趙新剛 楊郁

一、引言

基礎(chǔ)測繪工作是經(jīng)濟建設(shè)及社會可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，也是一項長期而艱巨的公益性事業(yè)。經(jīng)濟建設(shè)和社會的可持續(xù)發(fā)展，必須有測繪的支持和保障。隨著內(nèi)蒙古社會經(jīng)濟的發(fā)展，政治、經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)、能源、交通、環(huán)境治理等諸多領(lǐng)域，對內(nèi)蒙古基礎(chǔ)測繪工作提出了更高的要求。完善內(nèi)蒙古平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性、精準(zhǔn)性，并對各等級測量控制成果進行更新和維護，是各項經(jīng)濟建設(shè)順利進行的保障，也是“數(shù)字內(nèi)蒙古”地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。為此，需要盡快建立內(nèi)蒙古統(tǒng)一的高精度、三維（GPS）空間基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)。

二、內(nèi)蒙古自治區(qū)原有測繪基準(zhǔn)狀況

1. 平面基準(zhǔn)

內(nèi)蒙古自治區(qū)原有測繪基準(zhǔn)，基本上是20世紀(jì)50～70年代建成的，由于歷史原因（儀器設(shè)備的落后、計算手段的局限性），其點位的相對精度只有10-5，而且已是30年前的觀測成果，現(xiàn)勢性比較差。控制網(wǎng)點大部分分布在山頭或地區(qū)最高處，造成了使用上的極不便利，并且有近一半控制點由于人為和自然的破壞已不存在，難以發(fā)揮其應(yīng)有的基準(zhǔn)作用。

2. 高程基準(zhǔn)

原有的國家水準(zhǔn)點（一、二、三等），一般在城市外圍大部分是沿著國道、省道布設(shè)；在城區(qū)選擇的是機關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院等單位。但是由于30多年來國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展，原有的國道、省道進行了重新建設(shè)，有的已加寬、有的已改道；城市中舊城區(qū)改造、機關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院等單位改擴建等，使原有的國家水準(zhǔn)點有的已破壞，有的難以找到。另外，水準(zhǔn)點分布不均勻，道路網(wǎng)密集地區(qū)水準(zhǔn)路線多（呼、包、鄂、赤峰、通遼等）、道路網(wǎng)稀疏地區(qū)水準(zhǔn)路線少（阿盟、錫盟等）。

三、內(nèi)蒙古自治區(qū)GPS B級點建設(shè)和城市大地水準(zhǔn)面精化

1. GPS B級點建設(shè)

從2007年至2009年，全區(qū)GPS B級點共布設(shè)860點，利用一、二等水準(zhǔn)點691個，利用三角點9個，新選埋GPS點160個。

GPS控制網(wǎng)采用網(wǎng)聯(lián)式，布設(shè)均勻，結(jié)構(gòu)合理，其中框架點觀測37點，平均邊長220km，基本點觀測823點，平均邊長60km。GPS接收機采用雙頻接收機，觀測量至少有L1、L2兩個載波相位，同步觀測接收機數(shù)6臺?？蚣芫W(wǎng)點觀測兩時段，每時段觀測23.5小時。基本點觀測兩時段，每時段觀測8小時。

CORS站與GPS B級網(wǎng)同步觀測。

對新埋設(shè)的GPS點，利用三等水準(zhǔn)聯(lián)測，共觀測三等水準(zhǔn)4830km。

GPS B級網(wǎng)平差精度：

框架網(wǎng)重復(fù)性在南北方向上為2.2mm+0.19×10-8，在東西方向上為2.1mm+0.22×10-8，在垂直方向為7.1mm+0.27×10-8，在基線長度方向為1.6mm+0.23×10-8?；揪W(wǎng)重復(fù)性在南北方向上為3.5mm+0.13×10-8，在東西方向上為3.8mm+0.02×10-8，在垂直方向為19.4mm+0.29×10-8，在基線長度方向為3.9mm+0.02×10-8。

控制網(wǎng)的平均邊長為85.1km，平均相對精度為0.08ppm，最弱邊相對精度為0.911ppm，邊長為5.7km(B078-B079)。點位精度較高，坐標(biāo)分量在水平方向上的平均精度為0.008m，大地高方向為0.027m。最弱點為B541，其水平精度為0.012，大地高精度為0.047m。

采用7參數(shù)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計算模型嚴(yán)密，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度高，建立了CGCS2000坐標(biāo)至北京54、西安80之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并獲得了CORS基準(zhǔn)站在1980西安坐標(biāo)系和1954年北京坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

確定了與國家基準(zhǔn)CGCS2000統(tǒng)一的控制點坐標(biāo)，為今后基礎(chǔ)測繪基準(zhǔn)的最終建立提供了科學(xué)的依據(jù)。

