基于NBCORS的似大地水準(zhǔn)面精化成果檢測(cè)與分析

符華年，張旭東，史秀保

(寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315042)

1 前言

寧波市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(NBCORS)于2009年7月建成并投入生產(chǎn)試運(yùn)行。全市似大地水準(zhǔn)面精化項(xiàng)目是在NBCORS基準(zhǔn)框架下，綜合運(yùn)用了GPS、重力、水準(zhǔn)和DTM等數(shù)據(jù)，采用了嚴(yán)密的顧及地球曲率的陸海統(tǒng)一算法，利用了第二類Helmert凝集法，建立了覆蓋全市近萬平方千米的、2'×2'高分辨率、±1 cm的高精度似大地水準(zhǔn)面。似大地水準(zhǔn)面成果是一項(xiàng)高科技測(cè)繪產(chǎn)品，它的推廣應(yīng)用可充分利用GPS定位技術(shù)，改變高程測(cè)量模式，代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，有效減少測(cè)繪工作量，節(jié)約大量人力、物力，滿足大比例尺數(shù)字測(cè)圖的迫切需要，具有非常重要的科學(xué)意義和顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

目前，NBCORS系統(tǒng)提供綜合性的定位服務(wù)，解決了GPS平面快速定位的精度。為了提高GPS高程測(cè)量精度，進(jìn)一步提升NBCORS的綜合服務(wù)能力，結(jié)合2011年度寧波市似大地水準(zhǔn)面精化成果，特別是針對(duì)似大地水準(zhǔn)面成果的具體應(yīng)用，本項(xiàng)目通過實(shí)施不同等級(jí)、不同區(qū)域的GPS靜態(tài)及網(wǎng)絡(luò)RTK精度測(cè)試，檢測(cè)似大地水準(zhǔn)面成果的正確性和實(shí)用性，對(duì)寧波市高精度、高分辨率似大地水準(zhǔn)面成果進(jìn)行檢測(cè)分析。

2 似大地水準(zhǔn)面成果的檢測(cè)方法

似大地水準(zhǔn)面成果檢測(cè)是為了客觀真實(shí)地評(píng)價(jià)似大地水準(zhǔn)面精化項(xiàng)目的成果質(zhì)量，需要采用外部檢核，并進(jìn)行精度評(píng)定。本項(xiàng)目的檢測(cè)工作包括了似大地水準(zhǔn)面成果的正確性檢測(cè)和實(shí)用性檢測(cè)兩部分。

正確性檢測(cè)時(shí)，GPS觀測(cè)執(zhí)行與似大地水準(zhǔn)面精化高程異常控制點(diǎn)觀測(cè)同精度的GPS C級(jí)觀測(cè)技術(shù)要求;水準(zhǔn)觀測(cè)執(zhí)行高程異?？刂泣c(diǎn)同精度的二等水準(zhǔn)觀測(cè)技術(shù)要求，其目的主要是檢驗(yàn)似大地水準(zhǔn)面的精化精度，評(píng)定似大地水準(zhǔn)面的模型外符合高程中誤差。

實(shí)用性檢測(cè)采用低等級(jí)GPS靜態(tài)觀測(cè)及RTK動(dòng)態(tài)觀測(cè)方法。低等級(jí)GPS靜態(tài)觀測(cè)執(zhí)行GPS D級(jí)網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，45 min同步連續(xù)靜態(tài)觀測(cè)，有效衛(wèi)星高度角大于15°、采樣率 5 s;網(wǎng)絡(luò)RTK觀測(cè)采用Leica GX1230+GNSS雙頻RTK流動(dòng)站設(shè)備，衛(wèi)星截止高度角為15°，采用三角支架架設(shè)天線，RTK觀測(cè)總測(cè)回?cái)?shù)為4個(gè)，測(cè)回間對(duì)儀器重新進(jìn)行初始化，采樣率為1 s，每測(cè)回的自動(dòng)觀測(cè)個(gè)數(shù)大于30個(gè)，觀測(cè)前設(shè)置的垂直收斂閾值不超過 3 cm。實(shí)用性檢測(cè)點(diǎn)位都具有四等水準(zhǔn)以上的高程成果。

