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一、臺灣一等水準測量介紹

臺灣一等水準測量

國家精密高程控制系統之建立,有助於地層下陷之監測、地下水位之監控、河川整治、隧道開挖、捷運系統、高速公路、高速鐵路、防洪系統、橋樑、水庫興建維護等經建工程之建設。 國家高程控制系統之建立,一般以精密水準測量方式實施,其結果為正高。為達此目的,內政部邀請專家學者訂定「一等水準測量作業規範」,作為水準測量作業之依循標準;並陸續建立臺灣新的高程基準及水準原點,作為後續一等水準測量之起算依據。 高程基準之建立須靠地質穩定之潮位站長期記錄之潮位資料,一般需超過18.6年以上之紀錄,所求得的平均海水面是一個合理定義且具未來可重建之基準。有關最新「一等水準測量作業規範」,內政部業於103年7月9日台內地字第1030207860號函頒。

【一】臺灣高程系統及高程基準之訂定

臺灣水準點之高程採用正高系統;同時高程基準係定義在1990年1月1日標準大氣環境下,採用基隆潮位站1957年至1991年之潮汐資料化算而得,命名為2001臺灣高程基準(TaiWan Vertical Datumn 2001 ,簡稱TWVD2001)。

【二】臺灣水準原點之建立

  1. 1.內政部於九十年新設臺灣水準原點,為高程控制點系統之基準,並據以辦理一等水準測量工作,為所有水準點之起源;採雙水準原點設計,一為主點(點號:K999),屬地下點位,一為副點(點號:K998),屬地面點位,均位於基隆市海門公園內;水準原點之高程系統採用正高系統,以基隆平均海水面為參考依據,並據以訂定2001臺灣高程基準(TWVD2001)。
  2. 2.內政部為配合基隆港東岸聯外道路工程興建,於103年將臺灣水準原點遷移至國立海洋科技博物館對面的公園綠地,仍採雙水準原點設計,一為主點(點號:K997),屬地下點位,一為副點(點號:K996),屬地面點位。新址坐落於交通便利、視野開闊、岩盤穩固之處,將可作為測量各地海拔高度的基準,並永久保存。

有關臺灣水準原點歷史沿革,請參考臺灣水準原點技術報告。 

  • 舊水準原點舊水準原點
  • 新水準原點新水準原點

【三】一等水準網之水準測量

臺灣一等水準網共有 2065 個新設一等水準點(埋設方式如圖一),加上連測之重力觀測點與基隆水準原點,共有 2075 個點位,並以距離給權方式,進行一等水準網最小約制網平差(固定點K999),另連測之舊有水準點 319 點,則強制附合於新點上。

等水準網

【四】一等水準點測設與檢測工作辦理情形

(一) 93 年度「離島一等水準點埋設及水準、衛星定位、重力測量工作」

本工作主要建立澎湖(本島、七美、望安)、金門(大金門、小金門)、馬祖(南竿、北竿)、蘭嶼、綠島、小琉球等 10 個離島之高程控制測量,使其基本控制測量系統更臻完善,做為離島地區建設之基礎,合計完成點數為 143 點,且於水準點上辦理重力測量、 GPS 衛星定位測量作業,整合平面及高程控制系統,提供現代化三度空間控制資訊,便利各界應用。

離島一等水準測量作業情形 離島一等水準測量作業情形

(二) 94 年度「一等水準網檢測工作」

辦理臺灣西南地區一等水準點 700 點,依縣市區分,點位主要分布於臺中縣市、南投縣、彰化縣、雲林縣、嘉義縣市、臺南縣市、高雄縣市、屏東縣;以交通路線區分,點位主要分布於台 1 線、台 3 線、台 9 線、台 12 線、台 14 線、台 17 線、台 18 線、台 19 線、台 20 線、台 21 線、台 27 線、 142 縣道、 148 縣道、 158 縣道、 168 縣道、 174 縣道、 184 縣道;以點位區分,北至 X101 (甲南節點),南至 X010 (楓港節點)及 X304 (壽卡節點)。本次檢測之水準路線如圖所示。

94年度一等水準網檢測路線圖 94年度一等水準網檢測路線圖

(三) 95 至 97 年度「一等水準點檢測工作」、「一等水準點上衛星定位測量檢測工作」及「一等水準點上重力測量檢測工作」

辦理臺灣本島一等一級 1,010 個與一等二級 1,055 個一等水準點之檢測工作,並配合辦理水準點位上衛星定位及重力測量檢測工作,使一等水準點具備平面坐標及高程值。

