何書鏡，杜仲進，郭坤偉

（1.福建省測繪院，福建 福州 350003）

三明市現(xiàn)代測繪基準體系的建立

何書鏡1，杜仲進1，郭坤偉1

（1.福建省測繪院，福建 福州 350003）

概述了三明市的地理概況和現(xiàn)代測繪基準框架體系建設(shè)的意義，詳細介紹了GNSS控制網(wǎng)、水準網(wǎng)、似大地水準面精化的建設(shè)實施、數(shù)據(jù)處理和精度分析的有關(guān)情況，展望了三明市現(xiàn)代測繪基準框架體系的應(yīng)用前景。

現(xiàn)代測繪基準體系；三明市；GNSS控制網(wǎng)；水準測量；似大地水準面精化

1 三明市概況

三明市位于福建省中西北部，是一座新興的工業(yè)城市、中國優(yōu)秀旅游城市、全國百強城市、福建省的重點林區(qū)，也是國務(wù)院批準建立的全國集體林區(qū)改革試驗區(qū)，國家林業(yè)局確定的全國集體林區(qū)林業(yè)產(chǎn)權(quán)制度改革唯一試點和海峽兩岸現(xiàn)代林業(yè)合作實驗區(qū)。轄2區(qū)1市9縣，土地總面積23 000 km2，山地占總面積82%，耕地占8.3%，水域及其他占9.7%，有“八山一水一分田”之稱。

隨著社會的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，用于建立和維持大地測量基準的技術(shù)手段、工具和理論方法發(fā)生了巨大的變化[1]。為滿足新技術(shù)條件下國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)及地球科學研究對三維動態(tài)大地測量基準框架的需求，建立高精度、三維、動態(tài)、多功能的國家空間坐標基準框架、國家高程基準框架、國家重力基準框架，以及由GNSS、水準、重力等綜合技術(shù)確定的高精度、高分辨率似大地水準面模型構(gòu)成的地理空間信息基準框架的需要[2-4]，三明市提出建設(shè)三明市現(xiàn)代測繪基準框架體系基礎(chǔ)設(shè)施的目標。

2 建設(shè)實施

為了滿足三明市經(jīng)濟發(fā)展、城市建設(shè)和人民文化生活對基礎(chǔ)地理信息的需求，《三明市“十二五”基礎(chǔ)測繪規(guī)劃》的一項重要目標是進一步豐富基礎(chǔ)地理信息資源，完善現(xiàn)代化測繪基準體系，提高基礎(chǔ)地理信息現(xiàn)勢性。三明市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)在國家和省空間坐標基準框架的基礎(chǔ)上，利用大地測量高新技術(shù)手段，在三明市現(xiàn)有平面成果資料和水準、重力資料等測繪成果的基礎(chǔ)上，布設(shè)覆蓋全市域集平面、高程、重力場信息于一體的綜合性基礎(chǔ)控制網(wǎng)，形成由大地基準、高程基準和重力基準等組成的高精度、三維地心、實用的三明市現(xiàn)代測繪基準體系基礎(chǔ)設(shè)施，為“數(shù)字三明”建設(shè)、測繪工程、推廣2000國家大地坐標系統(tǒng)（CGCS2000）提供了統(tǒng)一的空間定位基準。三明市現(xiàn)代測繪基準體系于2013～2014年建設(shè)完成并通過驗收。其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要包括三明市23 000 km2范圍內(nèi)的GNSS控制網(wǎng)的布設(shè)和實施，二、三等水準網(wǎng)的施測、計算和似大地水準面計算及相關(guān)軟件的編制等。

2.1 GNSS控制網(wǎng)

三明市現(xiàn)代測繪基準體系GNSS控制網(wǎng)由GNSS框架網(wǎng)和基本網(wǎng)組成。GNSS框架網(wǎng)用于獲取高精度的地心坐標，提高GNSS控制網(wǎng)整體精度，將基本網(wǎng)與CGCS2000坐標系鏈接起來，為三明市控制網(wǎng)建立提供精密參考框架。GNSS框架網(wǎng)由境內(nèi)及周邊的福建省連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（FJCORS）18個基準站組成?；揪W(wǎng)以GNSS框架網(wǎng)點為基礎(chǔ)，在已有的2004年福建省C級GPS網(wǎng)點[5]基礎(chǔ)上，加密布設(shè)GPS基本網(wǎng)控制點，點位選取均滿足GPS觀測條件，并盡量滿足水準觀測條件。GPS基本網(wǎng)控制點在各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道辦事處所在地或附近布設(shè)，基本滿足一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)布設(shè)一個點的要求?；揪W(wǎng)控制點共布設(shè)點位241個，新選埋199個，套合福建省C級GPS點38個，國家A級GPS控制點3個，其中聯(lián)測一等、二等三角點6個。GNSS控制網(wǎng)點分布見圖1（圖中站點位置已經(jīng)過保密處理，為示意位置，并非站點準確分布圖）。

