基于NBCORS的似大地水準面精化成果檢測與分析

符華年，張旭東，史秀保

(寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315042)

1 前言

寧波市連續運行衛星定位服務系統(NBCORS)于2009年7月建成并投入生產試運行。全市似大地水準面精化項目是在NBCORS基準框架下，綜合運用了GPS、重力、水準和DTM等數據，采用了嚴密的顧及地球曲率的陸海統一算法，利用了第二類Helmert凝集法，建立了覆蓋全市近萬平方千米的、2'×2'高分辨率、±1 cm的高精度似大地水準面。似大地水準面成果是一項高科技測繪產品，它的推廣應用可充分利用GPS定位技術，改變高程測量模式，代替等級水準測量，有效減少測繪工作量，節約大量人力、物力，滿足大比例尺數字測圖的迫切需要，具有非常重要的科學意義和顯著的社會效益和經濟效益。

目前，NBCORS系統提供綜合性的定位服務，解決了GPS平面快速定位的精度。為了提高GPS高程測量精度，進一步提升NBCORS的綜合服務能力，結合2011年度寧波市似大地水準面精化成果，特別是針對似大地水準面成果的具體應用，本項目通過實施不同等級、不同區域的GPS靜態及網絡RTK精度測試，檢測似大地水準面成果的正確性和實用性，對寧波市高精度、高分辨率似大地水準面成果進行檢測分析。

2 似大地水準面成果的檢測方法

似大地水準面成果檢測是為了客觀真實地評價似大地水準面精化項目的成果質量，需要采用外部檢核，并進行精度評定。本項目的檢測工作包括了似大地水準面成果的正確性檢測和實用性檢測兩部分。

正確性檢測時，GPS觀測執行與似大地水準面精化高程異?？刂泣c觀測同精度的GPS C級觀測技術要求;水準觀測執行高程異?？刂泣c同精度的二等水準觀測技術要求，其目的主要是檢驗似大地水準面的精化精度，評定似大地水準面的模型外符合高程中誤差。

實用性檢測采用低等級GPS靜態觀測及RTK動態觀測方法。低等級GPS靜態觀測執行GPS D級網觀測技術標準，45 min同步連續靜態觀測，有效衛星高度角大于15°、采樣率 5 s;網絡RTK觀測采用Leica GX1230+GNSS雙頻RTK流動站設備，衛星截止高度角為15°，采用三角支架架設天線，RTK觀測總測回數為4個，測回間對儀器重新進行初始化，采樣率為1 s，每測回的自動觀測個數大于30個，觀測前設置的垂直收斂閾值不超過 3 cm。實用性檢測點位都具有四等水準以上的高程成果。

3 正確性檢測分析

似大地水準面成果的正確性靜態檢測是基于NBCORS基本框架網，以參考站點作為起算，在全市范圍均勻布設GPS/水準檢測點，選取慈溪、余姚、寧海、象山、奉化共5個代表性的特征區域，每個區域均布設7個～8個檢測點，其中包含已知參考站點和精化點，C1～C5位置如圖1所示。

數據處理時，通過似大地水準面軟件，自動計算每個點位的GPS高程(即模型計算高程)。根據規范，由似大地水準面模型計算的各檢測點GPS高程與其實測二等水準高程不符值計算的中誤差，可視為似大地水準面(即高程異常模型)的外符合高程精度。靜態檢測成果通過對每個檢測點的GPS高程與其水準高程比較，結果如表1所示。

圖1 正確性靜態GPS/水準檢測點位分布示意圖

正確性靜態檢測結果統計表 表1

由表1看出，應用似大地水準面成果計算的GPS高程與直接水準高程較差最大值為 0.029 m，最小值為－0.030 m，標準差為±0.016 m，由26個檢測點數據統計其中誤差為±0.015 m，亦即寧波市似大地水準面精度檢驗的外符合高程中誤差為±0.015 m，達到了較高精度水平，滿足了精化預期的目標。