(四) 正高監測網聯測

本工作係將經濟部水利署地層下陷區監測水準網(包含部分一等水準點)與穩定的一等水準點進行聯測,並以穩定的水準點為高程約制進行聯合平差,解算水準網中各一等水準點高程,與公告高程值比較得高程變化,達到檢測一等水準點之目的。
101年度共辦理宜蘭、臺北、苗栗、臺中、彰化、雲林、嘉義及屏東8個監測區之聯測作業,共完成16條測線計48測段水準測量工作,及431個一等水準點(含內政部舊水準點4點)高程檢測,檢測成果顯示高程變動大者均為下陷,與98年公告高程值較差超過-200mm計有11點,較差介於-200~-100mm計有31點,累計較差超過-100mm者達42點,而較差超過-50mm累計達87點,比例超過2成,集中在彰化、雲林、嘉義及屏東地區;宜蘭、臺北、苗栗及臺中地區之點位則相對較穩定。相關成果請參閱本中心101年度正高監測網聯測工作報告書。
101年度正高監測網聯測工作報告書

(五) 102至104年度「一等水準點檢測工作」

辦理臺灣本島2338點水準點及高程基準網檢測工作,並整合經濟部中央地質調查所與經濟部水利署提供之377點水準觀測資料一併聯合平差計算,總計檢核更新2,715點水準點正高成果。

(六) 一等水準點補建及檢測

依據「內政部一等水準測量作業規範」一等水準點補建相關規定,105年辦理1069A、1203A、3081A、7019A、7025A、7080A、9102A、9213A、H056A、I053A及I059A等11點一等水準點補建及檢測工作,其中已知點檢測結果僅1069A、1203A、9102A、9213A及I053A等5點符合規定,其成果業經內政部106年7月6日台內地字第1061304770號公告,並刊登於行政院公報第023卷第128期(20170711),相關成果請參閱成果說明。

105年臺灣一等水準網補建點位測量成果說明

(六) 106年及107年離島一等水準點水準及衛星定位測量工作

本中心93年於各離島埋設一等水準點並辦理水準、衛星定位及重力測量工作,總計於澎湖(本島、七美、望安)、金門(大金門、小金門)、馬祖(南竿、北竿)、綠島、蘭嶼及小琉球等10個離島測設166點一等水準點,並於95年函報內政部在案。考量93年至今已逾10年,為維護離島高程系統,本中心於105年9月20日邀請專家學者討論確定各離島高程基準,並自106年起補建各離島遺失毀損點位並辦理水準及衛星定位測量工作,於107年辦竣。

(七) 109至111年度「一等水準點檢測工作」

本中心規劃於109至111年度辦理臺灣本島1,970點一等水準點正高檢測作業,109年度計完成嘉義至花蓮地區1,117點檢測及補建24點遺失毀損之點位,預計於111年度完成檢測作業後,辦理檢測成果整體計算及第4次成果公告事宜。

(八) 一等水準測量記事

【五】一等水準點測量成果公告(引用自內政部地政司衛星測量中心網頁)

(一) 91年5月8日公告一等一級水準測量成果

臺灣一等一級水準網共有1,010個新設一等水準點,加上連測之重力觀測點與基隆水準原點,共有1,020個點位,另連測之舊有水準點319點,相關成果請參閱成果說明。 91年5月8日公告一等一級水準測量成果說明

(二) 92年11月11日公告一等二級水準測量成果

臺灣一等二級水準網共有1,055個新設一等水準點,加上連測4個重力觀測點、1個基隆水準原點、39個一等一級水準點以及38個舊有水準點,共有1,137個點位,相關成果請參閱成果說明。 92年11月11日公告一等二級水準測量成果說明

(三) 98年3月10日公告一等水準點檢測成果

臺灣一等水準網共有2,065個一等水準點,加上新設一等水準點、連測之潮位站水準點、重力觀測點與基隆水準原點、副點,共有2,084個點位,另連測之內政部舊有水準點90點、中央研究院水準點119點、經濟部中央地質調查所水準點146點,合計2,439點,相關成果請參閱成果說明。 98年3月10日公告一等水準點檢測成果說明

(四) 105年4月12日公告臺灣一等水準網水準測量成果

臺灣一等水準網共有1,926個一等水準點,加上基隆水準原點及副點3點,及內政部舊有水準點62點、潮位站水準點3點、高程基準點2點、中央研究院水準點83點、經濟部中央地質調查所水準點382點,合計2,461點,相關成果請參閱成果說明。 105年4月12日公告一等水準點檢測成果說明

