馮大偉

摘 要：本文基于筆者從事區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化的相關(guān)工作，以區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化的意義為研究對(duì)象，從三個(gè)方面對(duì)其測(cè)量精度進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化成果的精度完全滿足四等及等外水準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量、各種比例尺地形測(cè)圖及相應(yīng)比例尺航測(cè)像控點(diǎn)布設(shè)的要求，基于此，筆者給出了重點(diǎn)應(yīng)用方向，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：區(qū)域 似大地水準(zhǔn)面 精化 水準(zhǔn)測(cè)量 地形測(cè)量 攝影測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：P22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0030-02

1 全國(guó)精化似大地水準(zhǔn)面成果情況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前建立了高分辨率高精度似大地水準(zhǔn)面的省、市及工程有：海南、江蘇、河北、青海、廣東、廣西、山西、香港特別行政區(qū)；無(wú)錫、青島、常州、長(zhǎng)治、朔州、大同、晉中、哈爾濱松北、東莞、廣州、沈陽(yáng)、莆田、深圳、大連、銀川；“南水北調(diào)”西線工程等。

3 我市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化成果的建立及應(yīng)用分析

3.1 成果建立

我市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化模型的建立是由市測(cè)繪院、國(guó)測(cè)一大隊(duì)及武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院共同合作完成。平面系統(tǒng)采用區(qū)域內(nèi)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)作為骨架網(wǎng)，同時(shí)聯(lián)測(cè)國(guó)家IGS跟蹤站，在精化區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)間距約為8～12 km的GPS C級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)，水準(zhǔn)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，按二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)水準(zhǔn)網(wǎng)，形成精化區(qū)域內(nèi)約82個(gè)GPS/水準(zhǔn)點(diǎn)—— 高程異?？刂泣c(diǎn)，供區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化模型計(jì)算、內(nèi)符合精度檢測(cè)及外符合精度檢測(cè)使用，結(jié)合重力數(shù)據(jù)及地形數(shù)據(jù)，采用最新理論模型，最終形成分辨率為2×2網(wǎng)格的，外符合精度優(yōu)于±0.01 m的區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化模型。

3.2 應(yīng)用方向分析

3.2.1 結(jié)合GPS技術(shù)替代常規(guī)幾何水準(zhǔn)測(cè)量

應(yīng)用中，我們首先應(yīng)該提出兩個(gè)問(wèn)題：（1）我們要確定水準(zhǔn)測(cè)量的等級(jí)。（2）精度達(dá)不到的情況應(yīng)采用什么措施。由表1可見(jiàn)我市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化模型在1985國(guó)家高程基準(zhǔn)下檢測(cè)外符合精度為±0.01 m，理論上說(shuō)是可以滿足城市四等高程精度要求的。

為驗(yàn)證其在精度上滿足四等高程的要求，同時(shí)也充分利用區(qū)域內(nèi)精化似大地水準(zhǔn)面成果，減少野外工作量。在此，先說(shuō)明一個(gè)基本概念：我市區(qū)域精化似大地水準(zhǔn)面其成果分辨率為2×2，也就是說(shuō)，在同一2×2格網(wǎng)范圍內(nèi)，所采用的高程異常值是一樣的（地形起伏不大的地方，相鄰格網(wǎng)的相差也不會(huì)大），所以，相鄰兩點(diǎn)同采用GPS（或其他方法）獲得的高程之差是準(zhǔn)確的。換句話講，在此格網(wǎng)范圍內(nèi)，相鄰兩點(diǎn)△H是不受高程異常值影響的，在沒(méi)有測(cè)量粗差的前提下，此△H可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量要求。所以，依此概念我們可以采用以下方法：

用少量待測(cè)（四等精度高程）點(diǎn)聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)中（或周邊）Ⅲ等（或以上）水準(zhǔn)點(diǎn)，再利用測(cè)區(qū)內(nèi)所有待測(cè)點(diǎn)的相鄰高差進(jìn)行高程傳遞，聯(lián)測(cè)的高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)在兩個(gè)以上，則可以進(jìn)行簡(jiǎn)單平差后得到每個(gè)點(diǎn)的正常高。同時(shí)，可獲得這些待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于測(cè)區(qū)周邊的高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)的高程點(diǎn)位中誤差，確信其滿足四等水準(zhǔn)精度。具體步驟如下。

