首先，本文不是讨论GNSS高程测量精度低的问题。
板块运动是有规律的，可以建立一个水平速度场。但是高程的变化具有复杂性、局部性，目前还没有一个合适的高程速度模型。因此，如何判断高程的历元，就显得尤为重要了。（注：历元就是时刻）
（1）高程基准坐标系与高程系统是两个独立的体系。当前，CGCS2000仍采用1985国家高程基准。
高程基准是基于似大地水准面的垂直基准。
①高程基准由高程基准面（似大地水准面）定义。
②高程基准由精密水准网的水准点高程实现。
HHS54——“1954黄海平均海水面”。
HHS56——“1956黄海高程系统”。
NHD85——1988年后，又采用青岛大港验潮站在1952~1979年的验潮资料计算的平均海水面，即“1985国家高程基准”。
相比以前的高程基准，“1985国家高程基准”使用了更长时间的验潮资料，能够有效消除海面波动的长周期项。实际上，近年的研究表明，当前的平均海水面与85高程基准面之差已经超过4cm。但是对基于85高程基准的高程成果没有任何影响。
（2）高程控制网1951~1975年——第一期水准网；
1976~1984年——第一期水准网复测；
1981~1990年——第二期水准网；
1991~1999年——第二期一等水准网复测；
2012~2015年——国家一等水准网。
据资料：“第二期水准网”全网总长度85452km，包含16485个水准点。其图形结构较差，基岩点较少。从1999年完成复测，至今已有20年。受地壳运动、地下矿产和地下水开采等因素影响，许多地区出现了不同程度的地面沉降或隆起，导致了低等水准测量不易符合的问题。
2012~2015年，国家测绘地理信息主管部门组织实施了国家现代测绘基准体系基础设施建设一期工程。根据交通路线的变化，对原一、二等水准路线进行重新组合、改造，建设了覆盖全国约12.6万公里的“国家一等水准网”，包含水准点26694个。2017年5月，正式启用“国家一等水准网”成果（85基准）。
“国家一等水准网”（以下简称“15水准网”）是我国的现代高程控制网，全面更新了1985国家高程基准。与“第二期一等水准网复测”（以下简称“99水准网”）的7400多个水准重合点高程差异的均值约为0.47m，最大约1m，各地差异不同。其中，约有84.7%的重合点高程值变大（隆起），其他重合点高程值变小（沉降）。
85基准的两次实现，可以通过与坐标系的类比来理解。85高程基准的两个版本的水准控制网，类似于同一个坐标系的不同版本的参考框架。虽然高程基准相同，但是水准路线不同，水准点高程的历元也不同。
由于99水准网控制点近20年的变化平均已有近半米，而且各地不同。在小区域内，认为地面沉降或隆起一致，水准控制点之间能保持自洽。大区域、长距离的水准测量则不易闭合，建议采用15水准网控制点。
无论地面点隆起或沉降，椭球和似大地水准面并不会随之变化。也就是说，在确定的坐标系和高程基准下，高程异常不随地面点隆起或沉降而变化，而正常高和大地高则随地面点隆起或沉降而同时、等量变化。
忽略CGCS2000与WGS-84椭球的微小差异，15水准网与99水准网的高程异常是相同的。因此，布设卫星定位水准网时，GNSS与水准应该大致在同一时期观测。由于历元归算不能反映大地高变化，因此不能通过历元归算的方法使GNSS与水准测量的历元一致。
（3）高程的历元近20年来，全国范围的高程变化平均接近半米，高程的时变性已不可忽略。在高程系统中引入历元概念，有助于对具体问题的理解和辨析。
高程与水平坐标随时间变化的区别，在于高程变化的区域性、不规则性、复杂性，测量精度低。因此，无法建立一个全国性的高程速度场模型。而且在板块运动速度场模型中，高程分量速度被强制设为零。
除非有局部的高程监测，高程通常不能在不同历元间归算。
一般来说，平原地区、矿区、城市以沉降为主，山区比较稳定，青藏高原整体隆起，地质灾害则会使高程产生非线性变化。因此，有必要建立一个全国的高程速度场模型。
在工程应用中，高程的历元不需要很精确，只要能判断出大致年份即可。
在坐标系和高程基准确定的情况下，高程异常不变化，不涉及历元概念。
如何判断正常高的历元？
测量点的高程等于控制点高程加上测量的高差。水准或三角高程测量得到的正常高的历元，由水准控制点正常高的参考历元，和测量高差的观测历元共同决定。
①控制点正常高的参考历元是水准网布设时的历元。
②水准测量高差的历元就是观测历元。
③严格的说，水准控制点高程与测量高差的历元必须一致，才能将它们相加。
④一般情况下，水准控制点高程与测量高差的历元不一致，将它们相加没有意义。
⑤但是，可以通过一些合理的近似，使水准控制点高程与测量高差的历元一致。
⑥控制点的高程无法从参考历元归算到观测历元，但参考历元的高差可以用观测历元的高差近似代替。
