基于CORS的GPS水准拟合与省级似大地水准面成果精度对比分析

王松伦　高彦涛

摘 要：随着CORS的应用普及，利用CORS基准站为起算数据能够快速布设控制网，但是由于CORS基准站为CGCS2000坐标框架，因此，只能获得控制点的大地高。本文结合实例对GPS拟合高程、水准、大地水准面几种获得高程的方式进行对比分析，给出能有效解决高程问题的方案，具有重要的现实意义。

关键词：HNGICS；GPS似大地水准面；高程异常

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-0113-03

Precision Comparative Analysis of GPS Level Fitting Based on CORS

and Provincial Quasi Geoid

——A Case Study of Xinzhuang Coal Mine Monitoring in Yongcheng City

Wang Songlun1 Gao Yantao2

（1.Henan Water Conservancy Survey Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000；2.Surveying and Mapping Geographic Information Institute，Henan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development Bureau，Zhengzhou Henan 450006）

Abstract： With the popularity of CORS， using the CORS base station for initial data to rapid deployment of control network， but due to the CGCS2000 coordinate frame of CORS base station， therefore， can only get the control points of the earth high. This paper analyzed on GPS Fitting elevation， leveling， the geoid obtained several methods comparatively and gave a good solution to the problem of the elevation scheme， which has extensive practical significance.

Keywords： HNGICS；GPS Quasi Geoid；height anomaly

1 研究背景

河南省CORS系統HNGICS（Henan Geology Information Continuously Collecting and Operating System，HNGICS）于2009年由河南省地矿局建成，该系统采用Trimble的VRS（虚拟参考站技术）技术，提供高精度位置服务。HNGICS是由45个基准站组成的CORS系统，覆盖河南全省，平均基线长70km。系统自2009年运行以来，稳定可靠，基站24小时不间断采集GPS数据，采样分辨率最高1s，数据实时传回数据中心，系统提供GPS网络差分定位服务，系统运行稳定，数据测量精度可靠。目前，系统用户达到近200家，服务领域涉及地质、测绘、国土、规划、交通和电力等十多个行业。

HNGICS的推广应用促进了河南省高精度测绘的发展，定位精度大大提升，不受传统单基站RTK范围的限制，成本也大幅降低。但是，HNGICS系统的应用受一些因素的影响，如电离层稳定性、对流层延迟、模糊度锁定、高程精度相对较低等问题的影响。尤其是如何快速地获得精准的正常高一直以来是困扰广大用户的一大难题。

目前，主要通过似大地水准面的逼近解决求取高程异常的问题[1-2]。传统的手段通过GPS水准方法获取高程异常，即通过对控制点进行高精度GPS控制测量获得其大地高，通过水准测量获得控制点的正常高，从而通过二者求差获得高程异常。随着省级似大地水准面的发展，各个省份都在开展省级似大地水准面的建设工作。河南省于2010年开展了省级似大地水准面模型的建设工作，目前成果已经开始使用，但各个地区的精度是否一致，实际使用效果如何等问题仍有待商榷。本文拟通过区域GPS水准方法拟合获得区域似大地水准面并与省级似大地水准面成果进行对比，分析省级似大地水准面精度，并提出相应对策。

2 区域GPS大地水准面

传统的国家高程控制网是由精密水准测量来实现的，作为高程的参考框架网，而似大地水准面是新一代高程参考面，能实现大地高测量到正常高的转换（h正=HGPS–N，或h正常=HGPS–ζ，N和ζ分别为似大地水准面差值和高程异常）。因此，通过一定的精密水准测量，建立区域似大地水准面，可以实现通过GPS测量大地高来完成传统高程的测量。我国现有的大地水准面模型精度较低，仍不能满足一般工程测量的需求。目前，各个地区都在积极开展本地区的大地水准面的精化工作。核心问题就是如何通过GPS快速获得高精度的大地高，同时通过与水准测量相结合，从而建立不同级别的区域似大地水准面。

CORS系统的推广应用使得快速获得精确的大地高成为可能。相比传统的控制网，CORS的测量成果具有精度高、精度均匀、可靠性高等特点。同时，CORS基准网作为新一代三维框架基准，是一个高质量地心坐标基准，其静态测量相对精度达到10-9～10-8，动态精度达到厘米级，绝对精度达到分米甚至厘米级。CORS的网络RTK技术测量大地高精度能达到甚至优于厘米级，而且由于网络RTK技术是整网解算模式，因此，能够保证精度的一致性，能够避免传统水准测量通过线路传递获得高程而引起的累积误差[3-4]。通过CORS网的GPS测量能够很好地取代传统的GPS测量，从而为似大地水准面的精化工作提供保障。通过CORS技术与似大地水准面的结合，使GPSRTK技术能够快速获得正常高，而且精度大大提高，在一般工程测量中某种程度上替代了传统的水准测量，大大降低了作业成本。

