PPP、GPS-PPK、大地水準(zhǔn)面精化技術(shù)在勘界立標(biāo)中的應(yīng)用
——以新疆巴爾魯克山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)勘界立標(biāo)工作為例

劉輝

（塔城地區(qū)國(guó)土資源規(guī)劃研究院，新疆塔城 834700）

1 引言

新疆巴爾魯克山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是新疆歷史上建立的第一個(gè)自然保護(hù)區(qū)，總面積為115 037.26 hm2。巴爾魯克山測(cè)區(qū)大部分為無(wú)人區(qū)，XJ-CORS 信號(hào)不能覆蓋測(cè)區(qū)，且山勢(shì)陡峭，地形、地貌比較復(fù)雜。沒(méi)有正常車(chē)輛通行的道路，無(wú)法到達(dá)指定的位置，且測(cè)區(qū)時(shí)常有大型野獸出沒(méi)，外業(yè)工作危險(xiǎn)性較高。沒(méi)有5G 通信塔，國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)分布比較稀疏，布設(shè)加密控制網(wǎng)難度極大，無(wú)法進(jìn)行水準(zhǔn)路線設(shè)計(jì)。采用精密單點(diǎn)定位PPP、GPS-PPK 技術(shù)、大地水準(zhǔn)面精化技術(shù)，極大地提高了無(wú)人區(qū)定標(biāo)點(diǎn)平面、高程的測(cè)量精度，并為以后相關(guān)測(cè)繪工作提供了基礎(chǔ)測(cè)繪控制資料，可為新疆邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)工作、民生保障工程提供技術(shù)支持[1]。

2 項(xiàng)目概況

2020 年9 月，受塔城地區(qū)林業(yè)和草原局的委托，塔城地區(qū)國(guó)土資源規(guī)劃研究院開(kāi)展保護(hù)區(qū)勘界立標(biāo)工作。巴爾魯克山位于塔城—額敏盆地以南，艾比湖以北，呈中高山型，山體呈東北—西南走向，山體東高西低，其最高峰——孔塔普坎山海拔3 252 m，常年積雪。

根據(jù)國(guó)家林業(yè)和草原局編制的《自然保護(hù)區(qū)等自然保護(hù)地勘界立標(biāo)工作規(guī)范》（2019 年7 月實(shí)施），本次勘界立標(biāo)工作的技術(shù)要求為：以2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系為平面坐標(biāo)系統(tǒng)，以1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)為高程基準(zhǔn)。平面精度要求：實(shí)測(cè)定標(biāo)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)臨近控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不應(yīng)大于±2 m，懸崖峭壁等特殊地段誤差不應(yīng)大于±5 m。高程精度要求：實(shí)測(cè)定標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的高程中誤差，采用省級(jí)大地精化水準(zhǔn)面計(jì)算高程異常值，誤差不應(yīng)大于±2 m，采用國(guó)家似大地水準(zhǔn)面計(jì)算高程異常值，誤差不應(yīng)大于±5 m。

3 勘界流程

針對(duì)項(xiàng)目要求，首先，進(jìn)行了任務(wù)計(jì)劃書(shū)的編寫(xiě)和評(píng)審，在前期準(zhǔn)備工作中收集到該地區(qū)原有的各類資料，并結(jié)合該資料進(jìn)行了定標(biāo)點(diǎn)的預(yù)設(shè)和踏勘。在實(shí)地勘察階段，分不同情況，主要以連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（COSR）覆蓋情況為依據(jù)，不同區(qū)域采用了不同的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)標(biāo)點(diǎn)測(cè)量，邊界繪制。完成檢查后進(jìn)行內(nèi)業(yè)排序、登記以及入庫(kù)等工作。

3.1 控制點(diǎn)布設(shè)

采用與GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站（IGS 站）聯(lián)測(cè)方式，求出C級(jí)GPS 點(diǎn)在2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和大地高，聯(lián)測(cè)的IGS 站名分別為：URUM、LHAZ、BJFS、WUHN、POL2、KIT3、TNWL、USUD。項(xiàng)目區(qū)布設(shè)C 級(jí)GPS 點(diǎn)7 個(gè)，具體編號(hào)為：C001、C002、……、C007。項(xiàng)目的C 級(jí)GPS 點(diǎn)選埋主要考慮利于長(zhǎng)期保存，便于發(fā)展，同時(shí)考慮到交通、通信以及附近地形、地貌、植被等因素的影響。

觀測(cè)開(kāi)始前，應(yīng)對(duì)GPS 接收機(jī)、天線等配套設(shè)備進(jìn)行必要的檢視。C 級(jí)GPS 點(diǎn)與GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站（IGS 站）聯(lián)測(cè)時(shí)，應(yīng)采用GPS 雙頻接收機(jī)靜態(tài)觀測(cè)，C 級(jí)GPS 點(diǎn)觀測(cè)開(kāi)始前，應(yīng)對(duì)GPS 接收機(jī)、天線等配套設(shè)備進(jìn)行必要的檢視，特別要注意天線基座的對(duì)點(diǎn)器檢查和校正，避免出現(xiàn)復(fù)測(cè)基線誤差超限，具體精度要求執(zhí)行表1 規(guī)定。

