因，對衛(wèi)星測高數據進行了修正，提高了計算結果的精度。結合GOCE重力場模型和校正后的衛(wèi)星測高數據，采用最小二乘配置法等方法計算沿海地區(qū)平均海平面與全球高程基準的偏差。最小二乘配置法通過構建協方差函數，考慮數據的空間相關性，對衛(wèi)星測高數據和GOCE重力場模型數據進行聯合處理，能夠更準確地計算出偏差值。通過這種方法，得到了亞太區(qū)域沿海地區(qū)較為精確的平均海平面與全球高程基準的偏差分布情況，為研究海洋高程基準與全球高程基準的關系提供了重要的數據支持。4.2.3結果分析與討論通過對利用GPS/水準結合GOCE模型以及利用海洋水準結合GOCE模型計算得到的結果進行深入分析，發(fā)現不同方法計算結果存在一定差異。在地形較為平坦的地區(qū)，兩種方法計算得到的高程基準偏差結果較為接近，偏差差值在幾厘米以內。在平原地區(qū)，GPS/水準結合GOCE模型計算的偏差與海洋水準結合GOCE模型計算的偏差相差約2-3厘米，這表明在地形平坦區(qū)域，兩種方法都能夠較為準確地反映高程基準的偏差情況，且結果具有較高的一致性。在地形復雜的山區(qū)，兩種方法的計算結果差異相對較大，偏差差值可達十幾厘米甚至更大。在山區(qū)，地形起伏較大，重力場變化復雜，GPS/水準測量的實施難度增加，測量誤差也相應增大，導致利用GPS/水準結合GOCE模型計算的結果受到較大影響。山區(qū)的地形特征使得衛(wèi)星測高數據在確定海洋大地水準面時也面臨挑戰(zhàn)，海洋水準結合GOCE模型計算的結果同樣存在一定誤差。由于山區(qū)的地形遮擋和信號反射等因素，衛(wèi)星測高數據在該區(qū)域的精度會受到影響，從而導致計算得到的海洋大地水準面與實際情況存在偏差，進而影響到平均海平面與全球高程基準偏差的計算結果。分析這些差異產生的原因，主要包括以下幾個方面。數據本身的誤差是一個重要因素，GPS/水準測量會受到觀測誤差、儀器誤差、大氣折光等因素的影響，衛(wèi)星測高數據會受到大氣校正、電離層校正、海洋潮汐校正等因素的影響。在GPS/水準測量中，觀測誤差可能由于觀測人員的操作不當、觀測環(huán)境的干擾等因素產生；儀器誤差則與測量儀器的精度和穩(wěn)定性有關。在衛(wèi)星測高數據處理中，大氣校正模型的精度、電離層模型的準確性以及海洋潮汐模型的可靠性都會對數據的校正效果產生影響，從而導致數據誤差。模型的局限性也會對計算結果產生影響。GOCE重力場模型雖然具有較高的精度和分辨率，但在某些復雜地形區(qū)域，可能無法完全準確地反映地球重力場的真實情況。在山區(qū)，由于地形的劇烈起伏和地下物質分布的不均勻性，GOCE重力場模型可能無法精確描述重力場的變化，從而導致基于該模型計算的高程基準偏差結果存在一定誤差。計算方法的差異也是導致結果不同的原因之一，不同的計算方法對數據的處理方式和模型的應用方式不同，可能會產生不同的計算結果。最小二乘法和最小二乘配置法在處理數據時，對數據的權重分配和模型參數的確定方式存在差異，這可能導致計算得到的高程基準偏差結果有所不同。探討GOCE模型在亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一中的精度與可靠性，總體來說，GOCE模型在亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一中具有較高的精度和可靠性。在大部分地區(qū)，GOCE模型能夠較好地反映地球重力場的特征，為高程基準統(tǒng)一提供了重要的數據支持。在平原地區(qū)和一般山區(qū)，利用GOCE模型結合其他數據計算得到的高程基準偏差結果與實際情況較為吻合，能夠滿足工程建設、地理信息系統(tǒng)構建等領域對高程基準精度的要求。在復雜山區(qū)和沿海地區(qū)，雖然GOCE模型的精度會受到一定影響，但通過合理的數據處理和模型優(yōu)化，仍然能夠獲得具有一定參考價值的結果。通過增加地面重力測量數據的覆蓋范圍和精度，對GOCE模型進行局部優(yōu)化和精化，能夠提高其在復雜地形區(qū)域的精度和可靠性。GOCE模型在亞太區(qū)域高程基準統(tǒng)一中具有重要的應用價值，但在實際應用中，需要充分考慮數據誤差、模型局限性等因素，采取相應的措施進行優(yōu)化和改進，以提高高程基準統(tǒng)一的精度和可靠性。五、案例分析5.1中國高程基準統(tǒng)一案例5.1.1中國高程基準介紹中國1985國家高程基準的建立是一項具有重大意義的基礎性工作，它為我國的測繪、工程建設、地理信息等領域提供了統(tǒng)一且可靠的高程參考。其建立過程經歷了長期的觀測、分析與研究。在20世紀70年代，為滿足國家經濟建設和國防建設對高精度高程基準的需求，我國組織開展了大規(guī)模的水準測量和驗潮觀測工作。通過在沿海地區(qū)設立多個驗潮站，進行長期的海面高度觀測，獲取了豐富的驗潮數據。其中，青島驗潮站的觀測資料尤為重要，該站從1952年開始進行驗潮觀測，積累了大量的連續(xù)觀測數據。經過對青島驗潮站1952-1979年長達27年的驗潮資料進行系統(tǒng)分析和處理，采用先進的數據處理方法和技術，最終確定了黃海平均海水面作為我國的高程基準面。以該平均海水面為基準，通過精密水準測量測定了水準原點的高程，建立了1985國家高程基準，其水準原點位于青島觀象山，高程為72.260米。1985國家高程基準具有顯著的特點。該基準基于長期的驗潮觀測數據，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。長期的觀測數據能夠充分反映海洋潮汐的變化規(guī)律，消除短期波動的影響，使得確定的平均海水面更加穩(wěn)定，為高程基準提供了堅實的基礎。該基準在全國范圍內實現了統(tǒng)一，為我國的各項建設和科學研究提供了統(tǒng)一的高程起算標準，避免了因高程基準不一致而導致的數據混亂和誤差積累。在全國的地形測繪、工程建設等工作中，都以1985國家高程基準為依據，保證了不同地區(qū)的高程數據具有可比性和一致性。隨著時間的推移和科學技術的發(fā)展，1985國家高程基準也暴露出一些問題。由于該基準建立時的