似大地水準面成果精度檢測的研究

王鳴霄，陶駿

(南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210005)

似大地水準面成果精度檢測的研究

王鳴霄?，陶駿

(南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210005)

針對南京市似大地水準面的使用進行不同觀測時間的GNSS高程觀測成果進行高程檢查，為后期似大地水準面成果的推廣應用提出了有益的建議與思考。

GNSS高程測量；似大地水準面；精度檢測

1 引 言

城市高精度似大地水準面精化工程，是在國家空間數據基準框架的基礎上，以現代大地測量技術為基礎，主要是利用GNSS技術、水準測量技術、重力測量技術及現有重力場的數據、理論和方法，建立區域高分辨率的似大地水準面。可以進一步完善城市基礎測繪基準體系。

大多數城市地理信息系統及其應用基于二維坐標系，雖然系統可以產生高質量的圖形顯示，但缺少管理、分析三維的功能，難以滿足數字城市的三維空間特征要求。GNSS定位技術可以直接精確地測定地面點的三維大地坐標，高精度似大地水準面精化成果可以較好地解決GNSS高程應用的問題。

本文以南京為例探討城市高精度似大地水準面精化成果的檢測方法。

2 檢測方案的確定

似大地水準面建立后的目的是為了替代低精度直接水準，為了檢驗建立的似大地水準面精度確定了兩種檢測方案:

(1)可靠性檢測

結合南京市及周邊地形、地質情況在似大地水準面數據覆蓋范圍內選擇8～10個區域進行檢測，區域基本涵蓋了丘陵、平原和水網地區。每個區域布設檢測點3個左右，聯測2～3個C級網點，即每個測區由5～6點組成的控制網。檢測點均直接利用原有城市二等水準點，GPS觀測按照建立全面網(C級網)的觀測要求進行。為保證水準成果可靠，所有檢測點均需與周邊水準點進行二等直接水準聯測。在聯測精度符合《國家一、二等水準測量規范》相關要求后方可使用該點水準成果。

(2)實用性檢測

實用性檢測主要結合常規的GPS工程控制網進行。檢測區域主要選擇在城市建設發展較快的區域。平差計算軟件采用商業隨機軟件。實用性檢測選擇一個二等GPS網和兩個四等GPS網進行。其中二等GPS網是以120 min觀測數據獲得的精化高與二等水準獲得海拔高進行比較，以檢查120 min觀測數據的精化成果的可靠性。利用似大地水準面成果計算出精化高程，并將精化高與直接水準聯測所得的高程進行比較，求出差值和差值的標準差，并對檢核結果進行綜合統計、分析。四等GPS網是以45 min～60 min觀測數據獲得的精化高與四等水準獲得海拔高進行比較，以檢查45 min～60 min觀測數據的精化成果的可靠性。利用似大地水準面成果計算出精化高程，并將精化高與直接水準聯測所得的高程進行比較，求出差值和差值的標準差，并對檢核結果進行綜合統計、分析。

3 試驗結果

(1)可靠性研究

選取一些符合要求的控制點作為檢測點，利用雙頻GNSS接收機對檢測點進行靜態觀測(觀測要求與精化似大地水準面觀測要求相同)和二等水準測量，然后將獲得的精化高與幾何高程進行比較比較結果如表1所示。

似大地水準面可靠性檢測統計表 表1

(2)基于現有GNSS控制網的應用

充分分析和利用現有GNSS工程控制網的基礎上。選擇一個二等GNSS網和兩個四等GNSS網進行。總覆蓋面積約3 000 km2。

二等GNSS網選擇2006年6月布設的南京市地鐵一號線南延線首級GNSS控制網為試驗網，全網共有控制點19個，其中全面網點2點、待定點17點。觀測精度嚴格按照二等GNSS觀測要求進行，同步觀測時間均大于120 min。共有50條基線參與平差，其中重復基線7組。在平差前對構成平差網的基線進行同步環、異步環閉合差和重復基線互差的檢核。GNSS網精度統計如表2所示。

GNSS網誤差統計表 表2

利用似大地水準面精化成果將GNSS大地高轉換為正高與直接水準成果比對結果如表3所示。

精化高成果與直接水準比較表 表3

四等GNSS網選擇2004年布設的江北四等網和江南四等網為試驗網，其中江北四等網共有控制點150點，其中包含框架網點1個，全面網點18點、四等GNSS點131點。觀測精度嚴格按照四等GNSS觀測要求進行，同步觀測時間均大于45 min。共有505條基線參與平差，其中重復基線61組。在平差前對構成平差網的基線進行同步環、異步環閉合差和重復基線互差的檢核。GNSS網精度統計如表4所示。