GNSS控制網(wǎng)觀測按《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》規(guī)定執(zhí)行?？蚣芫W(wǎng)與FJCORS同步觀測；基本網(wǎng)按C級技術(shù)要求，使用Trimble 5800、R4、R8接收機基于FJCORS基準站同步的單點觀測模式進行觀測，每個點觀測2個時段，于2013-06-20～2013-07-19、2014-01-09～2014-01-12觀測，每時段長度不少于4 h。

數(shù)據(jù)處理軟件采用美國麻省理工學院的GAMIT/ GLOBK軟件（版本10.40）。收集18個FJCORS基準站同步觀測數(shù)據(jù)。GNSS控制網(wǎng)三維地心基準為CGCS2000，約束框架網(wǎng)點，使用框架網(wǎng)點已有坐標成果，作三維約束平差，求出基本網(wǎng)點成果。

圖1 GNSS控制網(wǎng)點分布圖（審圖號：閩S（2013）70號）

GNSS基本網(wǎng)基線以GPS Day（年積日）為單位進行解算,基本網(wǎng)同步環(huán)Nrms值均小于0.3周，基線解算時周跳基本剔除干凈。對整網(wǎng)的全部基線結(jié)果進行了x2檢驗，檢驗值均小于3。經(jīng)平差計算，基本網(wǎng)基線精度統(tǒng)計見表1，坐標精度統(tǒng)計見表2。其中，最弱邊0093-SC137，基線長度為4 043 m，相對中誤差為1.09×10-6。

表1 基本網(wǎng)基線精度統(tǒng)計

表2 基本網(wǎng)空間坐標精度統(tǒng)計/mm

為了檢校本次平面控制成果的可靠性，將基本網(wǎng)中聯(lián)測的41個2004年A級、省C級控制點成果與省C級控制點已有成果進行比較，點位間差值統(tǒng)計[6]結(jié)果見表3。已有控制點成果點位較差最小值為0.001 m，最大值為0.058 m，中誤差為0.028 m。說明本次基本網(wǎng)新測成果與已有成果變化不大，建議使用更新后的成果。

表3 基本網(wǎng)點位之間差值區(qū)間分布統(tǒng)計

2.2 水準網(wǎng)

水準網(wǎng)覆蓋三明市全市域，分為二等、三等水準，在現(xiàn)有的國家一等、二等水準路線和2012年FJCORS二等水準聯(lián)測路線基礎(chǔ)上，以附和路線、閉合環(huán)線及結(jié)點網(wǎng)形式布設(shè)，路線分布見圖2（圖中水準點位置已經(jīng)過保密處理，為示意位置，并非水準點準確分布圖）。二等水準路線主要布設(shè)在國家一等、二等水準路線未經(jīng)過或點位破壞嚴重地區(qū)。二等、三等水準聯(lián)測新選埋的可聯(lián)測水準的基本網(wǎng)控制點以及水準路線附近的其他水準點，共聯(lián)測點位133個，其中新選埋基本網(wǎng)控制點108個，省C級GPS點9個，新選埋水準點8個，路線上其他水準點8個。二等水準線路3條，路線長度675.9 km，采用2臺徠卡DNA03、1臺天寶Dini0.3觀測，聯(lián)測了32個水準點、控制點。三等水準線路附合路線15條，閉合環(huán)線2條，三等支線33條，路線長度1 622.3 km，采用6臺徠卡 DNA03、4臺索佳 SDL30M和1臺套天寶 Dini0.3觀測，聯(lián)測了189個控制點、水準點。

圖2 二、三等水準聯(lián)測圖（審圖號：閩S（2013）70號）

水準概算進行了數(shù)據(jù)準確性與一致性的檢核。二等水準進行標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正、日月引力改正、閉合差計算及每km水準測量全中誤差計算，用全部二等水準路線高差不符值計算的每km水準測量偶然中誤差為±0.49 mm，滿足二等±1.0 mm的限差要求，閉（附）合路線用經(jīng)過各項改正后的高差計算的每km全中誤差為±0.26 mm，滿足二等±2.0 mm的限差要求。三等水準進行標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正，用全部三等水準路線高差不符值計算的每km水準測量偶然中誤差為±1.26 mm，滿足三等±3.0 mm的限差要求，閉（附）合路線用經(jīng)過各項改正后的高差計算的每km全中誤差為±3.48 mm，滿足三等±6.0 mm的限差要求。

