似大地水准面成果精度检测的研究

王鸣霄，陶骏

(南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏南京 210005)

似大地水准面成果精度检测的研究

王鸣霄∗，陶骏

(南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏南京 210005)

针对南京市似大地水准面的使用进行不同观测时间的GNSS高程观测成果进行高程检查，为后期似大地水准面成果的推广应用提出了有益的建议与思考。

GNSS高程测量；似大地水准面；精度检测

1 引 言

城市高精度似大地水准面精化工程，是在国家空间数据基准框架的基础上，以现代大地测量技术为基础，主要是利用GNSS技术、水准测量技术、重力测量技术及现有重力场的数据、理论和方法，建立区域高分辨率的似大地水准面。可以进一步完善城市基础测绘基准体系。

大多数城市地理信息系统及其应用基于二维坐标系，虽然系统可以产生高质量的图形显示，但缺少管理、分析三维的功能，难以满足数字城市的三维空间特征要求。GNSS定位技术可以直接精确地测定地面点的三维大地坐标，高精度似大地水准面精化成果可以较好地解决GNSS高程应用的问题。

本文以南京为例探讨城市高精度似大地水准面精化成果的检测方法。

2 检测方案的确定

似大地水准面建立后的目的是为了替代低精度直接水准，为了检验建立的似大地水准面精度确定了两种检测方案:

(1)可靠性检测

结合南京市及周边地形、地质情况在似大地水准面数据覆盖范围内选择8～10个区域进行检测，区域基本涵盖了丘陵、平原和水网地区。每个区域布设检测点3个左右，联测2～3个C级网点，即每个测区由5～6点组成的控制网。检测点均直接利用原有城市二等水准点，GPS观测按照建立全面网(C级网)的观测要求进行。为保证水准成果可靠，所有检测点均需与周边水准点进行二等直接水准联测。在联测精度符合《国家一、二等水准测量规范》相关要求后方可使用该点水准成果。

(2)实用性检测

实用性检测主要结合常规的GPS工程控制网进行。检测区域主要选择在城市建设发展较快的区域。平差计算软件采用商业随机软件。实用性检测选择一个二等GPS网和两个四等GPS网进行。其中二等GPS网是以120 min观测数据获得的精化高与二等水准获得海拔高进行比较，以检查120 min观测数据的精化成果的可靠性。利用似大地水准面成果计算出精化高程，并将精化高与直接水准联测所得的高程进行比较，求出差值和差值的标准差，并对检核结果进行综合统计、分析。四等GPS网是以45 min～60 min观测数据获得的精化高与四等水准获得海拔高进行比较，以检查45 min～60 min观测数据的精化成果的可靠性。利用似大地水准面成果计算出精化高程，并将精化高与直接水准联测所得的高程进行比较，求出差值和差值的标准差，并对检核结果进行综合统计、分析。

3 试验结果

(1)可靠性研究

选取一些符合要求的控制点作为检测点，利用双频GNSS接收机对检测点进行静态观测(观测要求与精化似大地水准面观测要求相同)和二等水准测量，然后将获得的精化高与几何高程进行比较比较结果如表1所示。

似大地水准面可靠性检测统计表 表1

(2)基于现有GNSS控制网的应用

充分分析和利用现有GNSS工程控制网的基础上。选择一个二等GNSS网和两个四等GNSS网进行。总覆盖面积约3 000 km2。

二等GNSS网选择2006年6月布设的南京市地铁一号线南延线首级GNSS控制网为试验网，全网共有控制点19个，其中全面网点2点、待定点17点。观测精度严格按照二等GNSS观测要求进行，同步观测时间均大于120 min。共有50条基线参与平差，其中重复基线7组。在平差前对构成平差网的基线进行同步环、异步环闭合差和重复基线互差的检核。GNSS网精度统计如表2所示。

GNSS网误差统计表 表2

利用似大地水准面精化成果将GNSS大地高转换为正高与直接水准成果比对结果如表3所示。

精化高成果与直接水准比较表 表3

四等GNSS网选择2004年布设的江北四等网和江南四等网为试验网，其中江北四等网共有控制点150点，其中包含框架网点1个，全面网点18点、四等GNSS点131点。观测精度严格按照四等GNSS观测要求进行，同步观测时间均大于45 min。共有505条基线参与平差，其中重复基线61组。在平差前对构成平差网的基线进行同步环、异步环闭合差和重复基线互差的检核。GNSS网精度统计如表4所示。

