高程系统

在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。不同的高程系统对应着不同的基准面。基准面建立在地球的几何模型之上。

地球表面的几何模型分为四类：

第一类是地球自然表面。

第二类是地球椭球面（参考椭球面）。

第三类是相对抽象的面即大地水准面。

第四类是为了解决一些问题而提出的数学模型如似大地水准面。

地球自然表面极不规则无法用数学模型表示。地球形状类似椭球，为了方便研究我们用参考椭球来代替地球。

一，参考椭球面

参考椭球面概念：处理大地测量成果而采用的与地球大小、形状接近并进行定位的椭球体表面。参考椭球面特点：

1，是测量内业计算的基准面，与其相垂直的法线是测量内业计算的基准线。

2，选择最接近本国的地球椭球。

3，是大地高的基准面。

当我们在描述地球上某个点的高度时需要一个参考平面，而大地水准面所形成的体型——大地体是与地球最接近的体形。故采用大地水准面为参考平面。

二，大地水准面

大地水准面的概念：与平均海水面重合，向陆地和岛屿延伸形成的封闭的重力等位曲面。

大地水准面的特点：

1，重力等位面。

2，测量外业的基准面，与其相垂直的铅垂线是外业的基准线。

3，既是地球的几何面（地球形状），又是地球的物理面（地球重力场）。

4,海拔高程系统的起算面。

5,可以选择一个平均海水面代替它。

虽然大地水准面形成的大地体能比较好的描述地球，但是由于不能严密的测定地球复杂表面某处的重力平均值gm（gm 和某点的正高有函数关系），我们用该点的正常重力值rm （rm 可以通过公式严密计算出） 替换平均值gm ，这样重力值的改变相当于高程起算面发生变化，不是大地水准面，而是似大地水准面。

三，似大地水准面

似大地水准面的概念：似大地水准面是指从地面点沿正常重力线按正常高相反方向量取到正常高端点所构成的曲面。

似大地水准面的特点：

1，  避免大地水准面无法精确测定而引进的辅助面。

2，在海洋上和大地水准面重合，在陆地上有差别。

3，既不是重力等位面也不是数学面，是正常高的起算面参考椭球面。

大地水准面和似大地水准面是不同类型高程的基准面。

四，大地高，正高，正常高

大地高是指从一地面点沿过此点的地球椭球面的法线到地球椭球面的距离，是大地地理坐标（B，L，H）的高程分量H。大地高一般用符号H表示。

正高是指从一地面点沿过此点的重力线到大地水准面的距离。正高用符号Hg表示。

正常高是指从地面点沿过此点的正常重力线到似大地水准面的距离。正常高用Hγ表示。

大地水准面到参考椭球面的距离，称为大地水准面差距，记为hg。

似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为ζ。

H=Hg+hg

H=Hγ+ζ

精确求定大地水准面差距hg，则是对大地水准面的精化，精确求定高程异常ζ，则是对似大地水准面的精化。我国采用的是正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。因此，我国主要是对似大地水准面的精化，也就是按一定的分辨率精确求定高程异常ζ值。

五，似大地水准面的精化

区域似大地水准面精化的意义:建立高精度和高分辨率的似大地水准面模型，结合GPS定位技术使平面控制网和高程控制网相分离的传统大地测量模式成为历史。

区域似大地水准面精化方法:

1，几何法：如天文水准、卫星测高及GPS水准等。

2，重力法：重力学法。

3，组合法：几何与重力联合法。

以采用GPS水准纠正重力似大地水准面的方法应用最为广泛。

似大地水准面精化计算流程：