三明市現代測繪基準體系的建立

何書鏡，杜仲進，郭坤偉

（1.福建省測繪院，福建 福州 350003）

三明市現代測繪基準體系的建立

何書鏡1，杜仲進1，郭坤偉1

（1.福建省測繪院，福建 福州 350003）

概述了三明市的地理概況和現代測繪基準框架體系建設的意義，詳細介紹了GNSS控制網、水準網、似大地水準面精化的建設實施、數據處理和精度分析的有關情況，展望了三明市現代測繪基準框架體系的應用前景。

現代測繪基準體系；三明市；GNSS控制網；水準測量；似大地水準面精化

1 三明市概況

三明市位于福建省中西北部，是一座新興的工業城市、中國優秀旅游城市、全國百強城市、福建省的重點林區，也是國務院批準建立的全國集體林區改革試驗區，國家林業局確定的全國集體林區林業產權制度改革唯一試點和海峽兩岸現代林業合作實驗區。轄2區1市9縣，土地總面積23 000 km2，山地占總面積82%，耕地占8.3%，水域及其他占9.7%，有“八山一水一分田”之稱。

隨著社會的發展和科學技術的進步，用于建立和維持大地測量基準的技術手段、工具和理論方法發生了巨大的變化[1]。為滿足新技術條件下國民經濟建設、國防建設及地球科學研究對三維動態大地測量基準框架的需求，建立高精度、三維、動態、多功能的國家空間坐標基準框架、國家高程基準框架、國家重力基準框架，以及由GNSS、水準、重力等綜合技術確定的高精度、高分辨率似大地水準面模型構成的地理空間信息基準框架的需要[2-4]，三明市提出建設三明市現代測繪基準框架體系基礎設施的目標。

2 建設實施

為了滿足三明市經濟發展、城市建設和人民文化生活對基礎地理信息的需求，《三明市“十二五”基礎測繪規劃》的一項重要目標是進一步豐富基礎地理信息資源，完善現代化測繪基準體系，提高基礎地理信息現勢性。三明市現代測繪基準體系建設在國家和省空間坐標基準框架的基礎上，利用大地測量高新技術手段，在三明市現有平面成果資料和水準、重力資料等測繪成果的基礎上，布設覆蓋全市域集平面、高程、重力場信息于一體的綜合性基礎控制網，形成由大地基準、高程基準和重力基準等組成的高精度、三維地心、實用的三明市現代測繪基準體系基礎設施，為“數字三明”建設、測繪工程、推廣2000國家大地坐標系統（CGCS2000）提供了統一的空間定位基準。三明市現代測繪基準體系于2013～2014年建設完成并通過驗收。其基礎設施建設主要包括三明市23 000 km2范圍內的GNSS控制網的布設和實施，二、三等水準網的施測、計算和似大地水準面計算及相關軟件的編制等。

2.1 GNSS控制網

三明市現代測繪基準體系GNSS控制網由GNSS框架網和基本網組成。GNSS框架網用于獲取高精度的地心坐標，提高GNSS控制網整體精度，將基本網與CGCS2000坐標系鏈接起來，為三明市控制網建立提供精密參考框架。GNSS框架網由境內及周邊的福建省連續運行衛星定位服務系統（FJCORS）18個基準站組成。基本網以GNSS框架網點為基礎，在已有的2004年福建省C級GPS網點[5]基礎上，加密布設GPS基本網控制點，點位選取均滿足GPS觀測條件，并盡量滿足水準觀測條件。GPS基本網控制點在各個鄉鎮、街道辦事處所在地或附近布設，基本滿足一個鄉鎮布設一個點的要求。基本網控制點共布設點位241個，新選埋199個，套合福建省C級GPS點38個，國家A級GPS控制點3個，其中聯測一等、二等三角點6個。GNSS控制網點分布見圖1（圖中站點位置已經過保密處理，為示意位置，并非站點準確分布圖）。

GNSS控制網觀測按《全球定位系統（GPS）測量規范》規定執行。框架網與FJCORS同步觀測；基本網按C級技術要求，使用Trimble 5800、R4、R8接收機基于FJCORS基準站同步的單點觀測模式進行觀測，每個點觀測2個時段，于2013-06-20～2013-07-19、2014-01-09～2014-01-12觀測，每時段長度不少于4 h。

