论文部分内容阅读
摘 要：本文主要介绍了似大地水准面二次精化成果的检核分析并用实例验证。
关键词：大地水准面；精化技术；应用
中图分类号：P224.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0197-01
前 言
似大地水准面作为一种具有物理意义的面，从地面点沿正常重力方向至正常高端点所构成的曲面，在局部范围内变化是连续的，可以采用数学方法来进行拟合。多项式拟合作为一种高效的计算方法，被广泛应用于模型中。由于我国是采用的正常高系统。我们常规是用GPS大地高减去水准高程得到高程异常值，进而来确定正常高的值。但是由于某些测区高程异常变化不是很平缓，导致拟合精度较差，不能满足生产的需要。
某省格网似大地水准面数据其精度优于±0.078m。其是将Molodenskii方法确定的重力大地水准面拟合到GPS水准似大地水准面上得来的。此方法可以大大消除和减小两者固有的纵向偏差和水平倾斜误差。由于该省似大地水准面跨越面积较广，GPS测量范围有限，导致其分辨率不高。在县级范围内，拟合后的似大地水准面和地区GPS似大地水准面之间依然存在较大差异，还是不能满足基础测绘及工程测量的需求，需要对小范围城市的似大地水准面成果进行二次精化。
假如我们已有局部（如市级）似大地水准面精化成果，我们将其作为初始值，将测得小地区（如县级）一定的GPS/水准点后利用后者的高程异常值与前者的残差进行拟合，精度必然会得到大大的提高，但是究竟能到达什么精度，能否满足我们工程建设的需要，是我们所要关心研究的问题。
1 似大地水准面二次精化成果的检核方法
在城市似大地水准面二次精化求定过程中，由于核心技术的突破，精度已达到1cm。精确求定1cm精度的似大地水准面的控制点的高程精度已达到国家四等水准的精度要求。有着十分巨大的社会和经济效益，高精度的精化成果，为城市总体规划和建设，地质灾害预测可持续发展，提供了高精度、统一的动态空间平台，可以直接为城市基础地形图数据、地下管线数据的动态更新服务。
本文重点研究了运用外部数据检核，以及精度评定的方式，采用正确性检核和实用性检核的方法进行理论验证。正确性检核时，GNSS-RTK观测按RTK图根点观测技术要求；水准观测按高程异常控制点同精度的四等水准观测技术要求。其目的主要是检验似大地水准面的精度，评定是否符合似大地水准面模型要求的高程中误差的精度指标。
实用性检核采用等外水准观测技术要求；网络RTK观测采用该省一个县的CORS系统，卫星截止高度角为15°。RTK观测总测回数为2个，测回间对仪器重新进行初始化，采样间隔为1s。每测回自动观测历元数为20个。观测前设置的垂直收敛值不超过3cm，实用性检核点都具有四等水准及以上的水准高程。
2 正确性检核分析
以该省一个县为例，简要说明如何进行正确性检核分析。本项目测区面积约200km2，地势较为平坦。高程异常控制点共布设30个，点位选用原有E级GPS点。
数据处理时，是把GPS所测的大地高数值，通过沭阳县似大地水准面精化软件，自动计算每个点位的模型高程。根据当地的数字高程模型（DEM）转化为当地的正常高。再与其实测的各点的四等水准高程，进行不符值计算并计算中误差。
应用沭阳县似大地水准面软件计算的GPS高程与直接水准高程较差最大值为0.028m；最小值为0m；由30个检测点数据计算其中误差为±0.0119m。沭阳县精化成果达到了较高精度水平，满足了等外水准的预期目标。
3 实用性检核分析
网络RTK检核分析与结论：
为实现该省似大地水准面二次精化成果，在该省其它中小城市的应用。特别是在图根高程控制测量方面，我们进行了网络RTK作业方式下的动态实用性检核。如在沭阳县，基于沭阳县CORS系统，在建城区约100km2的范围内，均匀布设网络RTK高程检测点，共布设2128个高程检测点。
数据处理时，测回间的垂直坐标分量均不大于3cm。取各测回结果的平均值作为最终观测成果。利用LGO软件加载沭阳县似大地水准面精化模型，导入观测数据，直接获取网络RTK高程。
