基于區(qū)域似大地水準面精化的測量精度探索

馮大偉

摘 要：本文基于筆者從事區(qū)域似大地水準面精化的相關工作，以區(qū)域似大地水準面精化的意義為研究對象，從三個方面對其測量精度進行了驗證，結果表明，區(qū)域似大地水準面精化成果的精度完全滿足四等及等外水準點的測量、各種比例尺地形測圖及相應比例尺航測像控點布設的要求，基于此，筆者給出了重點應用方向，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：區(qū)域 似大地水準面 精化 水準測量 地形測量 攝影測量

中圖分類號：P22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0030-02

1 全國精化似大地水準面成果情況

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前建立了高分辨率高精度似大地水準面的省、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)；無錫、青島、常州、長治、朔州、大同、晉中、哈爾濱松北、東莞、廣州、沈陽、莆田、深圳、大連、銀川；“南水北調(diào)”西線工程等。

3 我市區(qū)域似大地水準面精化成果的建立及應用分析

3.1 成果建立

我市區(qū)域似大地水準面精化模型的建立是由市測繪院、國測一大隊及武漢大學測繪學院共同合作完成。平面系統(tǒng)采用區(qū)域內(nèi)連續(xù)運行參考站網(wǎng)作為骨架網(wǎng)，同時聯(lián)測國家IGS跟蹤站，在精化區(qū)域內(nèi)均勻布設間距約為8～12 km的GPS C級控制網(wǎng)點，水準采用1985國家高程基準，按二等水準測量標準布設水準網(wǎng)，形成精化區(qū)域內(nèi)約82個GPS/水準點—— 高程異?？刂泣c，供區(qū)域似大地水準面精化模型計算、內(nèi)符合精度檢測及外符合精度檢測使用，結合重力數(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)域似大地水準面精化模型。

3.2 應用方向分析

3.2.1 結合GPS技術替代常規(guī)幾何水準測量

應用中，我們首先應該提出兩個問題：（1）我們要確定水準測量的等級。（2）精度達不到的情況應采用什么措施。由表1可見我市區(qū)域似大地水準面精化模型在1985國家高程基準下檢測外符合精度為±0.01 m，理論上說是可以滿足城市四等高程精度要求的。

為驗證其在精度上滿足四等高程的要求，同時也充分利用區(qū)域內(nèi)精化似大地水準面成果，減少野外工作量。在此，先說明一個基本概念：我市區(qū)域精化似大地水準面其成果分辨率為2×2，也就是說，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)的相差也不會大），所以，相鄰兩點同采用GPS（或其他方法）獲得的高程之差是準確的。換句話講，在此格網(wǎng)范圍內(nèi)，相鄰兩點△H是不受高程異常值影響的，在沒有測量粗差的前提下，此△H可滿足四等水準測量要求。所以，依此概念我們可以采用以下方法：

用少量待測（四等精度高程）點聯(lián)測測區(qū)中（或周邊）Ⅲ等（或以上）水準點，再利用測區(qū)內(nèi)所有待測點的相鄰高差進行高程傳遞，聯(lián)測的高等級水準點應在兩個以上，則可以進行簡單平差后得到每個點的正常高。同時，可獲得這些待測點相對于測區(qū)周邊的高等級水準點的高程點位中誤差，確信其滿足四等水準精度。具體步驟如下。

（1）在測區(qū)待測點中聯(lián)測不少于3個Ⅲ等水準點。（2）利用“區(qū)域精化似大地水準面”進行高程改正得到所有點高程值。（3）計算出所有測段的△H（相鄰待測點的高差）和平距。（4）利用測區(qū)或附近的高等級水準點和每個測段的△H和平距，根據(jù)城市測量規(guī)范有關精度要求進行整體網(wǎng)的平差計算，得到各待測點的高程正常值。（5）在整個高程網(wǎng)中隨機抽取2～3段進行IV幾何水準測量或同等精度的測距三角高程測量，得到各測段的△h，并與相應的△H進行比較檢測，有關要求按《GB 12898-91國家三、四等水準測量規(guī)范》執(zhí)行。（6）有關精度要求。

①水準網(wǎng)中最弱點的高程中誤差（相對于起算點）不得大于±20 mm。

②其他有關要求按《GB 12898-91國家三、四等水準測量規(guī)范》執(zhí)行。

實際測區(qū)應用如下。

A測區(qū)E級和一級GPS高程網(wǎng)所求點共56個，網(wǎng)中聯(lián)測了5個Ⅲ等水準點。本高程網(wǎng)有12個結點，分為4段符合路線和5個閉合環(huán)。

通過以上作業(yè)方法，整體網(wǎng)的平差計算，得到各E級和一級GPS點的高程正常值。高程網(wǎng)中最大點位誤差0.01334 m，最大點間誤差0.00874 m，限差0.020 m。本網(wǎng)各項精度指標均符合四等高程網(wǎng)的有關要求。

在整個高程網(wǎng)中隨機抽取28段進行四等水準測量，抽取10段進行三角高程測量，得到各測段的△h，并與相應的似大地水準面高差△H進行比較檢測。

3.2.2 結合GPS技術進行地形測量

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

實際測區(qū)應用：Z測區(qū)為小范圍大比例尺（1∶500）山區(qū)地形圖測繪，隨機抽出二級點與圖根點共8個點，聯(lián)測四等水準高程。在抽檢的8個點中，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 結合GPS技術在航測控制中的應用

航測控制點高程精度應不超過1/10等高距，對于平原地區(qū)應優(yōu)于0.1 m，丘陵地區(qū)應優(yōu)于0.25 m，山區(qū)應優(yōu)于0.5 m。利用我市區(qū)域似大地水準面精化成果求取航測控制點高程同樣可行。航測1∶2000、1∶5 000與1∶10 000成圖，是城市規(guī)劃建設，土地開發(fā)利用等基礎測繪的主要內(nèi)容，采用GPS技術結合我市區(qū)域似大地水準面精化成果，施測像控點，將從根本上改變和淘汰了以往常規(guī)的經(jīng)緯儀交會法、三角高程測量法、平地高程加密等外業(yè)方法，大大減輕了作業(yè)員工勞動強度—— 爬山頭測繪像控點和平地加密高程點，明顯提高了勞動生產(chǎn)率。

實際測區(qū)應用如下。

（1）R-1測區(qū)：共聯(lián)測了106個四等以上精度的水準點，與水準測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，差值分布見表1。

（2）R-2測區(qū)：共聯(lián)測了51個四等以上精度的水準點，與水準測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，差值分布見表2。

從上述2個測區(qū)區(qū)域似大地水準面精化計算結果和水準成果比較分析可知，該區(qū)域內(nèi)似大地水準面計算結果精度較高，分布較為均勻，完全能滿足1∶2 000航測控制的要求。

從以上可知，我市區(qū)域似大地水準面精化成果應用主要針對了測繪工程中的高程測量，在高程測量中所要求的精度如果高于其外符合精度±0.01m，就應該慎重使用。舉個簡單的對比事例：在土地勘測定界測量中，對高程測量精度要求很低，完全可以用省級區(qū)域精化似大地水準面成果獲得高程值（實際上也不用，除非測量儀器無法獲得高程）；相反，精密工程測量中的變形觀測就肯定不能用此方法了。

3 結語

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

參考文獻

[1] 陳俊勇，李建成，寧津生，等.全國及部分省市地區(qū)高精度高分辨率似大地水準面的研究和實施[J].測繪通報，2005（5）：1-5.

[2] 覃允森.似大地水準面在航測控制中的應用[J].廣西測繪與遙感，2008（1）：3-6.endprint