數據處理軟件采用美國麻省理工學院的GAMIT/ GLOBK軟件（版本10.40）。收集18個FJCORS基準站同步觀測數據。GNSS控制網三維地心基準為CGCS2000，約束框架網點，使用框架網點已有坐標成果，作三維約束平差，求出基本網點成果。

圖1 GNSS控制網點分布圖（審圖號：閩S（2013）70號）

GNSS基本網基線以GPS Day（年積日）為單位進行解算,基本網同步環Nrms值均小于0.3周，基線解算時周跳基本剔除干凈。對整網的全部基線結果進行了x2檢驗，檢驗值均小于3。經平差計算，基本網基線精度統計見表1，坐標精度統計見表2。其中，最弱邊0093-SC137，基線長度為4 043 m，相對中誤差為1.09×10-6。

表1 基本網基線精度統計

表2 基本網空間坐標精度統計/mm

為了檢校本次平面控制成果的可靠性，將基本網中聯測的41個2004年A級、省C級控制點成果與省C級控制點已有成果進行比較，點位間差值統計[6]結果見表3。已有控制點成果點位較差最小值為0.001 m，最大值為0.058 m，中誤差為0.028 m。說明本次基本網新測成果與已有成果變化不大，建議使用更新后的成果。

表3 基本網點位之間差值區間分布統計

2.2 水準網

水準網覆蓋三明市全市域，分為二等、三等水準，在現有的國家一等、二等水準路線和2012年FJCORS二等水準聯測路線基礎上，以附和路線、閉合環線及結點網形式布設，路線分布見圖2（圖中水準點位置已經過保密處理，為示意位置，并非水準點準確分布圖）。二等水準路線主要布設在國家一等、二等水準路線未經過或點位破壞嚴重地區。二等、三等水準聯測新選埋的可聯測水準的基本網控制點以及水準路線附近的其他水準點，共聯測點位133個，其中新選埋基本網控制點108個，省C級GPS點9個，新選埋水準點8個，路線上其他水準點8個。二等水準線路3條，路線長度675.9 km，采用2臺徠卡DNA03、1臺天寶Dini0.3觀測，聯測了32個水準點、控制點。三等水準線路附合路線15條，閉合環線2條，三等支線33條，路線長度1 622.3 km，采用6臺徠卡 DNA03、4臺索佳 SDL30M和1臺套天寶 Dini0.3觀測，聯測了189個控制點、水準點。

圖2 二、三等水準聯測圖（審圖號：閩S（2013）70號）

水準概算進行了數據準確性與一致性的檢核。二等水準進行標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正、日月引力改正、閉合差計算及每km水準測量全中誤差計算，用全部二等水準路線高差不符值計算的每km水準測量偶然中誤差為±0.49 mm，滿足二等±1.0 mm的限差要求，閉（附）合路線用經過各項改正后的高差計算的每km全中誤差為±0.26 mm，滿足二等±2.0 mm的限差要求。三等水準進行標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正，用全部三等水準路線高差不符值計算的每km水準測量偶然中誤差為±1.26 mm，滿足三等±3.0 mm的限差要求，閉（附）合路線用經過各項改正后的高差計算的每km全中誤差為±3.48 mm，滿足三等±6.0 mm的限差要求。

平差按逐級控制原則分等級進行，在國家二期一等水準網復測成果下進行二等水準路線平差，在新布設的二等水準路線和2004年浙閩贛區域似大地水準面精化試點項目二等水準的基礎上進行三等水準路線平差。二等水準網平差以加過標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正和海潮負荷改正后的往返測高差中數為元素，三等水準網平差以加過標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正的往返測高差中數為元素，待定結點高程為未知數，按路線測站數定權進行結點平差。當結點高程及路線高差改正量計算完成后，采用附合路線平差的方法推求其他各水準點的高程。二等水準平差后每km單位權中誤差為±0.26 mm。三等水準平差后每km單位權中誤差為±3.46 mm，最弱結點高程中誤差為±17.38 mm。