4 實用性檢測分析

4.1 低等級靜態檢測分析

本項目中在寧波市的穿山半島布設了一個GPS D級靜態檢測網，用以實用性靜態檢測分析，如圖1東側D1區域的GPS控制網所示。

數據處理時，利用似大地水準面軟件，自動計算每個點測點測GPS高程。檢測結果與實測高程統計，如表2所示。

實用性GPS D級網靜態檢測結果統計表 表2

從上表中可以看出，GPS D級網測量的全部檢測點GPS高程與其水準高程比較，較差均小于CJJ/T 73－2010規范規定的 6 cm的限差，且中誤差小于±3 cm的技術指標，完全滿足代替傳統四等水準的技術要求。

4.2 網絡RTK檢測分析

考慮到似大地水準面成果今后應用的多種實際方式，本應用研究還進行了網絡RTK作業方式下的動態實用性檢測。由于全市范圍較大，實用性檢測主要基于NBCORS系統，在全市區按照 8 km×8 km的密度，均勻布設網絡RTK高程檢測點，總共布設了132個檢測點。

數據處理時，測回間的垂直坐標分量均不大于3 cm，取各測回結果的平均值作為最終觀測成果。利用LGO軟件，加載似大地水準面精化模型，導入觀測數據，直接獲取網絡RTK高程。

網絡RTK檢測成果通過對每個檢測點的RTK高程與其水準高程比較，結果統計如表3所示。

實用性網絡RTK動態檢測結果統計表 表3

經檢測統計，網絡RTK動態檢測的RTK高程與其水準高程最小較差為－0.036 m，最大較差為0.056 m，中誤差為±0.022 m。可以看出近1萬km2的寧波市似大地水準面精化成果是比較理想的，達到了預期精化的目標。

同時，動態成果檢測表明，在132個檢測點中，網絡RTK高程與其水準高程的較差(絕對值)沒有超出相關規范規定的 6 cm限差，可以滿足CH/T 2009－2010規范規定的采用網絡RTK高程代替等外水準的技術指標要求，也完全滿足CJJ/T 73－2010規范規定的采用網絡RTK高程代替圖等水準的技術指標要求，這為寧波市解決各類測繪工作的高程控制提供了技術保障，諸如外業數字測圖和攝影測量與遙感的圖根測量、像片控制測量及碎部點數據采集等等。

圖2 網絡RTK GPS/水準點檢測點位分布略圖

5 結語

本研究是對寧波市似大地水準面精化成果的應用檢測和成果鑒定。主要分為正確性靜態檢測和實用性動態檢測兩種?？偣膊荚O了26個正確性靜態點和132個動態檢測點，基本均勻覆蓋精化區域。檢測成果充分驗證了似大地水準面成果的精化精度，符合設計要求。

(1)同精度正確性靜態檢測結果表明，寧波市似大地水準面的外符合精度為±0.015 m。

(2)從實用性靜態檢測結果來看，較差絕對值的平均為 0.015 m，具有良好精度。

(3)實用性動態成果檢測表明，網絡RTK高程與其水準高程的較差(絕對值)沒有超出相關規范規定的技術指標要求，也完全滿足CJJ/T 73－2010規范規定的采用網絡RTK高程代替圖等水準的技術指標要求，這為我市解決各類測繪工作的高程控制提供了基本技術保障，為下一步基于NBCORS的網絡RTK高程精度研究打下堅實的基礎。如果嚴格觀測條件和外業操作、規范技術要求，可以在此基礎上來研究其代替等級水準的可行性，拓展其在其他測繪工作中的應用。

［1］張旭東，符華年.幾何水準和GPS高程混合布網模式及其在山區水準測量中的應用［J］.城市勘測，2011(2)

［2］曹學禮，張旭東，金頌偉等.寧波市現代測繪基準體系的構建［J］.城市勘測，2008(2)

［3］王鳴霄，陶駿.似大地水準面成果精度檢測的研究［J］.城市勘測，2010(2)

［4］李建成，姜衛平，秦政國等.無錫市厘米級似大地水準面的研究［J］.地理空間信息，2005，3(2)

［5］肖建華，王厚之，李江衛等.武漢市現代測繪基準體系建設［J］.城市勘測，2007(6)

［6］劉道明.合肥市厘米級大地水準面的確定［J］.城市勘測，2011(3)