城市似大地水准面精化成果的检核及其应用

2007年8月第5卷第4期

地理空间信息

ＧＥＯＳＰＡＴＩＡＬ

ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ

Ａｕｇ．，２００７

Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．４

城市似大地水准面精化成果的检核及其应用

席青骥

（武汉大学设计研究总院，湖北武汉430072）

摘

要：在论述城市似大地水准面精化的意义及其工作流程的基础上，详细讨论了城市似大地水准面精化成果的检核方

法。在此基础上，分析了基于CORS 的城市似大地水准面精化成果的应用。关键词：城市似大地水准面；CORS ；成果检核

Result Check and Application of Urban Quasi-Geoid Refinement

XI Qingji

(Design and Research Institute,Wuhan University,Wuhan 430072,China )

Abstract ：The significance and workflow of urban quasi-geoid refinement are discussed.On the basis of this,the methods for result check of urban quasi-geoid refinement are studied in detail,and the application of CORS based urban quasi-geoid refinement result is analyzed.Key words ：quasi-geoid ；CORS ；result check 收稿日期:2007-07-09

似大地水准面是大地测量中的高程基准面。理论上，大地水准面定义为与全球无潮平均海水面密合的重力等位面，并用这个面相对参考椭球面的大地高描述它的起伏。实际上，由于地球内部物质分布、地球自转和星球间的引力等变化，似大地水准面并不是一个可用数学公式计算或表示的标准曲面。大地水准面与标准的参考椭球面之间存在的差异，称为高程异常。只有精确求出区域内每个点的高程异常，才可以用现代测绘技术如ＧＰＳ技术求得某一点的正常高。因此，确定区域性的高精度、高分辨率似大地水准面就成为目前研究的热点之一。

１城市似大地水准面精化

我国城市建设已进入了数字化、网络化、信息化的重要历史时期，城市数字化进程中需要各级规划、国土和测绘部门提供基础的地理信息数据。在数字城市建设中，其基础平台——城市地理空间基础框架建设正在全国城市开展。利用现代大地测量的高新技术手段，在各省、市和地区原有的坐标资料和水准、重力资料的基础上，建立集平面、高程、重力场信息于一体的综合性城市现代三维基准，结合城市连续运行卫星定位服务系统（ＣＯＲＳ），是城市地理空间基础框架的重要部分，更是城市经济建设和公用设施以及城市事业设施建设所必需的。城市现代三维基准的建立将为城市的可持续发展提供高精度、多功能的测绘保障。

ＧＰＳ定位技术是现代大地测量发展的重要标志，它具有全球性、全天候、多功能、高精度、高效率

以及测站间不要求互相通视等特点，可以直接测定地面点的三维大地坐标，精度达到ｍｍ级。ＧＰＳ定位技术为城市测量提供了一种崭新的技术手段和方法，使传统大地测量的布网方法、作业手段和内外作业程序发生了根本性的变革。同时，随着城市的扩张和兼并，城市内所用坐标系统的不一致（包括坐标系统的不一致和坐标精度的不一致）给城市测绘带来诸多困扰，ＧＰＳ定位技术已经成为城市坐标系统统一和更新的核心技术手段。

直接利用ＧＰＳ定位技术所获得的高为大地高，而不是我们测绘生产中所使用的正常高或海拔高。要得到相应的正常高或海拔高，必须具有相应精度的似大地水准面成果。因此，现代城市控制网必须结合高精度区域ＧＰＳ网、水准网及重力网，从而建立城市的区域高精度大地水准面，取代城市三等、四等水准测量。这样不仅可以建立与城市地方大地测量坐标相一致的精确的三维城市控制网，真正实现ＧＰＳ技术对几何和物理意义上的三维定位功能，而且可以快速地获取地面点的正常高，改变传统的平面测量与高程测量分离的作业模式，满足目前数字城市基础地理信息的迫切需要，加快“数字城市”及其他工程建设，极大地提高经济效益。

在城市似大地水准面确定过程中，由于核心技术的突破，似大地水准面精度已达到１ｃｍ。精确求定１ｃｍ精度的似大地水准面，代替国家四等水准或三等水准测量，有着十分巨大的社会和经济效益。高精度的似大地水准面成果，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

中图分类号：P223.0

文献标志码:B

文章编号:1672-4623(2007)04-0090-03

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态空间基准平台，可以直接为城市基础地形图数据的动态更新服务。由于全面运用了ＧＰＳ技术，而无需进行传统的的水准测量，大大地提高控制测量的速度，加快基础地理数据更新的速度。

城市似大地水准面精化可分为以下几个阶段。

１）方案设计：按照精度需求进行似大地水准面精化的方案设计，包括ＧＰＳ网和二等水准网的设计、似大地水准面计算方案的确定。

２）ＧＰＳ和二等水准的外业观测：按照方案设计要求，进行外业踏勘、选点以及ＧＰＳ和二等水准的外业观测。

３）ＧＰＳ和二等水准的内业数据：采用精密的软件和方法，对ＧＰＳ和二等水准的内业数据进行精密处理，提交给似大地水准面精化使用。

４）似大地水准面的计算：采用Ｍｏｌｏｄｅｎｓｋｉｉ方法、Ｓｔｏｋｅｓ方法或Ｈｅｌｍｅｒｔ第二类凝集法计算重力似大地水准面，通过球冠谐分析方法实现ＧＰＳ水准与重力似大地水准面的联合解。

