更新时间:2024-02-19 16:44
正高是以大地水准面为基准的高程,即地面点到大地水准面的铅垂距离。又称为绝对高程或者海拔,简称高程。
大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。它是重力等位面,即物体沿该面运动时,重力不做功(如水在这个面上是不会流动的)。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面,也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距(对于似大地水准面而言,则称为高程异常)来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在,在国民经济建设中起着重要的作用。
早在700多年前,我国元代科学家郭守敬,在兴修水利工程中已经认识到进行高程测量需从海平面起算并开始实施,从而形成了海拔的概念。此后人们注意到潮汐变化对海面高低的影响,在西方一些国家先后建立了验潮站,根据多年的观测来确定当地的平均海面,世界上最早的验潮站也有200多年的历史,我国的吴淞验潮站也记录有100多年的资料,但由于吴淞处在长江与吴淞江汇合的冲积层上,地壳稳定性较差,虽然仍在记录,但作为高程的基准点,从1950年起已被设在基岩上的青岛验潮站所代替。
在谈及高程基点和基准的时候,人们不会忘记英国科学家乔治·斯托克斯的贡献,他是物理大地测量的开拓者和奠基人,1849年他在“地球表面重力变化”一文中,提出了用引力位理论和重力测量的方法来推求大地水准面的形状,实际上这是对大地重力学基本微分方程即第三边值问题(其边界条件为大地水准面的混合重力异常)的求解,这时大地水准面的形状(S)可用下式表示: ,式中g为大地水准面的重力,M为地球质量, 为其自转角速率,具体的方法是根据它上面的重力异常与斯氏函数的褶积,如此可求得大地水准面高,由它组成的面就是大地水准面,这样就把大地测量中的几何问题和物理问题有机地联系起来。由于大地水准面是地球重力场中一个特殊的等位面并与平均海面十分接近,因此用它作为高程基准面很有意义,各国仍在研究用它来统一世界各地的高程基准。
由于重力学理论还知道,单纯的几何高程(差)测量还不能完全确定地面点的高程,只有同时进行几何的水准测量和重力测量才能真实完整地确定出真正的高程,若仅作了前者的测量,其结果就会因施行的路线的不同而异。因此在地球的重力场中的高程测量实质是进行重力位(差)的测量,并用 表示,其中C为位基数,积分下限为0,即在大地水准面上其高程为0。
经过德国大地测量学家赫尔默特的研究,便将从大地水准面沿垂线到地面点的海拔高程定义为正高,且公式为:
其中g为0到H之间的重力平均值,如此把过去的海拔高以公式的形式严格固定下来,由于以往g值难以确定,因而在过去一段时间用一些近似公式表示正高或对它做相应的改正,乃至近年来还有作者认为它是无法精确获得的。
地面点沿铅垂线到似大地水准面的距离称为正常高,以似大地水准面定义的高程系统成为正常高系统。
求取正高的公式为:
式中, 为正常高, 为正常重力, 为布格异常,从上式可以看出,两者之差和布格异常及高程(H)有关。