网络RTK高程检测点，采用等外水准测量的方法取得。高程控制测量是以沭阳县城乡与住房建设局提供的8个四等GNSS控制点成果为起算数据。等外水准测量采用电子水准仪、区格式木质双面水准尺进行外业观测，采用某公司自主开发的PDA电子手簿记录，读数方法为中丝法，直读视距，观测顺序为后-后-前-前。观测完成后将原始数据传送到计算机，自动形成外业观测文件并打印输出。
在作业期间，定期进行仪器i角的测定，i角值稳定在-11.89″，符合观测要求。水准外业各项观测技术指标完全满足要求后，平差计算前各段水准观测高差均进行水准标尺每米真长改正和正常水准面不平行改正计算，经计算由于测区地势平坦、测段高差与测段长度較小，按水准规范要求均不需要改正。采用《NASEW2003工程测量控制微机平差系统》进行水准网纯迭代6次严密平差，平差结果包括各RTK高程检测点的高程值。
在2128个检测控制点中，网络RTK高程与其水准高程的较差没有超出相关规范规定的±5cm限差的技术指标的要求。完全满足《卫星定位城市测量规范》（CJJ/T73-2010）规定的采用网络RTK高程代替等外水准的技术指标要求。这为沭阳县解决各类测绘工作的高程控制提供了技术保障，如外业数字测图、工程测量、地下管线测量、摄影测量等等。
4 结束语
本文详细阐述了某省一个县似大地水准面二次精化成果的应用、检测和成果鉴定。检测成果充分验证了似大地水准面二次精化成果的精化精度，符合规范的要求。验证了网络RTK高程完全可以替代等外水准高程。为沭阳县解决各类测绘工作的高程控制提供了理论依据。如果严格执行规范观测条件和外业操作，可以在此基础上来研究其代替等级水准的可行性，扩展其在其它测绘工作中的应用。
参考文献
[1]《国家三、四等水准测量规范》GB/T12898-2009[Z].
[2]孙祥元，郭际明，刘宗泉.大地测量学基础[J].武汉大学出版社，2017，4.
收稿日期：2018-7-10
关键词：大地水准面；精化技术；应用
中图分类号：P224.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0197-01
前 言
似大地水准面作为一种具有物理意义的面，从地面点沿正常重力方向至正常高端点所构成的曲面，在局部范围内变化是连续的，可以采用数学方法来进行拟合。多项式拟合作为一种高效的计算方法，被广泛应用于模型中。由于我国是采用的正常高系统。我们常规是用GPS大地高减去水准高程得到高程异常值，进而来确定正常高的值。但是由于某些测区高程异常变化不是很平缓，导致拟合精度较差，不能满足生产的需要。
某省格网似大地水准面数据其精度优于±0.078m。其是将Molodenskii方法确定的重力大地水准面拟合到GPS水准似大地水准面上得来的。此方法可以大大消除和减小两者固有的纵向偏差和水平倾斜误差。由于该省似大地水准面跨越面积较广，GPS测量范围有限，导致其分辨率不高。在县级范围内，拟合后的似大地水准面和地区GPS似大地水准面之间依然存在较大差异，还是不能满足基础测绘及工程测量的需求，需要对小范围城市的似大地水准面成果进行二次精化。
假如我们已有局部（如市级）似大地水准面精化成果，我们将其作为初始值，将测得小地区（如县级）一定的GPS/水准点后利用后者的高程异常值与前者的残差进行拟合，精度必然会得到大大的提高，但是究竟能到达什么精度，能否满足我们工程建设的需要，是我们所要关心研究的问题。
1 似大地水准面二次精化成果的检核方法
在城市似大地水准面二次精化求定过程中，由于核心技术的突破，精度已达到1cm。精确求定1cm精度的似大地水准面的控制点的高程精度已达到国家四等水准的精度要求。有着十分巨大的社会和经济效益，高精度的精化成果，为城市总体规划和建设，地质灾害预测可持续发展，提供了高精度、统一的动态空间平台，可以直接为城市基础地形图数据、地下管线数据的动态更新服务。