５）似大地水准面的外部检核：比较各种方案的计算成果，检查重力场元之间的相容性，利用实测数据检核成果的精度与可靠性。

６）成果的整理验收：编写工作报告、技术报告等文档，组织专家对最终成果进行鉴定验收，并投入使用。

２城市似大地水准面精化成果的检核

为了客观真实地评价似大地水准面精化成果的精度，需要对似大地水准面成果进行内、外业检核。内业检核主要是对参与似大地水准面计算的资料进行质量控制，通过内符合精度检核保证似大地水准面成果质量。外业检核主要是在测区范围内任意选取观测点，利用ＧＰＳ方法和几何水准方法实地观测，同似大地水准面计算结果进行比较，计算外检验不符值的最大值、平均差值、中误差等。

2.1内符合精度检核

采用似大地水准面精化应用软件，将参与似大地水准面计算的ＧＰＳ点大地高转换出的正常高，与二等水准观测所得的正常高进行比较，对似大地水准面精化成果的内符合精度进行了检测，以评价似大地水准面精化成果的内符合精度。

2.2外符合精度检核

外部检核即利用ＧＰＳ和似大地水准面成果所计算的水准高与已知（或通过水准联测）的水准高进行比较，用于评定似大地水准面外符合精度。考虑到今后的应用，外部检核包括ＧＰＳ静态检核、ＧＰＳＲＴＫ、水准联测等几种方式。

１）在水准点上采用ＧＰＳ静态检核

按城市的区域分划，在每个区域按照适合ＧＰＳ观测要求的原则选取一定数量的水准点，并且每个区域至少包括１～２个参与精化的控制点。需要说明的是，水准点的等级越高越好，且可靠性要好。检测的区域和点数的选取可区别对待，对于经济发达、今后似大地水准面成果用得多的城区可重点检测。

采用高精度双频ＧＰＳ接收机，按当初设计的时间进行观测。数据处理采用高精度ＧＰＳ软件和精密处理方法。起算基准应与参与精化的ＧＰＳ成果一致。特别注意天线高的改化，以避免结果出现系统性差异。

利用所确定的ＷＧＳ８４的B、L、H、似大地水准面模型和提供的程序，可计算出相应的水准高（正常高）。然后比较计算的水准高和已知的水准高，可确定出差值，并求出差值的标准差。检核的结果可分区进行统计。

２）在水准点上采用ＧＰＳＲＴＫ检核

按城市的区域分划，在每个区域按照适合ＧＰＳ观测要求的原则选取一定数量的水准点，以参与精化的ＧＰＳ控制点作为基准点，按照ＧＰＳＲＴＫ的方法采集检测点的ＷＧＳ８４坐标。

利用所确定的ＷＧＳ８４的B、L、H、似大地水准面模型和提供的程序，可计算出相应的水准高（正常高）。然后比较计算的水准高和已知的水准高，可确定出差值，并求出差值的标准差。

３）在ＧＰＳ点上联测水准检核

取以前所测量的ＧＰＳ网，利用以前的基线，采用参与精化的ＧＰＳ点成果作为约束点，重新进行平差，得到这些点的ＷＧＳ８４坐标，利用似大地水准面计算软件计算出该点的水准高，同该点已知的水准资料进行比较。如该点没有水准资料，则就近联测。

需要说明的是，ＧＰＳ静态检核侧重于检核似大地水准面精化成果的精度，而ＧＰＳＲＴＫ检核更侧重于检核似大地水准面精化成果的实际可用性。

３城市似大地水准面精化成果的应用

基于城市测量的特点和现状，以及城市建设对城市测绘的要求，结合现代大地测量的发展趋势，一般认为，城市现代测量基准的建设核心分为以下两个方面：１）建立与国家统一的城市高精度的控制网及连续运行卫星定位服务系统；２）建立城市高精度、动态的高程控制网及似大地水准面模型。

城市ＣＯＲＳ系统的建立以及高精度似大地水准的确定，形成了城市现代大地测量的基准，实现了统一、高精度、动态、地心的坐标框架。通常情况下，在静态测量中，大地水准面模型应用比较普遍，用于事后进行椭球高到正高之间的转换。但随着城市现代测量基准的发展，基于ＣＯＲＳ的城市似大地水准面精化成果的应用是城市似大地水准面精化成果应用的核心。

目前，高精度的似大地水准面成果是以应用软件的形式使用的。通常的做法是，对外业采集的ＷＧＳ８４成果直接利用城市高精度似大地水准面计算软件求出高程异常及正常高。但是，如何使似大地水准面

席青骥：城市似大地水准面精化成果的检核及其应用

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