幾何水準和GPS高程混合布網模式及其在山區(qū)水準測量中的應用

張旭東，符華年

(寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315041)

幾何水準和GPS高程混合布網模式及其在山區(qū)水準測量中的應用

張旭東?，符華年

(寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315041)

結合生產實踐中的高程控制網測量任務，利用寧波市規(guī)劃區(qū)高精度、高分辨率的似大地水準面成果，提出了幾何水準和GPS高程混合布網模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水準測量作業(yè)，并探討其在山區(qū)四等水準測量中的應用。

似大地水準面；幾何水準；GPS高程；混合布網；山區(qū)水準

1 引 言

2008年，寧波市完成了規(guī)劃區(qū)似大地水準面的精化，確定了2′×2′高分辨率、±0.006 m高精度的高程異常模型，這是一個高科技測繪產品，它的推廣應用可充分利用目前廣泛使用的GPS定位技術，改變傳統(tǒng)高程測量模式，代替低等級水準測量，有效減少測繪工作量，節(jié)約大量人力、物力，滿足大比例尺數字測圖的迫切需要。

該似大地水準面成果在平原、山區(qū)均完全可以利用，但是代替四等水準還存在困難。平坦地區(qū)的四等水準測量相對容易，但山區(qū)水準測量由于道路崎嶇不平、多拐彎、坡度大、施測起來很困難，而GPS控制測量則能迅速提供控制點的大地經緯度和大地高。因此如何有效利用現有的似大地水準面成果，完成山區(qū)高程測量的任務，非常值得探討，若能采用一定的方法滿足精度要求，則可以極大地提高測量工作效率。

本文結合寧波市東錢湖福泉山區(qū)域數字地形圖測繪項目中的首級控制網測量任務，利用寧波市規(guī)劃區(qū)高精度、高分辨率的似大地水準面成果，基于2009年建成并啟動的寧波市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(NBCORS)，提出了幾何水準和GPS高程混合布網模式，代替全部四等水準測量的傳統(tǒng)作業(yè)，并探討其在山區(qū)四等水準測量中的應用。

2 作業(yè)方案

測區(qū)范圍大約為42 km2，測區(qū)海拔介于6 m～550 m之間，主要為丘陵、山地和半島圍湖地形，測量難度較大。

項目要求首級控制網完成一級GPS控制網及其四等水準網的測量，共布設控制點132個。

考慮到山區(qū)高程高差較大，水準測量困難，點數較多，點距參差不齊，作業(yè)方案采取了幾何四等水準和GPS高程的混合布網模式以構建首級控制網。這是因為通過GPS高程和水準路線構網，可以形成環(huán)線，按水準規(guī)范的要求進行質量檢驗，判定是否達到四等水準精度，同時，通過與水準路線的聯合平差，可以消除GPS高程的系統(tǒng)差，進一步提高高程精度。

具體作業(yè)要求為，在平面控制方面，水準測量較為便利的點位采用NBCORS網絡RTK技術測量；其他點位采用GPS靜態(tài)測量模式；在高程控制方面，海拔較低、平坦區(qū)域、水準測量方便的點位全部采用四等水準測量，但對于山區(qū)水準測量困難的點位，選擇性的采用四等水準測量部分水準路線測段，其余的均采用GPS高差代替四等水準高差以完成水準網的構建。如圖1所示水準網的山區(qū)部分路線，其中虛線為GPS高差路線，實線為水準路線。

圖1 幾何水準和GPS高程混合布網水準路線示意圖

3 數據處理

首級控制網中GPS平面控制網的數據處理一般較為容易，本文主要介紹高程控制網的數據處理。

高程控制網測量包括四等水準和GPS高差計算。我們對于平地及山地通視的一級控制點采用四等水準聯測，平地與山地、山地與山地間不通視的一級控制點以及不易聯測的四等水準點位采用GPS高差代替四等水準高差。