GNSS網誤差統計表 表4

利用似大地水準面精化成果將GNSS大地高轉換為正高與直接水準成果比對結果如表5所示。

精化成果與直接水準成果比較表 表5

江南四等網于2006年布設完成，全面網點19點、四等GNSS點45點。觀測精度嚴格按照四等GNSS觀測要求進行，同步觀測時間均大于 45 min。共有171條基線參與平差，其中重復基線20組。在平差前對構成平差網的基線進行同步環、異步環閉合差和重復基線互差的檢核。GNSS網精度統計如表6所示。

GNSS網誤差統計表 表6

利用似大地水準面精化成果將GNSS大地高轉換為正高與直接水準成果比對結果如表7所示。

精化高成果與直接水準比較表 表7

(3)RTK的應用

采用RTK設備，采樣間隔設為1 s進行連續采集，確定利用似大地水準面數據后得到滿足國家基礎地形圖、管線圖精度要求的成果的技術需求。選擇34個控制點進行1 s采樣間隔的RTK數據采集，采樣時間為3 min。

采樣的數據質量要求為:置信度設置在99.9%，固定解狀態且HRMS≤0.02，VRMS≤0.02。在不提出粗差的情況下，首先將RTK測量成果與原有控制點進行比對，當△S和△H均小于5 cm時統計X、Y和H的最大值與最小值之差，確定數據的離散度。1 s采樣間隔數據離散度統計如表8所示。

1 s間隔數據采樣成果統計表 表8

考慮到本次實驗RTK基準站與流動站之間的數據傳輸是利用GPRS模式進行的，且部分地區的GPRS信號不穩定，故對表8中S18和S15兩組數據進行剔除后統計，結果如表9所示。

剔除粗差后的統計表 表9

4 試驗結論

(1)利用長時間高精度的GNSS觀測成果配合似大地水準面成果可取代長距離或山地地區的二等水準測量；

(2)采用雙頻接收機進行常規等級GNSS工程網觀測，應用似大地水準面成果，也能取得比較理想的效果，可取代四等水準測量；

(3)值得注意的是，GNSS同步觀測時間、GNSS儀器高的量取精度和觀測環境等因素對GNSS大地高測量精度的影響，會最終決定似大地水準面成果的應用效果；

(4)鑒于四等GNSS測量本身的觀測時間和觀測精度要求，四等GNSS觀測成果替代四等水準成果還需謹慎；

(5)針對困難地區高等級水準或特殊的工程需求，似大地水準面成果的引用可采取高等級GNSS網觀測、精密的GNSS處理軟件和數據處理方法，以保證GNSS大地高成果的可靠性。

(6)由于RTK測量精度的限制，利用RTK作業模式得到的高程成果僅可作為圖根水準成果使用，原則上僅能作為1∶500等大比例尺地形圖等低精度要求的測量控制點，若結合連續運行衛星定位系統配合使用或許能取得更佳的效果；

(7)RTK實驗數據表明，RTK測量成果的平面精度和高程精度在±5 cm范圍內，誤差呈現正態分布，符合RTK技術的誤差特點。為了保證最終成果的可靠性，建議在重置整周模糊度的情況下多次測量后取平均使用。

[1]潘寶玉.論高精度GPS高程測量[J].地礦測繪，1995(1)

[2]周忠謨，易杰軍，周琪.GPS測量原理與應用[M].北京:測繪出版社，1997:70～225

[3]黃勁松.GPS測量數據處理教程[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社，1998

[4]王鳴霄.南京市高精度基礎框架的建立與研究[D].碩士論文，2009

Accuracy Detection Research of Nanjing Quasi－Geoid Results

Wang MingXiao，Tao Jun
(Nanjing Institute of Surveying，Mapping＆Geotechnical Investigation，Co.Ltd，Nanjing 210005，China)

Nanjing quasi－geoid for the use of different observation time，observation GNSS height elevation examination results，for the latter part of quasi－geoid popularization and application of the results made useful suggestions and reflection.

GNSS height elevation；quasi－geoid refinement；accuracy detection

1672－8262(2010)02－73－03

P228

A

2009—12—17

王鳴霄(1976—)，男，工程師，主要研究方向為GPS定位技術。