1、建立省域C级GPS控制网与大地水准面精化 第29卷第7期2004年12月 测绘科学 scienceof V0129No7 Dec Surveying粕dM印ping 王荣宝 (辽宁省第一测绘院，辽宁锦州121003) 【摘要】地质、矿产、交通、国土、测绘等众多行业都与空间数据密切相关。空间数据基准框架决定了空间数据的准确性、统一性和实用性。本文从国内外发展现状出发，简述了我国目前大地坐标框架存在的问题，论述了 建立省域c级GpS网并精化似大地水准面的作用和意义，并提出了建立省域c级GPS网并精化似大地水准面的技术方案和相关问题。 【关键词】c级GPs网；似大地水准面；精化 【文献标识码】A【中
2、图分类号】P22 【文章编号】100923cr7(2004)070039-03 我国也建立了国家GPSA级网点33个、B级网点818 1 引 言 个和由25个GPS跟踪站组成的国家GPS连续观测网络。 江苏、广东、浙江、福建等省已经建成全省区域内c级GPS控制网，精化了省级区域的似大地水准面，取得了良好的社会和经济效益。 目前，以GPs为代表的卫星导航应用产业已成为全球发展最快的三大信息产业(蜂窝网Mobile ceuIPcs、GPS 和因特网IntemeIntrarleExt砌et)之一。GPS定位技术以 其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于控制测量中，GPS能够快速地获
3、取wGs-84坐标和大地高程。 3主要作用和意义 1)GPSc级网是国家GPSB级网的加密，是对传统 然而，我国的大地坐标框架近年来在应用中遇到诸多方面的问题，如：成果毁坏严重；全国现行的大地坐 标框架点位平面位置的相对精度比GPs点位精度低12个 控制网的改造，为用户的实际应用确立了统一的wGs-84坐标起算点，求解出wGs84于1954、1980坐标系之间的 转换参数，更加满足了用户对空间数据基准框架的需要， 量级；点位多埋设在山上，应用极其不便；1954北京坐 标成果兼容性很差，1980西安坐标虽经过统一平差和转换，但精度问题依然存在；由于没有一个相应精度和相应分辨率的似大地水准面模型，
4、在把GPS大地高转换为正常高的过程中精度严重损失。 为下一级GPS网(D、E级)的布设提供了测量基准，也可 以使已经完成的城域GPS网改算到统一的坐标框架之中。 2)定位精度较以往三角测量有12个数量级的提高，为研究地球局部重力场、地球动力学、板块相对运动和火 山活动的监测提供准确的数据资料。 3)通过对GPS的长期观测，可以对地震的震前、震中和震后提供最有价值的数据，可以对地震进行有效地预报和监测。 4)目前的GPS定位仅仅停留在相对定位，没有wGS-84坐标系的参考点，该项目的建立，解决了地质、测绘、矿产、交通等部门之间和内部利用GPs空间数据基准框架 2国内外现状 20世纪90年代，许多
5、发达国家如日本、德国在完成国家级GPS控制网并精化了大地水准面后，已开始建设GPs 连续运行跟踪站，用来满足各种用户的需求。美国的GE-0ID99区域大地水准面模型的精度为(2O25)cm，由GPs椭球高转换为正高的绝对精度为士46cm，任意两点间的高差精度为20cm，即便如此，美国仍然正在考虑进一步改进大地水准面，使其达到传统水准测量的精度。 国际上，IERS的rIRF框架已从rI'RF88精化到了目前的ITR网7；在国内，全国GPS网的整体平差工作也正进行了多次基准与框架的更新。 从20世纪50年代到70年代，我国建立了1954北京坐标系的第一代似大地水准面CLQG60(chine
6、se Local 不统一的问题。 5)省域C级GPS控制网的建立，为全省带来了较高 密度的地心坐标，加上利用精密星历，将大大提高GPS测量的精度，从而可拓宽GPS技术在全省的应用领域。如地质矿产调查和监测，精密工程测量，城市与矿区三维变形监测，大型水工建筑物、高层建筑物、大型桥梁的实施监测，线路工程测量，大比例尺地形图、地图测绘，它在地质、矿产、能源、公安、银行、交通、航道、安全系统等领域的应用，将有着广阔的前景。 6)省域内的厘米级精度似大地水准面的建立，可以实 Qu酗i Geoid1960)，绝对精度24米；2002年，我国cQG2000 (cllinaQu鹊iGeoid2000)似大地水
7、准面已正式提供使用，它的绝对精度为03一O6m。收稿日期：2004-11-10 现在省域内用GPs大地高代替水准高，用GPs测量代替四 测绘科学 第29卷 等水准测量。这样在公路测量、勘界测量、像片控制测量、城乡测量、施工放样等领域内将具有广阔的应用前景，也将大大的提高测量速度，缩短测量工期，从而会带来巨大的经济效益。同时，在此理论基础上建立的城市似大地水准面模型，也会为城市测量手段带来新的革命。 4主要工作目标 1)建立基础性、高精度的空间数据基准框架(wGS84)。 2)建立有统一坐标系统的全省高精度(GPsc级)平面控制基本网。 3)确定几种国家新旧坐标系之间的转换参数，解决各地方坐标系
