鄧思勝，宋傳峰，陳 敬，侯 雪

（1. 廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500；2. 武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430079）

測繪基準(zhǔn)作為獲取空間信息的基礎(chǔ)設(shè)施，是為進行測繪工作所確定和建立的各類起算點、起算面及其相應(yīng)參數(shù)的總稱[1-3]?，F(xiàn)代測繪基準(zhǔn)包括大地坐標(biāo)基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)等[4]。我國20 世紀(jì)建立的測繪基準(zhǔn)曾為我國的國家發(fā)展和安全做出了重要貢獻(xiàn)[5]。進入21 世紀(jì)后，各地逐步開啟了現(xiàn)代化測繪基準(zhǔn)建設(shè)道路[6-8]，主要包括建立CORS 站和實施區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化[9]。

2019 年國家發(fā)布了《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》，支持香港、澳門與內(nèi)地融合發(fā)展；但由于歷史因素，粵、港、澳三地建立的測繪基準(zhǔn)不盡相同[10-14]，這將導(dǎo)致覆蓋港澳的相關(guān)重大工程和科學(xué)項目難以實施，阻礙粵港澳協(xié)同發(fā)展。因此，廣東省準(zhǔn)確把握規(guī)劃綱要重點任務(wù)，組織并實施了粵港澳大灣區(qū)測繪基準(zhǔn)建設(shè)項目。該項目收集并處理了大灣區(qū)內(nèi)廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門等8個地市原有的920個、國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)工程一期18個和港珠澳大橋工程建立的16個GNSS水準(zhǔn)點；通過在空白區(qū)域——肇慶市布測二等水準(zhǔn)路線840 km，并聯(lián)測全域內(nèi)GNSS-B級點123個，實現(xiàn)了大灣區(qū)GNSS水準(zhǔn)點的全覆蓋?；贕NSS 水準(zhǔn)點，以國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)工程一期GNSS水準(zhǔn)點為主，采用23 441個重力數(shù)據(jù)點計算確定了總覆蓋面積6.7 萬km2、陸海一體、高精度的粵港澳大灣區(qū)似大地水準(zhǔn)面模型，統(tǒng)一了大灣區(qū)的大地坐標(biāo)基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)；同時建立了大灣區(qū)成果與港、澳以及8 個地市原有成果的多向轉(zhuǎn)換關(guān)系，有利于新舊測繪成果的融合利用。

本文簡要回顧了大灣區(qū)各地市以及港、澳的測繪基準(zhǔn)現(xiàn)狀，介紹了粵港澳大灣區(qū)測繪基準(zhǔn)建設(shè)與統(tǒng)一的技術(shù)思路，并對其成果應(yīng)用方式進行了探討，旨在為成果使用提供實際應(yīng)用參考。該項目的技術(shù)思路對相關(guān)工程的實施也具有一定的借鑒意義。

1 粵港澳大灣區(qū)原有測繪基準(zhǔn)現(xiàn)狀

本文在項目實施前收集了大灣區(qū)9 個地市和港澳地區(qū)的測繪基準(zhǔn)現(xiàn)狀，并簡要介紹了國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)工程一期以及港珠澳大橋工程所采用測繪基準(zhǔn)的基本情況，如表1 所示，可以看出，各地市和港澳地區(qū)的大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)不盡相同、建設(shè)年代各異；肇慶市沒有可用的二等水準(zhǔn)資料。通過基準(zhǔn)兼容性分析可知，采用相同大地坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門等地市在相鄰城市交界處的大地坐標(biāo)差異可達(dá)3~6 cm，水準(zhǔn)高程差異可達(dá)2~7 cm；而采用不同大地坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的城市存在更大的系統(tǒng)誤差。大灣區(qū)大地基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)的不統(tǒng)一嚴(yán)重阻礙了相關(guān)工程和科學(xué)項目的實施，不利于粵港澳大灣區(qū)協(xié)同發(fā)展。因此，粵港澳大灣區(qū)測繪基準(zhǔn)建設(shè)與統(tǒng)一項目的實施勢在必行。

表1 大灣區(qū)原有測繪基準(zhǔn)情況統(tǒng)計

2 粵港澳大灣區(qū)測繪基準(zhǔn)建設(shè)與統(tǒng)一

本項目的建設(shè)內(nèi)容主要包括大地基準(zhǔn)的建設(shè)與統(tǒng)一、高程基準(zhǔn)的建設(shè)與統(tǒng)一以及新舊基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換關(guān)系的建立。

2.1 總體技術(shù)路線

國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)工程一期建設(shè)的測繪基準(zhǔn)體系是由國家組織實施建設(shè)的、全國性的、具有較高精度和現(xiàn)勢性的現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系[3]。本項目的目標(biāo)是將大灣區(qū)原有基準(zhǔn)統(tǒng)一到與國家一致的測繪基準(zhǔn)體系上來。其總體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)路線圖