3 正確性檢測(cè)分析

似大地水準(zhǔn)面成果的正確性靜態(tài)檢測(cè)是基于NBCORS基本框架網(wǎng)，以參考站點(diǎn)作為起算，在全市范圍均勻布設(shè)GPS/水準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)，選取慈溪、余姚、寧海、象山、奉化共5個(gè)代表性的特征區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均布設(shè)7個(gè)～8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，其中包含已知參考站點(diǎn)和精化點(diǎn)，C1～C5位置如圖1所示。

數(shù)據(jù)處理時(shí)，通過似大地水準(zhǔn)面軟件，自動(dòng)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)位的GPS高程(即模型計(jì)算高程)。根據(jù)規(guī)范，由似大地水準(zhǔn)面模型計(jì)算的各檢測(cè)點(diǎn)GPS高程與其實(shí)測(cè)二等水準(zhǔn)高程不符值計(jì)算的中誤差，可視為似大地水準(zhǔn)面(即高程異常模型)的外符合高程精度。靜態(tài)檢測(cè)成果通過對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的GPS高程與其水準(zhǔn)高程比較，結(jié)果如表1所示。

圖1 正確性靜態(tài)GPS/水準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)位分布示意圖

正確性靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表1

由表1看出，應(yīng)用似大地水準(zhǔn)面成果計(jì)算的GPS高程與直接水準(zhǔn)高程較差最大值為 0.029 m，最小值為－0.030 m，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.016 m，由26個(gè)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其中誤差為±0.015 m，亦即寧波市似大地水準(zhǔn)面精度檢驗(yàn)的外符合高程中誤差為±0.015 m，達(dá)到了較高精度水平，滿足了精化預(yù)期的目標(biāo)。

4 實(shí)用性檢測(cè)分析

4.1 低等級(jí)靜態(tài)檢測(cè)分析

本項(xiàng)目中在寧波市的穿山半島布設(shè)了一個(gè)GPS D級(jí)靜態(tài)檢測(cè)網(wǎng)，用以實(shí)用性靜態(tài)檢測(cè)分析，如圖1東側(cè)D1區(qū)域的GPS控制網(wǎng)所示。

數(shù)據(jù)處理時(shí)，利用似大地水準(zhǔn)面軟件，自動(dòng)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)測(cè)GPS高程。檢測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)高程統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

實(shí)用性GPS D級(jí)網(wǎng)靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表2

從上表中可以看出，GPS D級(jí)網(wǎng)測(cè)量的全部檢測(cè)點(diǎn)GPS高程與其水準(zhǔn)高程比較，較差均小于CJJ/T 73－2010規(guī)范規(guī)定的 6 cm的限差，且中誤差小于±3 cm的技術(shù)指標(biāo)，完全滿足代替?zhèn)鹘y(tǒng)四等水準(zhǔn)的技術(shù)要求。

4.2 網(wǎng)絡(luò)RTK檢測(cè)分析

考慮到似大地水準(zhǔn)面成果今后應(yīng)用的多種實(shí)際方式，本應(yīng)用研究還進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)方式下的動(dòng)態(tài)實(shí)用性檢測(cè)。由于全市范圍較大，實(shí)用性檢測(cè)主要基于NBCORS系統(tǒng)，在全市區(qū)按照 8 km×8 km的密度，均勻布設(shè)網(wǎng)絡(luò)RTK高程檢測(cè)點(diǎn)，總共布設(shè)了132個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)處理時(shí)，測(cè)回間的垂直坐標(biāo)分量均不大于3 cm，取各測(cè)回結(jié)果的平均值作為最終觀測(cè)成果。利用LGO軟件，加載似大地水準(zhǔn)面精化模型，導(dǎo)入觀測(cè)數(shù)據(jù)，直接獲取網(wǎng)絡(luò)RTK高程。

網(wǎng)絡(luò)RTK檢測(cè)成果通過對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的RTK高程與其水準(zhǔn)高程比較，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表3所示。