平差按逐級控制原則分等級進行，在國家二期一等水準網(wǎng)復測成果下進行二等水準路線平差，在新布設(shè)的二等水準路線和2004年浙閩贛區(qū)域似大地水準面精化試點項目二等水準的基礎(chǔ)上進行三等水準路線平差。二等水準網(wǎng)平差以加過標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正和海潮負荷改正后的往返測高差中數(shù)為元素，三等水準網(wǎng)平差以加過標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正的往返測高差中數(shù)為元素，待定結(jié)點高程為未知數(shù)，按路線測站數(shù)定權(quán)進行結(jié)點平差。當結(jié)點高程及路線高差改正量計算完成后，采用附合路線平差的方法推求其他各水準點的高程。二等水準平差后每km單位權(quán)中誤差為±0.26 mm。三等水準平差后每km單位權(quán)中誤差為±3.46 mm，最弱結(jié)點高程中誤差為±17.38 mm。

為了檢校本次高程控制成果的可靠性，將新布設(shè)的水準路線聯(lián)測已有20點成果與2004年浙閩贛區(qū)域似大地水準面精化試點項目[5]中的二、三等水準點成果進行比較，高程之間差值[7,8]絕對值最小值為0，最大值為0.084 m，中誤差為0.026 m，統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 水準點高程差值區(qū)間分布統(tǒng)計

2.3 似大地水準面精化

似大地水準面精化利用地球重力場模型、數(shù)字地形模型和地面重力資料獲得該地區(qū)高分辨率柵格重力異常值，確定重力似大地水準面，將重力似大地水準面擬合適配于該區(qū)域的GPS水準網(wǎng)，獲得最終似大地水準面。收集該區(qū)域及周邊地區(qū)重力點和1：50 000 CGCS2000地形數(shù)據(jù)DEM成果完成規(guī)則格網(wǎng)重力似大地水準面計算，利用GPS水準點進行重力似大地水準面擬合糾正。充分利用該地區(qū)及周邊地區(qū)的重力點成果、DEM、全球重力場模型及分布較均勻的、現(xiàn)勢性較好的GPS水準成果，采用重力法及移去-恢復技術(shù)，計算重力區(qū)域似大地水準面[9]。利用該區(qū)域?qū)崪y的142 點、2004年省C級21點、周邊（江西）6點，共169點GPS/水準點，選擇自適應(yīng)最小二乘配置糾正重力似大地水準面，獲取全市域范圍內(nèi)符合要求（±3.1 cm）的高精度、高分辨率似大地水準面成果，見圖3。根據(jù)該區(qū)域最終似大地水準面2.5'×2.5'格網(wǎng)成果，按照雙線性內(nèi)插方法編制相應(yīng)的似大地水準面插值軟件。

為了檢測似大地水準面精化模型精度[10]，在測區(qū)均勻布設(shè)20個外部檢核點，使用同精度同方法施測，與似大地水準面插值軟件計算檢核點的大地水準面擬合值進行比較，最大值為5.1 cm，最小值為-6.3 cm，中誤差為±3.1 cm。

圖3 似大地水準面等值線圖

3 結(jié) 語

三明市現(xiàn)代測繪基準體系采用了框架網(wǎng)、基本網(wǎng)的布網(wǎng)形式，在CGCS2000下將省、市控制網(wǎng)通過重合點納入到基本網(wǎng)中，為CGCS2000、1954北京坐標系、1980西安坐標系等坐標相互轉(zhuǎn)換提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。提供高精度的GNSS框架網(wǎng)、基本網(wǎng)控制點和二、三等水準點成果及高分辨率的似大地水準面模型，建立覆蓋全市域的三維地心基準，統(tǒng)一全市域二維平面基準和高程基準，為三明市地理空間信息相關(guān)活動提供了統(tǒng)一的空間定位基準。三明市高精度似大地水準面和FJCORS的結(jié)合，可代替較低等級水準測量，有效減少野外測繪工作量，極大地改善傳統(tǒng)的平面和高程測量作業(yè)模式，推進衛(wèi)星定位技術(shù)的社會化應(yīng)用進程，提高測繪服務(wù)保障能力，滿足三明市數(shù)字城市建設(shè)和現(xiàn)代測繪的需要，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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P208

B

1672-4623（2016）03-0088-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.028

何書鏡，正高職高級工程師，注冊測繪師，從事大地測量、工程測量及測繪生產(chǎn)管理工作。

2015-01-23。

項目來源：福建省科技重大專項專題任務(wù)資助項目（2013HZ0002-1）。