(五) 108年1月17日公告離島一等水準點水準及衛星定位測量成果

1.水準測量成果:本次公告澎湖本島、大金門、南竿、綠島、蘭嶼及小琉球等6個有潮位站之離島一等水準點水準測量成果,包含131點內政部一等水準點,6點潮位站水準點,1點二等衛星控制點及1點交通部運輸研究所水文水準點,合計139點;另七美、望安、小金門及北竿等4個無潮位站之離島計28個點位,俟內政部擴大更新大地起伏模型適用範圍後,再行提供正高供各界參考使用。相關成果請參閱水準測量成果說明。

107年離島一等水準點水準測量成果說明

2.衛星定位測量成果:

(1)TWD97坐標:本次更新3點一等衛星控制點,2點二等衛星控制點,9點三等衛星控制點,1點精密導線點,計15點坐標;並公告1點衛星追蹤站,9點一等衛星控制點(連續站),6點潮位站水準點及157點一等水準點坐標,共計188點,相關成果請參閱衛星定位測量成果說明。

(2)TWD97[2010]坐標:本次公告1點一等衛星控制點(連續站),7點一等衛星控制點,18點二等衛星控制點,103點三等衛星控制點,7點精密導線點,6點潮位站水準點及157點一等水準點,計299點坐標,相關成果請參閱衛星定位測量成果說明。

107年離島一等水準點衛星定位測量成果說明

【六】潮位站管理維護

在沿海岸選定適當地點,設置「自動記錄潮位儀」或「水尺」來記錄水位的變化,進而瞭解潮汐變化規律的觀測站。一般可分為長期潮位站、短期潮位站、臨時潮位站和定點潮位站。目前於臺灣地區使用之潮位儀,主要有浮桶式、壓力式、音波式一代與音波式二代等類型(如圖二)。而潮汐之形成主要是由於月球、太陽等天體對地球各處引力不同所引起之週期性海水面升降現象。
潮位站主要功能在於記錄海水面潮位,提供潮汐資料服務各界應用,並提供國家高程基準之建立、建立深度基準面、提供潮汐預報數據、海岸工程建設及地球科學等應用。

【七】潮位站高程基準檢測

為建立潮位資料與高程系統之連續性及完整性,內政部自92年起每年辦理高程基準檢測工作,除臺灣水準原點高程基準網檢測工作外,亦包含臺灣地區各地的潮位站高程基準檢測工作。

離島一等水準測量作業情形* 離島一等水準測量作業情形

臺灣地區使用之潮位儀

本項工作主要為辦理潮位站水準點與一等水準點間之高程檢測工作,係一長期且持續性之工作。92年度由內政部委託廠商辦理,93年度則交由本中心委託廠商辦理,自94年度起本項檢測工作,則由本中心運用現有設備,調派人力自行辦理。目前計辦理臺灣本島28個潮位站及離島6個潮位站之高程基準檢測工作。102及103年度因經費因素,僅檢測歷年檢測次數較少及高程差變化有明顯趨勢之潮位站,各潮位站歷年檢測辦理情形如下表,檢測成果及穩定性分析請參閱本中心高程基準檢測工作報告書。

各潮位站歷年檢測辦理情形統計表

各潮位站水準點調查表

101年高程基準檢測工作報告書

102年高程基準檢測工作報告書

103年高程基準檢測工作報告書

104年高程基準檢測工作報告書

105年高程基準檢測工作報告書

106年高程基準檢測工作報告書

107年高程基準檢測工作報告書

108年高程基準檢測工作報告書

二、臺灣二等水準測量介紹

【一】作業規範

內政部依據基本測量實施規則第4條第1項規定,以104年3月5日台內地字第1041301728號函訂定「二等水準測量作業規範」供各界參考應用,其使用對象包括內政部、本中心、其他機關依國土測繪法第8條第1項,經中央主管機關同意實施基本控制測量之機關、施行非基本控制測量但需高精度水準測量之機關等。依據「二等水準測量作業規範」施測之水準點,稱為二等水準點。辦理二等水準測量時,應閉合或附合於水準原點或一等水準點。