為了對整個水準網進行平差計算，除了已測的幾何水準測段高差，還必須計算GPS高差測段，該數據是水準網的主要構成部分。

GPS高差計算是在GPS控制網平差后進行，它采用了寧波市規(guī)劃區(qū)似大地水準面精化模型，該模型基于NBCORS系統(tǒng)，其大地起算基準與規(guī)劃區(qū)似大地水準面成果的基準一致，即2000國家大地坐標系。計算時，只要將所測一級GPS控制點的CGCS2000大地坐標輸入該程序，即可獲取每個點的1985國家高程成果，由此可以計算相鄰點的GPS高差和測段長，測段長為兩點間平距。GPS高程差取位至毫米，測段長取位至米。

四等水準網距離總長110.2 km，水準觀測實際測量101個測段，長度達49.4 km；GPS高差路線共99個測段，長度達72.5 km；GPS高差測段與水準高差同測段重復41段，總長11.7 km，因此，實際利用GPS高差代替四等水準高差測段共58段，測段總長60.8 km。項目要求，水準高差和GPS高程差同測段時，水準網平差時取用水準高差測段。

4 數據分析

平差前，首先對整個數據進行檢查和分析。

首先，對同測段的幾何水準高差和GPS高差進行比較，總共對重復測段的41個測段的高差較差絕對值進行統(tǒng)計，結果發(fā)現其平均較差為0.013 m，最大較差為0.027 m，滿足限差為±30 mm的要求。

其次，對閉合差進行計算分析，結果發(fā)現由幾何水準和GPS高程混合布網的31個水準環(huán)閉合差全部在限差內，其中環(huán)閉合差最大值為47.0 mm(限差為±66.0 mm)，其中有17個環(huán)的閉合差在1/3限差內，占54.8%，有28個環(huán)的閉合差在2/3限差內，占90.3%。

以上分析表明，測量結果均符合限差要求，滿足水準網平差的條件。

水準網平差計算采用武漢大學科傻軟件進行。平差結果表明，由31個環(huán)閉合差求得的高差中誤差為±7.44 mm/km(限差為±10 mm/km)，平差后單位權中誤差為±7.76 mm/km(限差為±10 mm/km)，最弱點高程中誤差為±10.37 mm(限差為±20 mm)。

之后，我們對于該網平差后的高程成果又做了對比分析。即同點位的水準高程和GPS高程進行比較，總共對其中77個采用GPS靜態(tài)測量的一級控制點的高程較差絕對值進行統(tǒng)計，結果發(fā)現其平均較差為0.010 m，最大較差為0.028 m，滿足山區(qū)四等水準限差即31.8 mm的要求。

上述數據對比表明，本作業(yè)方案——即采用幾何水準和GPS高程混合布設水準網的測量模式在山區(qū)代替?zhèn)鹘y(tǒng)水準測量的生產實踐是可行的；同時也說明了寧波市規(guī)劃區(qū)似大地水準面成果的高精度、可靠性，基于NBCORS系統(tǒng)的聯合應用也必將產生更好的經濟效益和社會效益。

5 結 論

寧波市規(guī)劃區(qū)高精度、高分辨率的似大地水準面成果成功應用于山區(qū)水準測量，解決了實際測量困難。同時，我們也在更深層次地探討將來使用網絡RTK技術，聯合加載似大地水準面成果，同時獲取地方獨立坐標和水準高程在代替四等水準方面的研究，將更有效地減少測繪工作量，提高作業(yè)效率。

Mix－net Mode of Geometry Height with GPS Leveling and Applying in Mountain Leveling

Zhang XuDong，Fu HuaNian
(NingBo Design Research Institute of Surveying and Mapping，NingBo 315041，China)

Combined with the practice of vertical control survey projects，using the high precision and high resolution quasi－geoid production of Ningbo programming section，this paper put forward a mix－net mode which mix geometry leveling with GPS height.The mode，the applying of which to leveling in a mountainous area was studied，can replace the traditional leveling.

quasi－geoid；geometry leveling；GPS height；mix－net；mountain leveling

1672－8262(2011)02－85－02

P228

B

2010—07—28

張旭東(1976—)，男，工程師，主要從事GPS測量和基礎測繪成果的集成應用研究工作。