8、下的测绘成果的应用问题。 4)坐标系统转换，将控制点坐标转换到北京54坐标系和西安80坐标系，建立全省大地控制点成果数据库。 5)进行水准联测和重力测量，精化省域内厘米级似大地水准面。 6)改造和改算全省各级控制网，统一坐标系统，提供统一的地理坐标框架。 5项目的主要工作思路与设想 51基准点选择 GPSc级网的起算点应该以省域附近的IGs服务网站、国家地壳运动基准网站和已有国家GPsA 、B级点作为rmF97wGS84坐标系统的基准点，用于省域GPSc网的 三维约束平差；同时从实用性出发，还应选择精度可靠、 点位适当的国家天文点和一等三角点作为GPsc级网wGs 84坐标系统到国家1954、
9、1980坐标系统转换的重合起算 点，从而建立一个与国家统一的三维地心参考框架相一致的省级加密地心参考框架。 52联测原有点 要与原有国家一、二等三角点和国家一、二等水准点联测，为实现省域范围内国家天文大地网到GPS空间大地 网的改造奠定科学基础，也为高精度和高分辨率大地水准 面的建立创造了必要条件。53兼顾各方需求 点位密度、技术指标、精度标准等方面要兼顾不同行 业对测量工程的需要，达到省域c级控制网建成后，即可 以用于各种工程建设，也能满足防洪、抗旱、荒漠化治理 以及地壳形变监测的需求。 54设计水准联测整体、全局方案 为建立高精度的省级大地水准面，c级GPs网的水准联测设计和水准数据处理时
10、要作出整体和统一的方案，水准联测点要均匀合理分布。布网联测方案中要尽可能与国家地震观测网络中的基准点、基本点和区域网点以及其他部门所做的高等级GPs网点进行联结，并注意与临近省区 相关点位联测。在制定 处理案时可进一步深入考虑与原有c级GPs点统一处理、与国家三角网点的统一计算 处理。 55控制网外业观测与数据检核 1)c级GPS控制网布设成连续的全面网，每点均不少于3条独立基线连接，每个环不超过6条边。每点平均设站次数达到3次，平均边长15公里。 2)使用8台10台双频接收机，采用静态测量模式，时段长度不少于2小时，每个时段都要观测气象数据。 3)GPS控制网的基线解算，拟采用美国麻省理工学
11、院研制开发的GAMrI软件；运用IGs精密星历，解基线的相对精度要求达到107量级。 4)对控制网各基线进行检核、可靠性分析，确保参加平差的基线的准确度。56控制网平差与坐标转换 1)在椭球面上进行三维GPS控制网约束平差，对全网进行统一平差。 2)平差结果转换到北京54坐标系坐标和西安80坐标系坐标中，求解wGs84坐标到两坐标系的转换参数。 3)建立全省大地控制点成果数据库。57建立省域内厘米级似大地水准面。 方法是采用GPs水准、地形和重力资料、全球重力场模型，经过严密平差计算得到。 58改造现有国家控制网与地方控制网 1)根据控制网联测数据对辽宁省范围内的现有国家控制网进行改造，推估未
12、联测点改造后坐标及其精度。 2)各城市控制网或区域控制网根据同省C级控制网的联测数据进行数据处理，使全省具有统一的坐标系统，为建立“数字区域”和各“数字城市”奠定地理坐标框架基础。 6项目风险与不确定性 本项目实施过程中可能存在如下的主要问题和风险： 1)人身安全、交通安全：因为点位有时布设在高山 上，在选点、埋石、观测过程中要注意人身安全和交通安全。 2)起算数据的不兼容性，起算数据精度低、或 起算点位移造成起算数据的不兼容，可能影响网的精度，这主要靠外业检核和内业合理的数据处理来加以解决。 3)重力数据精度和密度不足，造成似大地水准面精度达不到预期精度。解决的方法：一是广泛搜集相关资料，
13、二是加密一定数量的重力点。 7结束语 建立省域c级GPs控制网与似大地水准面精化是省 域建设的基础性项目，它采用国际最先进的GPs定位技术和数据处理技术，成果必将是准确、可靠的。一方 面，项目的建设为区域提供了精确、统一的空间数据基 准框架；另一面，随着GPs与相关领域、相邻学科的 相互渗透，以连续运行GPs参考站的拓展技术将发挥巨 大的作用，将在国土整治、资源调查、城镇规划、交通、大气监测、气象预报、海洋开发等众多 面得到广 增刊 王荣宝：建立省域c级GPS控制网与大地水准面精化 4 41 泛应用。“建立省域C级GPs控制网与似大地水准面精 化”将满足“数字中国”、“数字区域”、“数字城市”
14、 郭宜东，杨元兴建立省级GPSc级网的意义和作用J测绘软科学研究200l，(1) 等建设的需要! 参考文献 李建成，陈俊勇，宁津生，晁定波地球重力场逼近理论与中国2000似大地水准面的确定 2 作者简介：王荣宝(1969)，男，2003年被评为国家测绘局青年学术和技术 带头人，硕士生，辽宁省第一测绘院总工程师，高级工程师，从事大地测 量、工程测量、航空摄影测量、遥感和GIS等工作，主要的研究方向是遥感和GIS领域。 陈俊勇，文汉江，程鹏飞中国大地测量科学发展 的若干问题 3黄建东，段玉清等，江苏省C级GPS网建设报告J测绘技术装备2003，增刊 破E破E昱EdE砖E破E昱昱dE一越缄E心EdE一毫E砖EdE昱E毫E一毫g&E&EdE旺毫E&EdE托-旺&E地蛙dEdE_&E她托SE-&ESE托SESE