表1 GPS 雙頻接收機(jī)靜態(tài)觀測(cè)技術(shù)要求

3.2 GPS 測(cè)量手薄的填寫(xiě)

C 級(jí)GPS 點(diǎn)觀測(cè)時(shí)，GPS 測(cè)量手簿中應(yīng)記錄測(cè)站點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)名、觀測(cè)員姓名、時(shí)段號(hào)、觀測(cè)日期、接收機(jī)名稱及其編號(hào)、天線類型及其編號(hào)、采樣間隔、開(kāi)始和結(jié)束記錄時(shí)間、天線高測(cè)定等項(xiàng)。天線高應(yīng)在測(cè)前和測(cè)后各測(cè)定一次，兩次測(cè)定較差不得大于3 mm，否則重測(cè)該時(shí)段。

天線高測(cè)定方法及略圖的填寫(xiě)。如果同一本手簿中各測(cè)站GPS 天線高測(cè)定方法相同，可在觀測(cè)手簿首頁(yè)繪制天線高測(cè)定示意圖，在記事欄內(nèi)注明該手薄中天線高測(cè)定方法，其他各站可不再繪制天線高測(cè)定示意圖，否則每測(cè)站繪制。

3.3 C 級(jí)GPS 點(diǎn)數(shù)據(jù)處理

C 級(jí)GPS 點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完后，使用GAMIT/GLBOK V10.35或BERNESE V5.0 及以上版本軟件進(jìn)行基線向量解算，基線向量解算完成后應(yīng)提供基線處理報(bào)告。

無(wú)約束平差在WGS-84 坐標(biāo)系下進(jìn)行，約束平差在2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下進(jìn)行。平差采用GPS_NET 軟件進(jìn)行。平差計(jì)算完成后應(yīng)提供平差報(bào)告，平差報(bào)告應(yīng)包含環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)、重復(fù)基線差統(tǒng)計(jì)、無(wú)約束平差、約束平差等內(nèi)容。

外業(yè)觀測(cè)部分由塔城地區(qū)國(guó)土資源規(guī)劃研究院獨(dú)自完成，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理由自然資源部大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心完成，共獲得北京54 坐標(biāo)系、1980 年西安坐標(biāo)系以及2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系3 套坐標(biāo)成果。可以滿足3 種坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換和其他工作需要。具體點(diǎn)位精度見(jiàn)表2。

表2 C 級(jí)GPS 點(diǎn)位精度

由表2 可知，GPS 網(wǎng)點(diǎn)南北分量的中誤差平均值為±2.0 mm，最大±2.1 mm；東西分量的中誤差平均值為±2.4 mm，最大值為±2.6 mm；高程分量的中誤差平均值為±7.6 mm，最大值為±9.0 mm。上述C 級(jí)點(diǎn)的精度符合GB/T 18314—2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》的要求。

4 定標(biāo)點(diǎn)測(cè)量

定標(biāo)點(diǎn)測(cè)量基于臨時(shí)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站技術(shù)，以GPS PPK（GPS 動(dòng)態(tài)后處理差分）方式測(cè)定，采用Trimble 5800 進(jìn)行了觀測(cè)[2]。該技術(shù)可以有效解決常規(guī)RTK 差分信號(hào)無(wú)法接收時(shí)導(dǎo)致的無(wú)法定位問(wèn)題，還能克服RTK 定位精度隨著作業(yè)半徑的增加而導(dǎo)致的定位精度下降問(wèn)題。

首先，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)已有三角點(diǎn)、GPS 點(diǎn)平面坐標(biāo)和C 級(jí)點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)以PPK 的方式進(jìn)行，觀測(cè)時(shí)間和歷元數(shù)均按《新疆維吾爾自治區(qū)1∶10 000 基礎(chǔ)測(cè)繪航測(cè)外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量技術(shù)規(guī)定》執(zhí)行。檢測(cè)合格后，再進(jìn)行定標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量。根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際地形、定標(biāo)點(diǎn)聯(lián)測(cè)方法及交通通行情況，基準(zhǔn)站架設(shè)在C 級(jí)GPS 點(diǎn)上，同時(shí)檢測(cè)了測(cè)區(qū)周邊兩個(gè)精化C級(jí)GPS 點(diǎn)，以有效控制所有定標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量精度。基準(zhǔn)站用2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系成果啟動(dòng)，外業(yè)定標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完成后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理。基準(zhǔn)站為2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系成果，基準(zhǔn)站用2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)啟動(dòng)，定標(biāo)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)的采樣率為1 s，觀測(cè)兩個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段4 min，共采集240 個(gè)歷元。采用TBC V2.50 解算基線，然后用TGO 固定基準(zhǔn)站做三維約束平差，得到像控點(diǎn)的三維地心坐標(biāo)。

