內蒙古巴丹吉林沙漠必魯圖峰峰頂高程測繪

賈中甫 崔錦龍 內蒙古自治區測繪院 賈敏 王淑春 內蒙古自治區地圖院

巴丹吉林沙漠位于內蒙古西部的阿拉善高原，面積約4.92萬km2，是我國第二大流動沙漠，因其腹地沙山高大、湖泊眾多而備受關注[1-2]。相關的地理資料記載的高程在1150~1700m之間，但準確的海拔高度至今沒有進行精確的測量[3]。必魯圖主峰峰頂高程測繪不但可以填補阿拉善沙漠世界地質公園沙漠測量領域的空白，而且可以推進巴丹吉林沙漠與其它沙漠在數據上的分析研究，還可以為科學分析沙漠的形成、發展、環境變化等提供有利的數據來源。內蒙古巴丹吉林沙漠必魯圖主峰重要地理信息數據的采集，將進一步提升內蒙古巴丹吉林沙漠在世界上的知名度和影響力，為提高內蒙古阿拉善盟經濟、文化、旅游業等發展起到推動作用。

一、GNSS網布設及外業觀測

在必魯圖峰主峰峰頂及必魯圖峰周邊選擇易于長期保存的地方埋設了5個固定標志，標志采用不銹鋼管標，志。取直徑為51mm不銹鋼鋼管做成1米長套絲扣連接，加工一套抱箍和套管夾緊鋼管頂部，用大錘砸在套管部位，將鋼管夯入地下3m。采用直徑180mm不銹鋼鋼棒，切割厚度為45mm的圓形標志，留15mm圓盤，余30mm加工成直徑50mm外絲扣，與不銹鋼鋼管連接。必魯圖峰峰頂標志采用強制對中裝置。在大盤標志中心鉆孔，將直徑17mm英制螺桿鑲嵌于大盤標志中心，不銹鋼鋼管每10厘米加工一圈標志，作為流沙移動檢測。其余在大盤標志中心刻制“+”。埋石點示意圖如圖1。

圖1

在已有資料的基礎上，選取17個國家一等水準點進行GNSS網聯測，加入重力改正等數據，進行區域似大地水準面精化。

GNSS接收機采用美國Trimble公司生產的4700、5700、R8雙頻GNSS接收機、日本Topcon公司生產的HiperproⅡ雙頻GNSS接收機、廣州中海達衛星導航技術有限公司生產的V8雙頻GNSS接收機，同步觀測，觀測前作業員提前進入現場，觀測23.5小時，兩個時段。兩人一組。每一時段結束后必須關機重新整置儀器，重新開機，重新量測天線高。天線高要在測前、測后各量測三次，每次應在天線互為120°方向上量測一次，三次量取的互差均小于2mm。觀測時段不得跨年積日，觀測結束后將人員集中進行數據下載，進行轉換、檢查。巴丹吉林沙漠必魯圖峰高程聯測示意圖如圖2。

圖2

二、基線數據預處理及數據檢核

（一）基線數據預處理

（1）數據下載：依據外業觀測手簿，將兩個時段的觀測數據按儀器編號放在一個文件夾內，按日期分類，導入各種儀器隨機軟件進行基線數據質量分析，剔除多余的周跳和多路徑效應等不利于基線質量的數據，保存數據。

（2）數據整理：將觀測數據進行整理之后轉化為rinex格式，并進行以下數據正確性的檢驗：點名一致性與正確性；接收機與天線型號的正確性；天線高的正確性；年積日的一致性。

（3）數據標準化：使用隨機軟件標準化，形成觀測數據文件：測點編號（4位）+年代（2位）+該天的年積日（3位）+D（1位）（表示原始觀測數據）。

（4）天線高的歸算：按照天線結構，天線高統一采用觀測值歸算。將量測的斜高歸算到天線相位中心，下標至標石標志面。

（二）數據檢核

為了保證數據的完整性，根據網圖我們選用了三個點作為平面和高程的檢核，平面選用點周圍找到非網中的兩個控制點，組成三角形進行GNSS靜態觀測8小時，一個時段，解算平面坐標與網中的坐標進行比較。

高程在選用點周圍找到一個水準點，進行二等水準聯測，嚴格按照《國家一、二等水準測量規范》執行，所有聯測的水準點都在實地檢查，沒有發現點位破壞和挪動的痕跡。

三、GNSS基線解算

（一）GNSS連續運行站的選取

根據測區地理位置分布，本次數據處理收集了北京房山（BJFS）、烏魯木齊（URUM）、拉薩（LHAZ）、安樂河（SX01）、IRKT五個GNSS連續運行站的數據。

（二）GNSS網平差

GNSS 網平差在2000國家大地坐標系下進行。約束BJFS、URUM、LHAZ、SX01、IRKT五個GNSS連續運行站，做三維約束平差，求出其他GNSS網點成果。