為了檢校本次高程控制成果的可靠性，將新布設的水準路線聯測已有20點成果與2004年浙閩贛區域似大地水準面精化試點項目[5]中的二、三等水準點成果進行比較，高程之間差值[7,8]絕對值最小值為0，最大值為0.084 m，中誤差為0.026 m，統計結果見表4。

表4 水準點高程差值區間分布統計

2.3 似大地水準面精化

似大地水準面精化利用地球重力場模型、數字地形模型和地面重力資料獲得該地區高分辨率柵格重力異常值，確定重力似大地水準面，將重力似大地水準面擬合適配于該區域的GPS水準網，獲得最終似大地水準面。收集該區域及周邊地區重力點和1：50 000 CGCS2000地形數據DEM成果完成規則格網重力似大地水準面計算，利用GPS水準點進行重力似大地水準面擬合糾正。充分利用該地區及周邊地區的重力點成果、DEM、全球重力場模型及分布較均勻的、現勢性較好的GPS水準成果，采用重力法及移去-恢復技術，計算重力區域似大地水準面[9]。利用該區域實測的142 點、2004年省C級21點、周邊（江西）6點，共169點GPS/水準點，選擇自適應最小二乘配置糾正重力似大地水準面，獲取全市域范圍內符合要求（±3.1 cm）的高精度、高分辨率似大地水準面成果，見圖3。根據該區域最終似大地水準面2.5'×2.5'格網成果，按照雙線性內插方法編制相應的似大地水準面插值軟件。

為了檢測似大地水準面精化模型精度[10]，在測區均勻布設20個外部檢核點，使用同精度同方法施測，與似大地水準面插值軟件計算檢核點的大地水準面擬合值進行比較，最大值為5.1 cm，最小值為-6.3 cm，中誤差為±3.1 cm。

圖3 似大地水準面等值線圖

3 結 語

三明市現代測繪基準體系采用了框架網、基本網的布網形式，在CGCS2000下將省、市控制網通過重合點納入到基本網中，為CGCS2000、1954北京坐標系、1980西安坐標系等坐標相互轉換提供了數據基礎。提供高精度的GNSS框架網、基本網控制點和二、三等水準點成果及高分辨率的似大地水準面模型，建立覆蓋全市域的三維地心基準，統一全市域二維平面基準和高程基準，為三明市地理空間信息相關活動提供了統一的空間定位基準。三明市高精度似大地水準面和FJCORS的結合，可代替較低等級水準測量，有效減少野外測繪工作量，極大地改善傳統的平面和高程測量作業模式，推進衛星定位技術的社會化應用進程，提高測繪服務保障能力，滿足三明市數字城市建設和現代測繪的需要，具有良好的社會效益和經濟效益。

[1] 陳俊勇,黨亞民,張鵬.建設我國現代化測繪基準體系的思考[J].測繪通報,2009(7):1-5

[2] 馬祥,李華平.蕪湖市現代測繪基準體系的建立[J].城市勘測,2013(4):83-86

[3] 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):11-14

[4] 鄭建敏.合肥市現代測繪基準體系的建立[J].工程勘察,2012(11):71-74

[5] 張全德,郭春喜,王斌.浙閩贛區域似大地水準面精化[J].測繪科學,2007,32(1):11-13

[6] GB/T 18314-2009.全球定位系統（GPS）測量規范[S].

[7] GB/T 12897-2006.國家一、二等水準測量規范[S].

[8] GB/T 12898-2009.國家三、四等水準測量規范[S].

[9] GB/T 23709-2009.區域似大地水準面精化基本技術規定[S]. [10] 余銀普,陳詩文,蘭啟貴.區域似大地水準面精化精度檢測方法[J].四川測繪,2008,31(3):124-126

P208

B

1672-4623（2016）03-0088-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.028

何書鏡，正高職高級工程師，注冊測繪師，從事大地測量、工程測量及測繪生產管理工作。

2015-01-23。

項目來源：福建省科技重大專項專題任務資助項目（2013HZ0002-1）。