PPP、GPS-PPK、大地水準面精化技術在勘界立標中的應用
——以新疆巴爾魯克山國家級自然保護區勘界立標工作為例

劉輝

（塔城地區國土資源規劃研究院，新疆塔城 834700）

1 引言

新疆巴爾魯克山國家級自然保護區是新疆歷史上建立的第一個自然保護區，總面積為115 037.26 hm2。巴爾魯克山測區大部分為無人區，XJ-CORS 信號不能覆蓋測區，且山勢陡峭，地形、地貌比較復雜。沒有正常車輛通行的道路，無法到達指定的位置，且測區時常有大型野獸出沒，外業工作危險性較高。沒有5G 通信塔，國家等級控制點分布比較稀疏，布設加密控制網難度極大，無法進行水準路線設計。采用精密單點定位PPP、GPS-PPK 技術、大地水準面精化技術，極大地提高了無人區定標點平面、高程的測量精度，并為以后相關測繪工作提供了基礎測繪控制資料，可為新疆邊遠地區經濟發展、生態保護工作、民生保障工程提供技術支持[1]。

2 項目概況

2020 年9 月，受塔城地區林業和草原局的委托，塔城地區國土資源規劃研究院開展保護區勘界立標工作。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。

根據國家林業和草原局編制的《自然保護區等自然保護地勘界立標工作規范》（2019 年7 月實施），本次勘界立標工作的技術要求為：以2000 國家大地坐標系為平面坐標系統，以1985 國家高程基準為高程基準。平面精度要求：實測定標點相對應臨近控制點的點位中誤差不應大于±2 m，懸崖峭壁等特殊地段誤差不應大于±5 m。高程精度要求：實測定標點相對于鄰近控制點的高程中誤差，采用省級大地精化水準面計算高程異常值，誤差不應大于±2 m，采用國家似大地水準面計算高程異常值，誤差不應大于±5 m。

3 勘界流程

針對項目要求，首先，進行了任務計劃書的編寫和評審，在前期準備工作中收集到該地區原有的各類資料，并結合該資料進行了定標點的預設和踏勘。在實地勘察階段，分不同情況，主要以連續運行參考站系統（COSR）覆蓋情況為依據，不同區域采用了不同的測量方法，實現標點測量，邊界繪制。完成檢查后進行內業排序、登記以及入庫等工作。

3.1 控制點布設

采用與GPS 連續運行參考站（IGS 站）聯測方式，求出C級GPS 點在2000 國家大地坐標系中的坐標和大地高，聯測的IGS 站名分別為：URUM、LHAZ、BJFS、WUHN、POL2、KIT3、TNWL、USUD。項目區布設C 級GPS 點7 個，具體編號為：C001、C002、……、C007。項目的C 級GPS 點選埋主要考慮利于長期保存，便于發展，同時考慮到交通、通信以及附近地形、地貌、植被等因素的影響。

觀測開始前，應對GPS 接收機、天線等配套設備進行必要的檢視。C 級GPS 點與GPS 連續運行參考站（IGS 站）聯測時，應采用GPS 雙頻接收機靜態觀測，C 級GPS 點觀測開始前，應對GPS 接收機、天線等配套設備進行必要的檢視，特別要注意天線基座的對點器檢查和校正，避免出現復測基線誤差超限，具體精度要求執行表1 規定。

表1 GPS 雙頻接收機靜態觀測技術要求

3.2 GPS 測量手薄的填寫

C 級GPS 點觀測時，GPS 測量手簿中應記錄測站點號、點名、觀測員姓名、時段號、觀測日期、接收機名稱及其編號、天線類型及其編號、采樣間隔、開始和結束記錄時間、天線高測定等項。天線高應在測前和測后各測定一次，兩次測定較差不得大于3 mm，否則重測該時段。

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

3.3 C 級GPS 點數據處理

C 級GPS 點數據采集完后，使用GAMIT/GLBOK V10.35或BERNESE V5.0 及以上版本軟件進行基線向量解算，基線向量解算完成后應提供基線處理報告。

無約束平差在WGS-84 坐標系下進行，約束平差在2000國家大地坐標系下進行。平差采用GPS_NET 軟件進行。平差計算完成后應提供平差報告，平差報告應包含環閉合差統計、重復基線差統計、無約束平差、約束平差等內容。

外業觀測部分由塔城地區國土資源規劃研究院獨自完成，內業數據處理由自然資源部大地測量數據處理中心完成，共獲得北京54 坐標系、1980 年西安坐標系以及2000 國家大地坐標系3 套坐標成果。可以滿足3 種坐標系之間轉換和其他工作需要。具體點位精度見表2。