實(shí)用性網(wǎng)絡(luò)RTK動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表3

經(jīng)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)RTK動(dòng)態(tài)檢測(cè)的RTK高程與其水準(zhǔn)高程最小較差為－0.036 m，最大較差為0.056 m，中誤差為±0.022 m。可以看出近1萬km2的寧波市似大地水準(zhǔn)面精化成果是比較理想的，達(dá)到了預(yù)期精化的目標(biāo)。

同時(shí)，動(dòng)態(tài)成果檢測(cè)表明，在132個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中，網(wǎng)絡(luò)RTK高程與其水準(zhǔn)高程的較差(絕對(duì)值)沒有超出相關(guān)規(guī)范規(guī)定的 6 cm限差，可以滿足CH/T 2009－2010規(guī)范規(guī)定的采用網(wǎng)絡(luò)RTK高程代替等外水準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)要求，也完全滿足CJJ/T 73－2010規(guī)范規(guī)定的采用網(wǎng)絡(luò)RTK高程代替圖等水準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)要求，這為寧波市解決各類測(cè)繪工作的高程控制提供了技術(shù)保障，諸如外業(yè)數(shù)字測(cè)圖和攝影測(cè)量與遙感的圖根測(cè)量、像片控制測(cè)量及碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集等等。

圖2 網(wǎng)絡(luò)RTK GPS/水準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)位分布略圖

5 結(jié)語

本研究是對(duì)寧波市似大地水準(zhǔn)面精化成果的應(yīng)用檢測(cè)和成果鑒定。主要分為正確性靜態(tài)檢測(cè)和實(shí)用性動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩種。總共布設(shè)了26個(gè)正確性靜態(tài)點(diǎn)和132個(gè)動(dòng)態(tài)檢測(cè)點(diǎn)，基本均勻覆蓋精化區(qū)域。檢測(cè)成果充分驗(yàn)證了似大地水準(zhǔn)面成果的精化精度，符合設(shè)計(jì)要求。

(1)同精度正確性靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果表明，寧波市似大地水準(zhǔn)面的外符合精度為±0.015 m。

(2)從實(shí)用性靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果來看，較差絕對(duì)值的平均為 0.015 m，具有良好精度。

(3)實(shí)用性動(dòng)態(tài)成果檢測(cè)表明，網(wǎng)絡(luò)RTK高程與其水準(zhǔn)高程的較差(絕對(duì)值)沒有超出相關(guān)規(guī)范規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求，也完全滿足CJJ/T 73－2010規(guī)范規(guī)定的采用網(wǎng)絡(luò)RTK高程代替圖等水準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)要求，這為我市解決各類測(cè)繪工作的高程控制提供了基本技術(shù)保障，為下一步基于NBCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK高程精度研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如果嚴(yán)格觀測(cè)條件和外業(yè)操作、規(guī)范技術(shù)要求，可以在此基礎(chǔ)上來研究其代替等級(jí)水準(zhǔn)的可行性，拓展其在其他測(cè)繪工作中的應(yīng)用。

［1］張旭東，符華年.幾何水準(zhǔn)和GPS高程混合布網(wǎng)模式及其在山區(qū)水準(zhǔn)測(cè)量中的應(yīng)用［J］.城市勘測(cè)，2011(2)

［2］曹學(xué)禮，張旭東，金頌偉等.寧波市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的構(gòu)建［J］.城市勘測(cè)，2008(2)

［3］王鳴霄，陶駿.似大地水準(zhǔn)面成果精度檢測(cè)的研究［J］.城市勘測(cè)，2010(2)

［4］李建成，姜衛(wèi)平，秦政國等.無錫市厘米級(jí)似大地水準(zhǔn)面的研究［J］.地理空間信息，2005，3(2)

［5］肖建華，王厚之，李江衛(wèi)等.武漢市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)［J］.城市勘測(cè)，2007(6)

［6］劉道明.合肥市厘米級(jí)大地水準(zhǔn)面的確定［J］.城市勘測(cè)，2011(3)