二等水準測量作業規範

【二】二等水準測量工作辦理情形-地層下陷區水準網計算成果

內政部105年4月12日台內地字第1051302710號公告之「104年臺灣一等水準網水準測量成果說明」中,考量臺灣西部沿海地區受到地殼變動或人為因素造成沉陷情形嚴重,若採5年更新一次該區域一等水準點高程成果,期間內各點位實際沉陷量將遠超過檢測精度,公告成果受到持續沉陷影響,無法符合測繪業務所需之精度要求。經審慎評估後將彰化、雲林及嘉義等縣沿海地區劃分為地層下陷區水準網,區域內檢測點位不納入成果公告,該等點位測量成果得洽本中心提供參考使用。
為更新地層下陷區一等水準點正高,並節省政府人力與經費,本中心依據「二等水準測量作業規範」有關整合其他機關水準測量成果之規定,利用水利署提供之水準測量觀測資料,搭配本中心水準測量觀測資料,進行環線閉合差檢核確認資料符合「二等水準測量作業規範」檢核標準後,重新計算地層下陷區水準網成果供各界參考應用。
有關歷年地層下陷區水準網計算方式及成果,請參閱下列成果說明。

104年度地層下陷區水準網計算成果說明

105年度地層下陷區水準網計算成果說明

106年度地層下陷區水準網計算成果說明

107年度地層下陷區水準網計算成果說明

108年度地層下陷區水準網計算成果說明

109年度地層下陷區水準網計算成果說明

地層下陷區水準網歷年計算成果及較差表

三、衛星追蹤站正高測設作業

【一】作業說明

衛星追蹤站係藉由衛星定位接收儀長期接收衛星訊號,以空間後方交會定位方法解算,求得衛星追蹤站坐標資訊,其高程為橢球高(幾何高),與一般工程測量使用之正高系統不同。為連結衛星追蹤站橢球高與正高系統,提供衛星追蹤站參考正高,本中心於98年至102年自行辦理衛星追蹤站正高測設作業,並視各年度經費與人力,分年度規劃辦理。作業項目包括水準測量、重力測量及衛星定位測量,辦理點位為內政部衛星追蹤站及本中心e-GPS基準站。

為獲得更多衛星追蹤站參考正高資訊,研究精進臺灣本島大地起伏模型,106年委託廠商辦理甲仙、關山等17個國內相關單位建置之衛星追蹤站正高測設作業。

 

【二】作業方法

(一) 水準測量

  1. 自一等水準點附合至另一一等水準點為原則,辦理衛星追蹤站(含高程參考點)及其副點之精密水準測量作業,如受地形限制無法附合至一等水準點,則僅選擇距衛星追蹤站 最近之一等水準點作為正高引測依據。
  2. 水準測量作業方式以精密水準測量為原則,並依內政部「一等水準測量作業規範」相關規定辦理,如受高差較大或環境限制,無法辦理精密水準測量,則改以普通水準測量施測。另部分水準路線較長之測段,約每2公里設一臨時轉點,以方便施測與偵錯。
  3. 資料處理與計算依內政部「一等水準測量作業規範」及「基本測量實施規則」相關規定辦理,一等水準點正高以內政部98年公告成果為參考依據。

(二) 重力測量

1.辦理水準測量之點位均使用相對重力儀Graviton-EG辦理相對重力測量,並組成環線平差後,提供正高改正所需重力資料。
2.各衛星追蹤站均辦理重力梯度測量,惟現有重力梯度架組合後僅1公尺高,故化算至各衛星追蹤站天線處之重力係採外插推估。
3.資料處理與計算依「基本測量實施規則」相關規定辦理,一等水準點重力以內政部交本中心辦理之「95年度一等水準點上水準及重力測量檢測工作」成果為參考依據。

(三) 衛星定位測量

因本作業設置之高程參考點均位於衛星追蹤站旁,距離極短,且各衛星追蹤站及一等水準點均具公告坐標(TWD97或TWD97【2010】),故本作業僅針對高程參考點辦理6小時靜態衛星定位測量,並以Topcon Tools軟體計算衛星追蹤站及高程參考點間之基線,再約制於衛星追蹤站已知坐標,求得高程參考點參考坐標。

【三】作業成果

(一)衛星追蹤站正高測設作業辦理成果表
(二)98年度埔里衛星追蹤站正高測設試辦作業成果報告
(三)99年度衛星追蹤站正高測設作業成果
(四)100年度衛星追蹤站正高測設作業成果
(五)101年度衛星追蹤站正高測設作業成果
(六)102年度衛星追蹤站正高測設作業成果
(七)106年度衛星追蹤站正高測設作業成果
(八)107年度衛星追蹤站正高測設作業成果
(九)108年度衛星追蹤站正高測設作業成果