本文重点研究了运用外部数据检核，以及精度评定的方式，采用正确性检核和实用性检核的方法进行理论验证。正确性检核时，GNSS-RTK观测按RTK图根点观测技术要求；水准观测按高程异常控制点同精度的四等水准观测技术要求。其目的主要是检验似大地水准面的精度，评定是否符合似大地水准面模型要求的高程中误差的精度指标。
实用性检核采用等外水准观测技术要求；网络RTK观测采用该省一个县的CORS系统，卫星截止高度角为15°。RTK观测总测回数为2个，测回间对仪器重新进行初始化，采样间隔为1s。每测回自动观测历元数为20个。观测前设置的垂直收敛值不超过3cm，实用性检核点都具有四等水准及以上的水准高程。
2 正确性检核分析
以该省一个县为例，简要说明如何进行正确性检核分析。本项目测区面积约200km2，地势较为平坦。高程异常控制点共布设30个，点位选用原有E级GPS点。
数据处理时，是把GPS所测的大地高数值，通过沭阳县似大地水准面精化软件，自动计算每个点位的模型高程。根据当地的数字高程模型（DEM）转化为当地的正常高。再与其实测的各点的四等水准高程，进行不符值计算并计算中误差。
应用沭阳县似大地水准面软件计算的GPS高程与直接水准高程较差最大值为0.028m；最小值为0m；由30个检测点数据计算其中误差为±0.0119m。沭阳县精化成果达到了较高精度水平，满足了等外水准的预期目标。
3 实用性检核分析
网络RTK检核分析与结论：
为实现该省似大地水准面二次精化成果，在该省其它中小城市的应用。特别是在图根高程控制测量方面，我们进行了网络RTK作业方式下的动态实用性检核。如在沭阳县，基于沭阳县CORS系统，在建城区约100km2的范围内，均匀布设网络RTK高程检测点，共布设2128个高程检测点。
数据处理时，测回间的垂直坐标分量均不大于3cm。取各测回结果的平均值作为最终观测成果。利用LGO软件加载沭阳县似大地水准面精化模型，导入观测数据，直接获取网络RTK高程。
网络RTK高程检测点，采用等外水准测量的方法取得。高程控制测量是以沭阳县城乡与住房建设局提供的8个四等GNSS控制点成果为起算数据。等外水准测量采用电子水准仪、区格式木质双面水准尺进行外业观测，采用某公司自主开发的PDA电子手簿记录，读数方法为中丝法，直读视距，观测顺序为后-后-前-前。观测完成后将原始数据传送到计算机，自动形成外业观测文件并打印输出。
在作业期间，定期进行仪器i角的测定，i角值稳定在-11.89″，符合观测要求。水准外业各项观测技术指标完全满足要求后，平差计算前各段水准观测高差均进行水准标尺每米真长改正和正常水准面不平行改正计算，经计算由于测区地势平坦、测段高差与测段长度較小，按水准规范要求均不需要改正。采用《NASEW2003工程测量控制微机平差系统》进行水准网纯迭代6次严密平差，平差结果包括各RTK高程检测点的高程值。
在2128个检测控制点中，网络RTK高程与其水准高程的较差没有超出相关规范规定的±5cm限差的技术指标的要求。完全满足《卫星定位城市测量规范》（CJJ/T73-2010）规定的采用网络RTK高程代替等外水准的技术指标要求。这为沭阳县解决各类测绘工作的高程控制提供了技术保障，如外业数字测图、工程测量、地下管线测量、摄影测量等等。
4 结束语
本文详细阐述了某省一个县似大地水准面二次精化成果的应用、检测和成果鉴定。检测成果充分验证了似大地水准面二次精化成果的精化精度，符合规范的要求。验证了网络RTK高程完全可以替代等外水准高程。为沭阳县解决各类测绘工作的高程控制提供了理论依据。如果严格执行规范观测条件和外业操作，可以在此基础上来研究其代替等级水准的可行性，扩展其在其它测绘工作中的应用。
参考文献
[1]《国家三、四等水准测量规范》GB/T12898-2009[Z].
[2]孙祥元，郭际明，刘宗泉.大地测量学基础[J].武汉大学出版社，2017，4.
收稿日期：2018-7-10