本文通过HNGICS提供的VRS测量技术，在采煤塌陷区快速地建立区域GPS控制网，并进行高精度的水准测量，从而求取了控制点的高程异常，进而建立矿区的区域似大地水准面，为矿区塌陷监测提供了监测基准[5]。

3 以永城新庄煤矿监测为例

河南神火煤电股份有限公司新庄煤矿位于豫、皖两省交界的河南省永城市东部，行政区划属苗桥乡管辖。新庄煤矿区域交通以公路为主。该矿西据永城市24km，东距安徽省淮北市19km，西北120km可达京九、陇海两主干铁路的交通枢纽——商丘车站，东北94km至津浦、陇海两铁路之枢纽——徐州车站。其间均有公路连通，路面平坦，雨雪无阻，交通十分便利（见图1）。

新庄煤矿矿山地质环境监测任务于2013年10月开展，截至2014年8月完成第一周期前期工作任务。完成的具体工作量有：已完成地质环境调查30.01km2，基础图测、编绘30.01km2，葛店、新庄煤矿D级GPS控制测量共10点次，地面监测点前期选埋171点（第二、三、四周期会结合煤矿采掘工程平面图，合理增加监测点的埋设），还包括日常监测点维护，工作总结。2014年8月完成数据分析与整理、报告编写及图件绘制工作。

4 数据处理及精度分析

新庄煤矿矿山地质环境监测设计以HNGICS系统基准站为起算数据布设10个D级GPS控制点，由于HNGICS系统采用CGCS2000系统，因此，高程问题采用省级似大地水准面转换获得。同时，为了验证省级似大地水准面精度，采用GPS水准拟合、水准联测进行高程拟合验证[6]。

4.1 数据处理具体流程

数据处理具体流程见图2。

①以HNGICS系统基准站商丘永城（SQYC）、安徽淮北（AHHB）为起算点，联测10个D级GPS点及一个水准点，进行联合数据解算，见图3。

②利用科傻GPS数据处理软件（CosaGPS）基线解算结果进行平差，获得监测点的精确大地高，而高程进行拟合，由于已知水准点少，因此水准拟合精度低。

③采用省级似大地水准面成果进行高程转换，同时为了验证其精度，对监测点进行二等水准测量，从而获得监测点的准确高程。

4.2 精度对比分析及问题处理

监测点大地高以基准站为起算点，通过GPS静态观测获得；监测水准高程以水准点ZXC为起算数据获得；拟合高程以ZXC为起算点进行GPS高程拟合获得；通过省级似大地水准面转换获得大地水准面拟合高程；GPS拟合高程、似大地水准面拟合高程分别与水准高程进行了对比，对比发现：由于已知水准点个数较少，且该地区高程异常变化较大，导致GPS拟合高程精度不高，不能直接使用，而采用省级似大地水准面进行转换求取的高程与已知水准点存在近0.4m的系统差（见表1），因此，也不能直接使用，需要对系统差进行纠正。

5 结论

随着CORS的应用普及，利用CORS基准站为起算数据能快速布设控制网，但由于CORS基准站为CGCS2000坐标框架，因此，只能获得控制点的大地高，而正常高却很难获得。实验表明，由于一般已知水准点很少，因此，采用GPS高程拟合很难获得精度较高的拟合高程，而采用省级似大地水准面成果能够较好地解决该问题，但仍需要与地方已知水准点成果进行验证纠正。

参考文献：

[1]潘元.局域CORS参数和似大地水準面参数的获取[J].测绘与空间地理信息，2015（5）：217-218.

[2]罗天宇.基于CORS的局部似大地水准面精化分析与探讨[J].科技广场，2010（8）：70-72.

[3]王勇.基于GPS连续运行参考站系统的区域大地水准面精化及分区精化方法的研究与应用[D].昆明：昆明理工大学，2007.

[4]柏柳，肖鸾，胡友健.CORS的精度及其稳定性研究[J].河南理工大学学报，2005（4）：283-288.

[5]周东卫.虚拟参考站（VRS）技术的质量控制和完备性监测研究[D].成都：西南交通大学，2007.

[6]喻永平.CORS外业检核点数据处理方法研究[J].测绘工程，2015（11）：73-75.