近似处理的方法如下：
①假设局部范围内各点高程随时间变化一致，则两点间的高差在观测历元与参考历元近似相等。
可以认为，局部范围内水准测量的正常高的历元，与水准控制点的参考历元一致。
②如果观测历元与参考历元很接近，忽略高程的短期变化，则两点间的高差在观测历元与参考历元近似相等。
例如，用最新布设的15水准网点做控制，测出的正常高的历元，可近似地认为与15水准网一致。
③如果测区较大，或观测历元与参考历元相隔很远，就会导致测区内各点高程变化不一致。那么，不能认为观测历元与参考历元的测量高差相等，也不能使控制点高程与高差的历元一致。这样的水准测量不易符合。
例如，用99水准网做控制点，或大范围的水准测量则不易符合。
注意：用卫星定位水准法、重力位模型法和CQG2000模型法，直接算出的是高程异常。再用大地高转换得到正常高。正常高的历元与大地高的历元相同。
如何判断大地高的历元？
大地高历元的判断，与正常高历元判断的原理相同，但是又有一些特殊性。
北京54和西安80坐标系的大地高是由正常高加高程异常得到的，历元与正常高的历元相同。
CGCS2000坐标系的大地高则是用GNSS直接测出的。
由于板块运动速度场模型中，高程分量的速度被强制设为零。因此，坐标的历元归算基本不影响大地高。这就会导致CGCS2000大地高的多值性，或者说CGCS2000大地高历元的不确定性。
例如：某点在2010.0历元的大地高为400.3m，由于地面沉降，在2019.0历元的大地高为400.0m。将这两个历元的坐标都归算至2000.0历元，那么，该点在2000.0历元的大地高就有400.0m和400.3m两个值。
再例如：某点的CGCS2000坐标的大地高为300.0m。将这个坐标归算至任意历元，该点的大地高都是300.0m。
显然，CGCS2000坐标系不能反映大地高的变化，更适用于需要具备全国统一性、稳定性的，基于平面坐标的测图应用。对于航空航天、地震监测等高精度的应用，应该在最新的ITRF框架下求解。
大地高的历元与测量方式有关。
①CGCS2000框架点的大地高的历元是2000.0，由其转换得到的正常高历元也是2000.0，与99水准网成果基本一致。
②通过历元归算得到的CGCS2000坐标，其大地高的历元不确定。由其转换得到的正常高历元也不确定。
③假设局部范围内各点高程变化一致。在局部范围内，用GNSS相对测量方法得到的测量点大地高，可认为与控制点大地高的参考历元一致。
④忽略高程的短期变化，用ITRF框架点最新的ITRS坐标约束平差，得到的测量点大地高的历元，可认为与ITRF框架点坐标的参考历元一致。由其转换得到的正常高，与15水准网成果更接近。
⑤如果测区较大，或观测历元与参考历元相隔很远，就会导致测区内各点高程变化不一致。则无法判断用GNSS相对测量方法得到的测量点大地高的历元。由其转换得到的正常高历元也不确定。
⑥用星历约束单点定位解算的大地高历元是观测历元。
注意：
①CGCS2000框架点的CGCS2000大地高，与通过历元归算得到的CGCS2000大地高有一定区别。
②CGCS2000框架点的CGCS2000大地高，与通过CGCS2000框架点引出的，短距离或短历元间隔的CGCS2000大地高基本一致。
③厘米级的似大地水准面（城市级）、厘米级的GNSS测量，再加上较准确地大地高历元判断，才能合理地解释通过GNSS测量获得的正常高与水准点正常高的差异。
④现势性的高程测量，以及大范围的高程测量，都不适合用早期的水准点做控制，而应该用近期的水准点做控制。或者用GNSS测量观测历元的大地高，并借助与历元无关的高程异常，转换为观测历元的正常高。
⑤局部范围内的测图和施工，认为局部范围内地表升降一致，则可以用早期的水准点做控制。
（4）高程基准转换注意1： 考虑到56基准与85基准水准路线不同、观测的时间不同，以及误差积累（新疆可达6cm），在精密水准测量时，需联测当地不同高程基准水准点，获得当地的基准改正数，而不能直接使用基准间约3cm的差异来改正。也可从测绘地理信息主管部门获取当地基准改正数。同一点的56基准与85基准高程差异一般不超过0.2m。
注意2：“15水准网”与“99水准网”是“1985国家高程基准”的两次不同实现，在使用时要注意加以区分。也就是说，一个85基准的正常高还应该注明水准控制网的版本。一般情况下，没有注明水准网版本的85基准正常高是基于“99水准网”的。同一个点在两个水准网之间的85基准正常高不同，也需要转换。需联测当地的两个水准网，获得当地的改正数。
作者：刘光明（微信号xianlgm）
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