2.2 大地基準(zhǔn)建設(shè)

粵港澳大灣區(qū)大地基準(zhǔn)由本次布設(shè)的CORS 網(wǎng)和GNSS-B 聯(lián)測網(wǎng)的大地成果、各地市原有GNSS點位成果、國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)工程一期以及港珠澳大橋工程的GNSS 點位成果共同構(gòu)成。CORS 網(wǎng)共選取130 個CORS站，其中廣東113個、香港15個、澳門2個。

首先選取分布均勻、具有與國家成果相一致的部分CORS站作為起算，獲取全部CORS站、GNSS-B聯(lián)測網(wǎng)點的大地坐標(biāo)，稱為新大地基準(zhǔn)；再以這些站點為起算，分區(qū)獲取新大地基準(zhǔn)下各地市原有GNSS 點位成果和港珠澳大橋工程的GNSS 點位成果，以此實現(xiàn)大灣區(qū)大地基準(zhǔn)的統(tǒng)一。

新布測GNSS 網(wǎng)的基線解算采用GAMIT 軟件。由于該軟件僅支持單系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算，暫未支持多系統(tǒng)組合解，且GNSS-B 級聯(lián)測網(wǎng)的部分站點也僅能跟蹤GPS 信號，因此本項目僅處理了GPS 的觀測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理時，引入了BJFS、CHAN、WUHN、LHAZ、URUM、USUD、KIT3、POL2、SUWN 九個全球跟蹤站作為基線解算的坐標(biāo)約束基準(zhǔn)，并將GNSS 控制網(wǎng)劃分為南、北兩個子網(wǎng)，子網(wǎng)與子網(wǎng)之間通過均勻分布的13 個CORS 站進行連接，站點分布如圖2 所示。CORS網(wǎng)和GNSS-B級聯(lián)測網(wǎng)的基線解算相對精度均達(dá)到了10-9，所有同步時段的NRMS 值均小于0.2。由此可知，本次基線解算精度較好。

圖2 CORS網(wǎng)和GNSS-B聯(lián)測網(wǎng)點位示意圖

網(wǎng)平差采用GLOBK 軟件。整體平差得到的CGCS2000 框架下GNSS-B 聯(lián)測網(wǎng)、CORS 網(wǎng)點位精度如表2、3所示。分區(qū)平差地市原有以及港珠澳大橋工程的GNSS網(wǎng)時，則直接利用原有的H文件。

表2 GNSS-B聯(lián)測網(wǎng)點位精度中誤差統(tǒng)計/m

表3 CORS網(wǎng)點位精度中誤差統(tǒng)計/m

2.3 高程基準(zhǔn)建設(shè)

粵港澳大灣區(qū)高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一體現(xiàn)在高精度似大地水準(zhǔn)面模型的建立上；通過在空白區(qū)域——肇慶市布測二等水準(zhǔn)路線，實現(xiàn)了大灣區(qū)全域GNSS 水準(zhǔn)點的覆蓋。這些點位的大地基準(zhǔn)已通過CORS網(wǎng)和GNSS聯(lián)測實現(xiàn)了統(tǒng)一，但高程基準(zhǔn)間仍存在系統(tǒng)差異，不能作為似大地水準(zhǔn)面精化的控制點。由于國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)工程一期的GNSS 水準(zhǔn)點具有與國家相一致的水準(zhǔn)和GNSS 成果，且在項目范圍內(nèi)均勻分布，因此項目以該類GNSS 水準(zhǔn)點為主，綜合利用相關(guān)地形數(shù)據(jù)、衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)和重力測量數(shù)據(jù)建立了粵港澳大灣區(qū)似大地水準(zhǔn)面模型，如圖3所示。

圖3 2＇×2＇GNSS重力似大地水準(zhǔn)面/m

通過18 個GNSS 水準(zhǔn)點對大灣區(qū)重力似大地水準(zhǔn)面模型進行精度評價發(fā)現(xiàn)，模型精度為0.014 m，經(jīng)GNSS 水準(zhǔn)點與重力似大地水準(zhǔn)面擬合后的格網(wǎng)水準(zhǔn)面模型的精度為0.010 m（內(nèi)符合）。由665 個檢驗點的精度檢驗可知，模型整體外符合精度為0.017 2 m，檢驗點來源于廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶等廣東省9 個地市，香港、澳門地區(qū)以及港珠澳大橋項目的原有GNSS 水準(zhǔn)點，檢驗時已移除系統(tǒng)偏差。通過107個香港GNSS水準(zhǔn)點和16 個澳門GNSS 水準(zhǔn)點對模型進行精度檢驗發(fā)現(xiàn)，整體點位高程中誤差分別為±0.022 m 和±0.018 3 m。項目選取江門市范圍的92 個GNSS-B、C 級點，經(jīng)實測GNSS 參與應(yīng)用精度檢驗，結(jié)果表明，檢驗點殘差最大值為0.055 3 m，最小值為-0.043 7 m，RMS 值為0.019 2 m。由此可知，本項目建立的大灣區(qū)似大地水準(zhǔn)面模型正確可靠、在廣東省9 個地市以及香港、澳門地區(qū)均具有較高的精度。