其次，定標(biāo)點(diǎn)正常高的計(jì)算。2010 年的新疆?dāng)M大地水準(zhǔn)面精化為解決定標(biāo)點(diǎn)高程鋪平了道路。關(guān)鍵在于獲取精確的定標(biāo)點(diǎn)大地高。因此，作業(yè)過(guò)程中需注意天線高的量取和采樣率設(shè)置以及觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短。根據(jù)本測(cè)區(qū)的實(shí)踐，天線高兩次量取需仔細(xì)認(rèn)真，量取的方式需記錄清楚；采樣率設(shè)置為1 s，歷元數(shù)為240 個(gè)歷元，基線均可以正常解算。得到了精確的大地高后，便可獲得可靠的正常高。利用新疆大地水準(zhǔn)面模型內(nèi)插求得獲得正常高。共測(cè)量107 個(gè)定標(biāo)點(diǎn)。以上所用的測(cè)量?jī)x器均經(jīng)過(guò)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督部門(mén)授權(quán)的測(cè)繪儀器檢定部門(mén)進(jìn)行了檢定，各項(xiàng)精度指標(biāo)符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，并附有檢定證書(shū)。

綜上所述，定標(biāo)點(diǎn)測(cè)量以GPS PPK 模式測(cè)量，精度符合國(guó)家林業(yè)和草原局編制《自然保護(hù)區(qū)等自然保護(hù)地勘界立標(biāo)工作規(guī)范》的要求。

5 圖件制作

5.1 保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃圖制作

利用現(xiàn)有的1∶50 000 基礎(chǔ)庫(kù)地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，通過(guò)數(shù)據(jù)融合，進(jìn)行拓?fù)錂z查，修改無(wú)誤后，將庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化輸出DWG 數(shù)據(jù)。為了圖幅信息的完整性和美觀，用CAD 軟件進(jìn)行圖面編輯，并應(yīng)用垂直界線兩側(cè)圖上各10 cm 的范圍裁剪地形圖數(shù)據(jù)，沿邊界呈帶狀分布，數(shù)據(jù)格式為*.DWG。

將最終確定好的保護(hù)區(qū)界線（.shp 格式文件）導(dǎo)入KQ Tools3.5（蒼穹國(guó)土數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）中來(lái)確定項(xiàng)目區(qū)范圍。對(duì)已確定的項(xiàng)目區(qū)范圍生成該區(qū)域的圖框，并用該圖框?qū)?018 年度變更土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的地類圖斑和現(xiàn)狀地物及行政界線進(jìn)行裁切，最后，對(duì)圖框外部的注記、圖例等進(jìn)行整飾、調(diào)整，然后對(duì)圖框內(nèi)部的地類要素進(jìn)行分類渲染。制圖要素采用分層的方式組織和繪制，圖層壓蓋從上至下的順序依次是：邊界點(diǎn)、邊界點(diǎn)編號(hào)、線裝飾元素圖層、圖框外注記、十字絲裝飾圖層、子圖點(diǎn)線面元素、圖注記元素、圖例外框圖層、行政區(qū)注記、行政界線、線狀地物、功能區(qū)劃面、地類圖斑[3]。

5.2 邊界地形圖、邊界附圖制作

將確定好的邊界線、定標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，準(zhǔn)確地展繪在勘界工作底圖上，形成邊界地形圖。數(shù)據(jù)格式為*.DWG。邊界線在圖上用0.3 mm 紅色實(shí)線不間斷表示，以線狀地物中心線為界且地物符號(hào)寬度小于1.0 mm 時(shí)，界線符號(hào)在線狀地物符號(hào)兩側(cè)跳繪，定標(biāo)點(diǎn)符號(hào)用直徑1.5 mm 紅色小圓圈標(biāo)識(shí)，定標(biāo)點(diǎn)編號(hào)用紅色注出。共制作邊界地形圖15 幅。

6 結(jié)語(yǔ)

精密單點(diǎn)定位PPP、基于臨時(shí)連續(xù)運(yùn)行基GPS-PPK 技術(shù)、大地水準(zhǔn)面精化技術(shù)在新疆巴爾魯克山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)勘界立標(biāo)工作中的應(yīng)用在技術(shù)上是可行的，可以有效解決常規(guī)RTK 差分信號(hào)無(wú)法接收時(shí)導(dǎo)致的無(wú)法定位問(wèn)題，還能克服RTK 定位精度隨著作業(yè)半徑的增加，而導(dǎo)致的定位精度下降問(wèn)題。在本測(cè)區(qū)所完成的107 個(gè)定標(biāo)點(diǎn)測(cè)量過(guò)程中，未發(fā)生因作業(yè)模式而產(chǎn)生的返工問(wèn)題，說(shuō)明了新作業(yè)模式的可行性，大幅度提高了工作效率。