GNSS网误差统计表 表4

利用似大地水准面精化成果将GNSS大地高转换为正高与直接水准成果比对结果如表5所示。

精化成果与直接水准成果比较表 表5

江南四等网于2006年布设完成，全面网点19点、四等GNSS点45点。观测精度严格按照四等GNSS观测要求进行，同步观测时间均大于 45 min。共有171条基线参与平差，其中重复基线20组。在平差前对构成平差网的基线进行同步环、异步环闭合差和重复基线互差的检核。GNSS网精度统计如表6所示。

GNSS网误差统计表 表6

利用似大地水准面精化成果将GNSS大地高转换为正高与直接水准成果比对结果如表7所示。

精化高成果与直接水准比较表 表7

(3)RTK的应用

采用RTK设备，采样间隔设为1 s进行连续采集，确定利用似大地水准面数据后得到满足国家基础地形图、管线图精度要求的成果的技术需求。选择34个控制点进行1 s采样间隔的RTK数据采集，采样时间为3 min。

采样的数据质量要求为:置信度设置在99.9%，固定解状态且HRMS≤0.02，VRMS≤0.02。在不提出粗差的情况下，首先将RTK测量成果与原有控制点进行比对，当△S和△H均小于5 cm时统计X、Y和H的最大值与最小值之差，确定数据的离散度。1 s采样间隔数据离散度统计如表8所示。

1 s间隔数据采样成果统计表 表8

考虑到本次实验RTK基准站与流动站之间的数据传输是利用GPRS模式进行的，且部分地区的GPRS信号不稳定，故对表8中S18和S15两组数据进行剔除后统计，结果如表9所示。

剔除粗差后的统计表 表9

4 试验结论

(1)利用长时间高精度的GNSS观测成果配合似大地水准面成果可取代长距离或山地地区的二等水准测量；

(2)采用双频接收机进行常规等级GNSS工程网观测，应用似大地水准面成果，也能取得比较理想的效果，可取代四等水准测量；

(3)值得注意的是，GNSS同步观测时间、GNSS仪器高的量取精度和观测环境等因素对GNSS大地高测量精度的影响，会最终决定似大地水准面成果的应用效果；

(4)鉴于四等GNSS测量本身的观测时间和观测精度要求，四等GNSS观测成果替代四等水准成果还需谨慎；

(5)针对困难地区高等级水准或特殊的工程需求，似大地水准面成果的引用可采取高等级GNSS网观测、精密的GNSS处理软件和数据处理方法，以保证GNSS大地高成果的可靠性。

(6)由于RTK测量精度的限制，利用RTK作业模式得到的高程成果仅可作为图根水准成果使用，原则上仅能作为1∶500等大比例尺地形图等低精度要求的测量控制点，若结合连续运行卫星定位系统配合使用或许能取得更佳的效果；

(7)RTK实验数据表明，RTK测量成果的平面精度和高程精度在±5 cm范围内，误差呈现正态分布，符合RTK技术的误差特点。为了保证最终成果的可靠性，建议在重置整周模糊度的情况下多次测量后取平均使用。

[1]潘宝玉.论高精度GPS高程测量[J].地矿测绘，1995(1)

[2]周忠谟，易杰军，周琪.GPS测量原理与应用[M].北京:测绘出版社，1997:70～225

[3]黄劲松.GPS测量数据处理教程[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社，1998

[4]王鸣霄.南京市高精度基础框架的建立与研究[D].硕士论文，2009

Accuracy Detection Research of Nanjing Quasi－Geoid Results

Wang MingXiao，Tao Jun
(Nanjing Institute of Surveying，Mapping＆Geotechnical Investigation，Co.Ltd，Nanjing 210005，China)

Nanjing quasi－geoid for the use of different observation time，observation GNSS height elevation examination results，for the latter part of quasi－geoid popularization and application of the results made useful suggestions and reflection.

GNSS height elevation；quasi－geoid refinement；accuracy detection

1672－8262(2010)02－73－03

P228

A

2009—12—17

王鸣霄(1976—)，男，工程师，主要研究方向为GPS定位技术。