2. 大地水準(zhǔn)面精化

本項目在內(nèi)蒙古似大地水準(zhǔn)面計算中, 使用了175589個重力數(shù)據(jù)點和873個GPS水準(zhǔn)點資料, EGM08地球重力場模型作為參考重力場，由第二類Helmert凝集法完成了大地水準(zhǔn)面的計算。

格網(wǎng)重力異常的內(nèi)插和推估, 是利用航天飛機雷達(dá)地形測繪使命(Shuttle Radar Topography Mission, 簡稱SRTM)高分辨率7.5〃×7.5〃地形均衡歸算、通過移去-還原原理計算。地形均衡歸算采用Airy-Haiskanen均衡模型,地形改正(即：Helmert凝集層位所產(chǎn)生的引力影響)和均衡改正采用了考慮地球曲率的嚴(yán)密球面積分公式，積分半徑為300公里。利用曲率連續(xù)張量樣條算法將離散重力異常內(nèi)插為格網(wǎng)異常，這一方法適合重力數(shù)據(jù)稀少、分布極其不均勻和地形復(fù)雜地區(qū)，使用這一方法顯著提高了格網(wǎng)空間重力異常的內(nèi)插和推估精度。

似大地水準(zhǔn)面的計算采用了第二類Helmert凝集法(Wichiencharoen，1982；Martinec，1998)，在利用第二類Helmert凝集法計算大地水準(zhǔn)面中的各類地形位及地形引力的影響，即：牛頓地形質(zhì)量引力位和凝集層位間的殘差地形位的間接影響以及Helmert重力異常由地形質(zhì)量引力位和凝集層位所產(chǎn)生的引力影響，采用的公式均考慮了地球曲率影響的嚴(yán)密球面積分公式。計算地形的直接和間接影響的積分半徑均采用了300公里。873個GPS水準(zhǔn)資料與重力似大地水準(zhǔn)面獨立比較精度為±0.099m。利用球冠諧調(diào)和分析方法將GPS水準(zhǔn)與重力似大地水準(zhǔn)面聯(lián)合求解得出的2′×2′格網(wǎng)似大地水準(zhǔn)面其精度達(dá)到±0.079m。

3. GPS B級網(wǎng)以及似大地水準(zhǔn)面精化成果的檢驗

由內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站組織，于2010年6月20日～2011年4月8日對內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪事業(yè)局完成的“內(nèi)蒙古自治區(qū)高精度三維大地測量基準(zhǔn)的建立與研究”項目進行檢測。以便驗證GPS B級網(wǎng)及似大地水準(zhǔn)面模型的精度是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

檢測地點分別為加格達(dá)奇、阿爾山、錫林浩特、土左、土右及額濟納旗。檢測外業(yè)由質(zhì)檢站委托內(nèi)蒙古測繪院一分院采用GPS C級網(wǎng)連測已知水準(zhǔn)點，內(nèi)業(yè)由質(zhì)檢站進行檢測質(zhì)量檢查及數(shù)據(jù)處理。本次檢測投入Trimble GPS雙頻接收機R8S 5臺、5700接收機3臺、4700接收機3臺。內(nèi)業(yè)質(zhì)量檢查及數(shù)據(jù)處理采用Trimble公司的隨機軟件TGO1.63及武漢大學(xué)測繪學(xué)院編制的Cosa5.11GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行。

檢測結(jié)果：

1）平面精度驗證

a）WGS84無約束平差

b）2000坐標(biāo)系約束平差

2）高程精度驗證

檢測結(jié)論

通過檢測數(shù)據(jù)證明，“內(nèi)蒙古自治區(qū)高精度三維大地測量基準(zhǔn)的建立與研究”項目完全達(dá)到預(yù)期的精度指標(biāo)。

四、內(nèi)蒙古CORS系統(tǒng)的建設(shè)

1. NMGCORS系統(tǒng)的建設(shè)方案和過程

2007年7月內(nèi)蒙古國土資源廳主持啟動了內(nèi)蒙古GNSS連續(xù)運行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡稱NMGCORS）項目，首期工程是利用三年時間建立由15個點組成的呼和浩特市、包頭市和鄂爾多斯市GNSS連續(xù)運行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)，取得經(jīng)驗后按照自治區(qū)各地的需求情況綜合分析陸續(xù)建設(shè)，并最終整網(wǎng)覆蓋自治區(qū)全境。截止2011年3月NMGCORS已建成74個，其中呼倫貝爾市6個，興安盟1個，通遼市3個，赤峰市18個，錫林郭勒盟3個，集寧市1個，呼和浩特市5個，包頭市3個，鄂爾多斯市20個，巴彥淖爾市9個，烏海市1個，阿拉善盟4個。已經(jīng)試運行的站點共61個。覆蓋范圍約占自治區(qū)面積的三分之一。