2.4 新舊基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

為實現(xiàn)新舊測繪成果的融合利用，本項目分別建立了新大地基準(zhǔn)、新高程基準(zhǔn)（似大地水準(zhǔn)面模型）與原有各地市、香港、澳門以及港珠澳大橋工程的大地基準(zhǔn)與高程基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。大地基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換主要通過布爾莎七參數(shù)模型求取兩種坐標(biāo)系間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)[15]；高程基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換主要求取由模型計算的GNSS 水準(zhǔn)點高程與原有高程之間的常數(shù)偏差。港澳地區(qū)大地基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度統(tǒng)計如表4、5所示。

表4 不同坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換殘差的RMS值

表5 不同高程基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度統(tǒng)計

3 成果應(yīng)用方式探討

本項目建立了大灣區(qū)統(tǒng)一的大地基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)以及與原有基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。大地基準(zhǔn)由大灣區(qū)范圍內(nèi)GNSS 控制點的大地坐標(biāo)體現(xiàn)，高程基準(zhǔn)由高精度似大地水準(zhǔn)面模型體現(xiàn)，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換關(guān)系則包括新舊基準(zhǔn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和高程轉(zhuǎn)換參數(shù)。

項目成果應(yīng)用包括直接法與間接法兩種方式，其中直接法是指通過聯(lián)測部分GNSS 控制點獲取未知點的新大地基準(zhǔn)坐標(biāo)，或通過GDCORS 服務(wù)系統(tǒng)[16]實時動態(tài)獲取未知點在新大地基準(zhǔn)下的坐標(biāo)，再利用似大地水準(zhǔn)面模型獲取未知點的高程值；間接法是指在獲取原有基準(zhǔn)框架下的坐標(biāo)或高程值后，利用本項目的轉(zhuǎn)換參數(shù)獲取大灣區(qū)統(tǒng)一框架下的坐標(biāo)和高程值。

4 結(jié) 語

粵港澳大灣區(qū)測繪基準(zhǔn)建設(shè)項目充分利用了已有測繪成果資料，采用現(xiàn)代大地測量技術(shù)和方法，精化了大灣區(qū)陸地全域以及鄰近海域的似大地水準(zhǔn)面模型，建立了大灣區(qū)統(tǒng)一的、與國家基準(zhǔn)一致的、高精度的三維大地基準(zhǔn)，并通過粵港澳大灣區(qū)似大地水準(zhǔn)面模型延伸到高程基準(zhǔn)、深度基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn)的統(tǒng)一，為下一步全面更新提升廣東全省似大地水準(zhǔn)面模型精度，延伸擴展服務(wù)區(qū)域，開展全省陸海統(tǒng)一空間定位基準(zhǔn)框架建設(shè)積累經(jīng)驗。

1）基于粵港澳CORS 站實現(xiàn)了大地基準(zhǔn)的統(tǒng)一，實現(xiàn)了2000 國家大地坐標(biāo)系、香港大地坐標(biāo)系（ITRF96 框架）和澳門大地坐標(biāo)系（ITRF2005 框架）之間坐標(biāo)框架的嚴(yán)密轉(zhuǎn)換，有利于統(tǒng)一基準(zhǔn)的維持和更新。

2）通過新建立的似大地水準(zhǔn)面模型實現(xiàn)了粵港澳大灣區(qū)高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一，確定了1985 國家高程基準(zhǔn)、香港高程基準(zhǔn)面和澳門特別行政區(qū)平均海平面高程之間的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換關(guān)系，為結(jié)合GNSS 技術(shù)實時獲得厘米級高程測量結(jié)果奠定了基礎(chǔ)。

3）可利用GDCORS 坐標(biāo)基準(zhǔn)實時服務(wù)平臺實現(xiàn)項目成果與GDCORS的融合應(yīng)用，進一步提升粵港澳大灣區(qū)衛(wèi)星定位服務(wù)平面和高程應(yīng)用的精度，為粵港澳大灣區(qū)發(fā)布基于統(tǒng)一基準(zhǔn)、地方格網(wǎng)坐標(biāo)和高程的網(wǎng)絡(luò)RTK實時定位服務(wù)做好充分準(zhǔn)備。