（1）在測(cè)區(qū)待測(cè)點(diǎn)中聯(lián)測(cè)不少于3個(gè)Ⅲ等水準(zhǔn)點(diǎn)。（2）利用“區(qū)域精化似大地水準(zhǔn)面”進(jìn)行高程改正得到所有點(diǎn)高程值。（3）計(jì)算出所有測(cè)段的△H（相鄰待測(cè)點(diǎn)的高差）和平距。（4）利用測(cè)區(qū)或附近的高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)和每個(gè)測(cè)段的△H和平距，根據(jù)城市測(cè)量規(guī)范有關(guān)精度要求進(jìn)行整體網(wǎng)的平差計(jì)算，得到各待測(cè)點(diǎn)的高程正常值。（5）在整個(gè)高程網(wǎng)中隨機(jī)抽取2～3段進(jìn)行IV幾何水準(zhǔn)測(cè)量或同等精度的測(cè)距三角高程測(cè)量，得到各測(cè)段的△h，并與相應(yīng)的△H進(jìn)行比較檢測(cè)，有關(guān)要求按《GB 12898-91國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》執(zhí)行。（6）有關(guān)精度要求。

①水準(zhǔn)網(wǎng)中最弱點(diǎn)的高程中誤差（相對(duì)于起算點(diǎn)）不得大于±20 mm。

②其他有關(guān)要求按《GB 12898-91國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》執(zhí)行。

實(shí)際測(cè)區(qū)應(yīng)用如下。

A測(cè)區(qū)E級(jí)和一級(jí)GPS高程網(wǎng)所求點(diǎn)共56個(gè)，網(wǎng)中聯(lián)測(cè)了5個(gè)Ⅲ等水準(zhǔn)點(diǎn)。本高程網(wǎng)有12個(gè)結(jié)點(diǎn)，分為4段符合路線和5個(gè)閉合環(huán)。

通過(guò)以上作業(yè)方法，整體網(wǎng)的平差計(jì)算，得到各E級(jí)和一級(jí)GPS點(diǎn)的高程正常值。高程網(wǎng)中最大點(diǎn)位誤差0.01334 m，最大點(diǎn)間誤差0.00874 m，限差0.020 m。本網(wǎng)各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合四等高程網(wǎng)的有關(guān)要求。

在整個(gè)高程網(wǎng)中隨機(jī)抽取28段進(jìn)行四等水準(zhǔn)測(cè)量，抽取10段進(jìn)行三角高程測(cè)量，得到各測(cè)段的△h，并與相應(yīng)的似大地水準(zhǔn)面高差△H進(jìn)行比較檢測(cè)。

3.2.2 結(jié)合GPS技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)量

區(qū)域內(nèi)精化似大地水準(zhǔn)面成果用于地形測(cè)量，較為實(shí)際的用法是用于二級(jí)控制點(diǎn)與圖根控制點(diǎn)的測(cè)量及部點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集測(cè)量工作。通常二級(jí)控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)的高程測(cè)量，要求等外水準(zhǔn)精度，可直接利用區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化模型通過(guò)GPS RTK測(cè)量獲得。為驗(yàn)證高程成果的可靠性及精度，在實(shí)際工作中進(jìn)行了驗(yàn)證工作。

實(shí)際測(cè)區(qū)應(yīng)用：Z測(cè)區(qū)為小范圍大比例尺（1∶500）山區(qū)地形圖測(cè)繪，隨機(jī)抽出二級(jí)點(diǎn)與圖根點(diǎn)共8個(gè)點(diǎn)，聯(lián)測(cè)四等水準(zhǔn)高程。在抽檢的8個(gè)點(diǎn)中，差值最大的為-0.081，最小的為0.002，從可知基本完全滿足≤±7.5 cm的高程中誤差要求，最大差值≤±15 cm的限差。