表2 C 級GPS 點位精度

由表2 可知，GPS 網點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 級點的精度符合GB/T 18314—2009《全球定位系統（GPS）測量規范》的要求。

4 定標點測量

定標點測量基于臨時連續運行基準站技術，以GPS PPK（GPS 動態后處理差分）方式測定，采用Trimble 5800 進行了觀測[2]。該技術可以有效解決常規RTK 差分信號無法接收時導致的無法定位問題，還能克服RTK 定位精度隨著作業半徑的增加而導致的定位精度下降問題。

首先，對測區內已有三角點、GPS 點平面坐標和C 級點平面坐標和高程進行檢測，檢測以PPK 的方式進行，觀測時間和歷元數均按《新疆維吾爾自治區1∶10 000 基礎測繪航測外業像控點測量技術規定》執行。檢測合格后，再進行定標點的測量。根據測區實際地形、定標點聯測方法及交通通行情況，基準站架設在C 級GPS 點上，同時檢測了測區周邊兩個精化C級GPS 點，以有效控制所有定標點的測量精度。基準站用2000 國家大地坐標系成果啟動，外業定標點數據采集完成后，進行數據的后處理。基準站為2000 國家大地坐標系成果，基準站用2000 國家大地坐標系坐標啟動，定標點觀測時的采樣率為1 s，觀測兩個時段，每個時段4 min，共采集240 個歷元。采用TBC V2.50 解算基線，然后用TGO 固定基準站做三維約束平差，得到像控點的三維地心坐標。

其次，定標點正常高的計算。2010 年的新疆擬大地水準面精化為解決定標點高程鋪平了道路。關鍵在于獲取精確的定標點大地高。因此，作業過程中需注意天線高的量取和采樣率設置以及觀測時間長短。根據本測區的實踐，天線高兩次量取需仔細認真，量取的方式需記錄清楚；采樣率設置為1 s，歷元數為240 個歷元，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。利用新疆大地水準面模型內插求得獲得正常高。共測量107 個定標點。以上所用的測量儀器均經過國家技術監督部門授權的測繪儀器檢定部門進行了檢定，各項精度指標符合規范和設計要求，并附有檢定證書。

綜上所述，定標點測量以GPS PPK 模式測量，精度符合國家林業和草原局編制《自然保護區等自然保護地勘界立標工作規范》的要求。

5 圖件制作

5.1 保護區功能區劃圖制作

利用現有的1∶50 000 基礎庫地形圖數據進行拼接，通過數據融合，進行拓撲檢查，修改無誤后，將庫數據進行符號化輸出DWG 數據。為了圖幅信息的完整性和美觀，用CAD 軟件進行圖面編輯，并應用垂直界線兩側圖上各10 cm 的范圍裁剪地形圖數據，沿邊界呈帶狀分布，數據格式為*.DWG。

將最終確定好的保護區界線（.shp 格式文件）導入KQ Tools3.5（蒼穹國土數據處理系統）中來確定項目區范圍。對已確定的項目區范圍生成該區域的圖框，并用該圖框對2018 年度變更土地利用數據庫中的地類圖斑和現狀地物及行政界線進行裁切，最后，對圖框外部的注記、圖例等進行整飾、調整，然后對圖框內部的地類要素進行分類渲染。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、邊界點編號、線裝飾元素圖層、圖框外注記、十字絲裝飾圖層、子圖點線面元素、圖注記元素、圖例外框圖層、行政區注記、行政界線、線狀地物、功能區劃面、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、定標點坐標，準確地展繪在勘界工作底圖上，形成邊界地形圖。數據格式為*.DWG。邊界線在圖上用0.3 mm 紅色實線不間斷表示，以線狀地物中心線為界且地物符號寬度小于1.0 mm 時，界線符號在線狀地物符號兩側跳繪，定標點符號用直徑1.5 mm 紅色小圓圈標識，定標點編號用紅色注出。共制作邊界地形圖15 幅。

6 結語

精密單點定位PPP、基于臨時連續運行基GPS-PPK 技術、大地水準面精化技術在新疆巴爾魯克山國家級自然保護區勘界立標工作中的應用在技術上是可行的，可以有效解決常規RTK 差分信號無法接收時導致的無法定位問題，還能克服RTK 定位精度隨著作業半徑的增加，而導致的定位精度下降問題。在本測區所完成的107 個定標點測量過程中，未發生因作業模式而產生的返工問題，說明了新作業模式的可行性，大幅度提高了工作效率。