NMGCORS設(shè)備主要由GNSS接收機、網(wǎng)絡(luò)RTK軟件系統(tǒng)、計算機、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防火墻等設(shè)備組成。采用拓普康NET-G3接收機及相關(guān)設(shè)備作為NMGCORS參考站設(shè)備，TopNET+軟件包為系統(tǒng)的計算和服務(wù)軟件，惠普服務(wù)器、思科路由器和防火墻等相關(guān)設(shè)備為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。參考站與系統(tǒng)控制中心通過SDH光纖專線或ADSL專線連接，建立了網(wǎng)絡(luò)RTK和DGPS服務(wù)平臺，利用GPRS、CDMA等方式，向用戶提供實時厘米級、亞米級定位服務(wù)，為用戶提供事后精密數(shù)據(jù)服務(wù)和信息下載。系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)見下表：（表4.1）

2. CORS系統(tǒng)的測試情況

通過系統(tǒng)測試，目前NMGCORS已具備以下功能：

1）靜態(tài)測量后處理，在系統(tǒng)有效范圍內(nèi)利用單臺或多臺GPS測量型接收機可進行各級控制點測量（非完全蔭蔽區(qū)），利用參考站數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。

2）參考站網(wǎng)覆蓋區(qū)域及邊界外推35km的范圍內(nèi)，提供可達(dá)厘米級精度的網(wǎng)絡(luò)RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)。

3）采用GPRS、CDMA或3G等公共無線通信技術(shù)，進行CMR，CMR+，RTCM-SC104.V2.x/3.0等格式的差分信息播發(fā)，并預(yù)留與其它通信廣播手段的擴展接口。通過Internet或數(shù)據(jù)盤下載的方式，初步實現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶的事后精密定位服務(wù)。

4）控制中心具備與參考站不間斷通信的能力，具備數(shù)據(jù)完整性分析、多路徑影響分析、電離層和對流層變化分析、系統(tǒng)完整性監(jiān)測等功能；經(jīng)測試表明，網(wǎng)絡(luò)RTK等核心算法具有較強的穩(wěn)健性，可適應(yīng)電離層和對流層的較大變化?？刂浦行木邆渑c鄰近系統(tǒng)（或參考站）的聯(lián)網(wǎng)能力，與相關(guān)協(xié)作單位在可控制的條件下實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和服務(wù)聯(lián)網(wǎng)。

5）參考站按國家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，可升級為國家級的GPS參考站、國家地殼形變監(jiān)測的參考站；參考站具備長期連續(xù)運行的能力。

6）系統(tǒng)兼容性測試表明，NMGCORS能接入國內(nèi)外主流品牌GNSS接收機，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

7）系統(tǒng)實測技術(shù)指標(biāo)：

● 動態(tài)參考基準(zhǔn)的絕對定位精度優(yōu)于設(shè)計的0.1m，相對定位精度高于設(shè)計的3×10-8。

● 實時定位內(nèi)符合精度平面方向優(yōu)于原設(shè)計的3cm，垂直方向優(yōu)于原設(shè)計的5cm；外符合精度平面方向優(yōu)于原設(shè)計的5cm，垂直方向優(yōu)于原設(shè)計的10cm。

● 事后精密定位服務(wù)平面方向優(yōu)于原設(shè)計的5mm，垂直方向優(yōu)于原設(shè)計的10mm。

● 實時定位服務(wù)的覆蓋范圍優(yōu)于原設(shè)計的要求。

● 實時定位服務(wù)的日可用性優(yōu)于原設(shè)計的95%。

五、結(jié)束語

2011年5月7日，內(nèi)蒙古自治區(qū)科學(xué)技術(shù)廳邀請專家組成鑒定委員會，對內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪事業(yè)局完成的《內(nèi)蒙古三維測繪基準(zhǔn)研究與建立》項目進行了科技成果鑒定，鑒定委員會一致認(rèn)為，該項目理論嚴(yán)密，技術(shù)先進，方法科學(xué)，整體達(dá)到了國際先進水平。

內(nèi)蒙古自治區(qū)三維測繪基準(zhǔn)的應(yīng)用，對于滿足目前“數(shù)字內(nèi)蒙古”基礎(chǔ)地理信息的迫切需要（如大地數(shù)據(jù)庫的建立、專題GIS研制、4D產(chǎn)品開發(fā)、GPS RTK測量等），改變傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量和GPS RTK的作業(yè)模式，推進“數(shù)字內(nèi)蒙古”及其它工程的建設(shè)，具有重要的科學(xué)意義和社會意義。

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作者簡介：趙新剛（1957-），男，測繪高級工程師，漢族，遼寧省沈陽人，主要測繪項目規(guī)劃、審批及組織實施測繪技術(shù)工作。單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪事業(yè)局。