3.2.3 結(jié)合GPS技術(shù)在航測(cè)控制中的應(yīng)用

航測(cè)控制點(diǎn)高程精度應(yīng)不超過(guò)1/10等高距，對(duì)于平原地區(qū)應(yīng)優(yōu)于0.1 m，丘陵地區(qū)應(yīng)優(yōu)于0.25 m，山區(qū)應(yīng)優(yōu)于0.5 m。利用我市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化成果求取航測(cè)控制點(diǎn)高程同樣可行。航測(cè)1∶2000、1∶5 000與1∶10 000成圖，是城市規(guī)劃建設(shè)，土地開(kāi)發(fā)利用等基礎(chǔ)測(cè)繪的主要內(nèi)容，采用GPS技術(shù)結(jié)合我市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化成果，施測(cè)像控點(diǎn)，將從根本上改變和淘汰了以往常規(guī)的經(jīng)緯儀交會(huì)法、三角高程測(cè)量法、平地高程加密等外業(yè)方法，大大減輕了作業(yè)員工勞動(dòng)強(qiáng)度—— 爬山頭測(cè)繪像控點(diǎn)和平地加密高程點(diǎn)，明顯提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

實(shí)際測(cè)區(qū)應(yīng)用如下。

（1）R-1測(cè)區(qū)：共聯(lián)測(cè)了106個(gè)四等以上精度的水準(zhǔn)點(diǎn)，與水準(zhǔn)測(cè)量成果比較其差值區(qū)間介于-0.093～0.084 m之間，中誤差為0.045 m，差值分布見(jiàn)表1。

（2）R-2測(cè)區(qū)：共聯(lián)測(cè)了51個(gè)四等以上精度的水準(zhǔn)點(diǎn)，與水準(zhǔn)測(cè)量成果比較其差值區(qū)間介于-0.098～0.096 m之間，中誤差為0.052 m，差值分布見(jiàn)表2。

從上述2個(gè)測(cè)區(qū)區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化計(jì)算結(jié)果和水準(zhǔn)成果比較分析可知，該區(qū)域內(nèi)似大地水準(zhǔn)面計(jì)算結(jié)果精度較高，分布較為均勻，完全能滿足1∶2 000航測(cè)控制的要求。

從以上可知，我市區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化成果應(yīng)用主要針對(duì)了測(cè)繪工程中的高程測(cè)量，在高程測(cè)量中所要求的精度如果高于其外符合精度±0.01m，就應(yīng)該慎重使用。舉個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比事例：在土地勘測(cè)定界測(cè)量中，對(duì)高程測(cè)量精度要求很低，完全可以用省級(jí)區(qū)域精化似大地水準(zhǔn)面成果獲得高程值（實(shí)際上也不用，除非測(cè)量?jī)x器無(wú)法獲得高程）；相反，精密工程測(cè)量中的變形觀測(cè)就肯定不能用此方法了。

3 結(jié)語(yǔ)

據(jù)了解，全球定位技術(shù)結(jié)合1 cm精度似大地水準(zhǔn)面成果，可以滿足長(zhǎng)距離二等水準(zhǔn)測(cè)量要求。省一級(jí)的似大地水準(zhǔn)面精度完全滿足中小比例尺地形測(cè)圖的要求，還有些利用3S加上似大地水準(zhǔn)面模型直接獲得正常高，以替代水準(zhǔn)測(cè)量，完成城市1∶500 或1∶1 000比例尺的測(cè)圖任務(wù)；市一級(jí)的似大地水準(zhǔn)面精度更高，完全（或基本）可以利用GPS加上似大地水準(zhǔn)面模型直接獲得正常高，以代替四等或等外水準(zhǔn)測(cè)量，完成城市1∶500或1∶1 000比例尺的測(cè)圖任務(wù)。因此，深圳等一些城市已研制成功GPS測(cè)圖一體化系統(tǒng)，其精度完全滿足有關(guān)規(guī)范的要求，大大加快了成圖速度，同時(shí)，降低了測(cè)圖的成本。

參考文獻(xiàn)

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