测绘百科▏高程基准与高程异常
文/《中国海军百科全书（第二版）》编委会
海道测量 (hydrographicsurvey)对海洋和江河、湖泊水下地貌及其附近陆地地形所进行的测量与调查的理论与技术。海洋测量的重要组成部分。按照测量区域分为港湾测量、沿岸测量、近海测量和远海测量，以及内陆水域的江河、湖泊测量。获取的数据主要用卫星测高示意图于编制航海图、发布航海参考资料，提供水域基础地理信息。主要目的是保证船舶安全与高效率航行，为港口维护、海岸工程、海岸带管理、近岸资源开发、海洋环境保护和海洋研究工作的开展提供保障，满足海上军事活动的地理信息需求。
海道测量的内容包括：①控制测量。在高等大地测量控制点的基础上，加密平面和高程控制点。为水深测量、扫海测量、海岸带地形测量和助航标志测定等提供平面控制和高程控制基础。对远离大陆的岛屿地区，以天文测量和卫星定位来确定平面控制点，并采用当地的平均海面作为高程起算面。利用声学应答器在海底建立控制点(网)，也可为海道测量提供控制基础。②水深测量。海道测量的一项主要工作，包括定位和深度测量，航行障碍物的位置、深度和性质的测定。③扫海测量。对一定的海区进行面的探测，查明航行障碍物的位置、深度与性质。④海底底质探测。测定水底地质结构和表层沉积物特征。一般用机械采泥器、水铊获取底质样品，或结合回声测深仪、侧扫声呐的回波记录，分析海底不同底质的分布情况。⑤海岸带地形测量。测定海岸地带地貌和地物。包括确定海岸线位置和海岸性质，测量显著航行目标、港口建筑、沿海陆地和干出滩的地形。⑥海洋水文观测。海域水文要素的测验。主要包括水位观测和验流。水位观测为海道测量提供平均海面、深度基准面和水位改正数据。验流是在验流点测定海水的流向、流速及其变化的情况。⑦助航标志测定。指测定岸上和水上各种助航标志位置的工作。目的是获取专业的航标如导航台、灯塔、灯桩、立标、浮标、罗经校正标和测速标，显著的人工与天然目标如电塔、大厦、岛礁、山峰等的精确位置和高度数据，以及形状与颜色特征。⑧海区资料调查。对测区区域内自然与人文地理信息的搜集和分析。包括地形、气象、交通管理、港口管理、行政归属的现时或历史情况。用于辅助海图图形表示和编制航行参考资料。
卫星测高(satellitealtimetry)利用卫星上的雷达测高仪，测量卫星至其下方瞬时海面的垂直距离的技术。能以很高的时空分辨率确定出详细的海面形状及其变化。卫星测高数据在大地测量学、地球物理学和海洋学中具有重要的应用价值。是测定海洋重力场的重要手段之一。
卫星测高的原理：雷达测高仪的发射机通过抛物面天线以一定的脉冲重复频率，垂直向海面发射调制后的压缩脉冲，经海面反射后由接收机接收到返回脉冲，并测量出发射脉冲与接收脉冲的时间差。根据此时间差及返回的波形便可以计算出卫星至瞬时海面的距离H。利用地面跟踪站对卫星观测或利用星载定位设备测定卫星的地心直角坐标，可计算出卫星至参考椭球面的垂直距离h'，见下图。则卫星测高的观测方程为：
h'－H＝ht＋h＋N
式中N为大地水准面高，h为海面地形，即大地水准面与平均海面之差，ht为潮汐效应改正。N＋h为平均海水面至参考椭球面的高度。扣除潮汐效应改正ht，则得平均海水面高度。再扣除海洋大地水准面N，则可求得海面地形h。反之扣除海面地形h，则可求得大地水准面N。同时由N值又可推算出海洋地区的重力异常和垂线偏差。因此卫星测高是直接测量海水面，间接测量平均海水面、海面地形与海洋大地水准面的空间大地测量方法。
卫星测高始于20世纪70年代。自1973年“天空实验室”(Skylab)卫星携带测高仪实验成功以来，国际上相继发射了Geos–3(1975)、Seasat(1978)、Geosat(1985)、ERS-l(1991)、TOPEX/POSEIDON(T/P，l992)、ERS-2(1995)、GeosatFollow–on(GFO，1998)、Jason-1(2001)、ENVISAT-1(2002)、ICESAT(2003)、CryoSat(2005)等携带有测高仪的卫星。利用这些卫星测高数据，已推算出多个版本的海洋大地水准面、重力异常、垂线偏差和地球模型等结果，填补了海洋重力测量的空白。
■致谢：本文来自中国大百科全书出版社出版的《中国海军百科全书（第二版）军事海洋环境门类分册》，刊发在《海洋测绘》2015年第6期内。由海司编研部主编，《海洋测绘》编辑部提供，在此万分感谢《海洋测绘》编辑部对我微信公众平台的支持与厚爱！其他公众平台如若想转发本文，请备注出处。