（三）坐標精度統計

GNSS網點空間直角坐標X分量的中誤差平均值為±1.4mm，最大值為±1.5mm；Y分量的中誤差平均值為±2.8mm，最大值為±3.4mm；Z分量的中誤差平均值為±2.3mm，最大值為±2.8mm。GNSS網點南北分量的中誤差平均值為±1.0mm，最大值為±1.1mm；東西分量的中誤差平均值為±1.3mm，最大值為±1.4mm；高程分量的中誤差平均值為±3.5mm，最大值為±4.3mm。

（四）基線精度統計

GNSS網相鄰點基線南北分量的中誤差平均值為±1.0mm，最大值為±1.2mm；東西分量的中誤差平均值為±1.0mm，最大值為±1.2mm；相鄰點基線垂直分量的中誤差平均值為±4.0m，最大值為±5.3mm；GNSS網基線相對中誤差平均值為1.80×10-8，最大值為8.78×10-7。

四、巴丹吉林沙漠必魯圖峰地區似大地水準面計算

國內外文獻及試驗均表明，GPS水準高程擬合在一定的條件下可得出令人滿意的正常高或正高高程。在確定高程過程中，關鍵是確定高精度的大地水準面差距或高程異常。高程異常的確定方法主要有重力法和GPS高程擬合的幾何法[4-6]。利用重力法，無論地勢平坦與否，如果利用精確、密集的重力數據及地形數據，高程求解精度就可達到cm級（Rapp，1985）[7-10]。為了滿足高程精度，本次研究在數字地形模型資料分析整理、重力測量成果收集與分析整理、重力點重力異常歸算、格網地形和均衡改正計算、2.5′×2.5′格網平均空間異常的確定、GNSS水準資料的整理與分析等方面進行了收集與整理工作。

（一）GNSS水準資料分析

巴丹吉林沙漠必魯圖峰實測了17個自治區B級點（B級點均為國家一、二等水準點），其中將B007、B692、B702作為空點檢核點，共計14個自治區B級點作為似大地水準面精化初步計算的起算點。利用14個自治區B級點初步糾正試算，自治區B級點B004、B694、B703殘差分別為-12.2cm、-14.0cm、-14.5cm，這些點的殘差都大于整體精度的3倍，判斷B004、B694、B703為粗差點，不參加最終的似大地水準面計算。因此，最終利用11個自治區B級點糾正該區域重力似大地水準面。

（二）巴丹吉林沙漠必魯圖峰地區似大地水準面的確定

采用該地區的重力資料以及1949階次的EIGAN參考重力場模型，得到巴丹吉林沙漠必魯圖峰區域高精度高分別率的重力似大地水準面，利用11個自治區B級點的數據糾正似大地水準面與重力似大地水準面的系統誤差，即采用重力似大地水準面+常數（0.190m）的方法得到該區域似大地水準面。

五、結論

（一）GNSS觀測結果分析

完成22個GNSS點的數據處理，其中南北分量的中誤差平均值為±1.0mm，最大值為±1.1mm；東西分量的中誤差平均值為±1.3mm，最大值為±1.4mm；高程分量的中誤差平均值為±3.5mm，最大值為±4.3mm。相鄰點基線南北分量的中誤差平均值為±1.0mm，最大值為±1.2mm；東西分量的中誤差平均值為±1.0mm，最大值為±1.2mm；垂直分量的中誤差平均值為±4.0m，最大值為±5.3mm。基線相對中誤差平均值為1.80×10-8，最大值為 8.78×10-7。

利用20個重合點坐標數據，采用Bursa七參數坐標轉換模型，將GNSS點2000系成果轉換為80系坐標系成果。其中坐標轉換精度：X方向精度為±0.211m，Y方向精度為±0.220m，平面精度為±0.305m。

（二）水準面擬合結果分析

似大地水準面精化綜合利用了常規大地測量、衛星大地測量、現代地球重力場確定理論與方法，詳細分析了GNSS水準數據現勢性，充分發揮了GNSS水準點對區域似大地水準面的作用。最終巴丹吉林沙漠必魯圖峰似大地水準面模型的內符合精度為±4.1cm，空點檢核精度為±5.2cm。