三明市现代测绘基准体系的建立

何书镜，杜仲进，郭坤伟

（1.福建省测绘院，福建 福州 350003）

三明市现代测绘基准体系的建立

何书镜1，杜仲进1，郭坤伟1

（1.福建省测绘院，福建 福州 350003）

概述了三明市的地理概况和现代测绘基准框架体系建设的意义，详细介绍了GNSS控制网、水准网、似大地水准面精化的建设实施、数据处理和精度分析的有关情况，展望了三明市现代测绘基准框架体系的应用前景。

现代测绘基准体系；三明市；GNSS控制网；水准测量；似大地水准面精化

1 三明市概况

三明市位于福建省中西北部，是一座新兴的工业城市、中国优秀旅游城市、全国百强城市、福建省的重点林区，也是国务院批准建立的全国集体林区改革试验区，国家林业局确定的全国集体林区林业产权制度改革唯一试点和海峡两岸现代林业合作实验区。辖2区1市9县，土地总面积23 000 km2，山地占总面积82%，耕地占8.3%，水域及其他占9.7%，有“八山一水一分田”之称。

随着社会的发展和科学技术的进步，用于建立和维持大地测量基准的技术手段、工具和理论方法发生了巨大的变化[1]。为满足新技术条件下国民经济建设、国防建设及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求，建立高精度、三维、动态、多功能的国家空间坐标基准框架、国家高程基准框架、国家重力基准框架，以及由GNSS、水准、重力等综合技术确定的高精度、高分辨率似大地水准面模型构成的地理空间信息基准框架的需要[2-4]，三明市提出建设三明市现代测绘基准框架体系基础设施的目标。

2 建设实施

为了满足三明市经济发展、城市建设和人民文化生活对基础地理信息的需求，《三明市“十二五”基础测绘规划》的一项重要目标是进一步丰富基础地理信息资源，完善现代化测绘基准体系，提高基础地理信息现势性。三明市现代测绘基准体系建设在国家和省空间坐标基准框架的基础上，利用大地测量高新技术手段，在三明市现有平面成果资料和水准、重力资料等测绘成果的基础上，布设覆盖全市域集平面、高程、重力场信息于一体的综合性基础控制网，形成由大地基准、高程基准和重力基准等组成的高精度、三维地心、实用的三明市现代测绘基准体系基础设施，为“数字三明”建设、测绘工程、推广2000国家大地坐标系统（CGCS2000）提供了统一的空间定位基准。三明市现代测绘基准体系于2013～2014年建设完成并通过验收。其基础设施建设主要包括三明市23 000 km2范围内的GNSS控制网的布设和实施，二、三等水准网的施测、计算和似大地水准面计算及相关软件的编制等。

2.1 GNSS控制网

三明市现代测绘基准体系GNSS控制网由GNSS框架网和基本网组成。GNSS框架网用于获取高精度的地心坐标，提高GNSS控制网整体精度，将基本网与CGCS2000坐标系链接起来，为三明市控制网建立提供精密参考框架。GNSS框架网由境内及周边的福建省连续运行卫星定位服务系统（FJCORS）18个基准站组成。基本网以GNSS框架网点为基础，在已有的2004年福建省C级GPS网点[5]基础上，加密布设GPS基本网控制点，点位选取均满足GPS观测条件，并尽量满足水准观测条件。GPS基本网控制点在各个乡镇、街道办事处所在地或附近布设，基本满足一个乡镇布设一个点的要求。基本网控制点共布设点位241个，新选埋199个，套合福建省C级GPS点38个，国家A级GPS控制点3个，其中联测一等、二等三角点6个。GNSS控制网点分布见图1（图中站点位置已经过保密处理，为示意位置，并非站点准确分布图）。

GNSS控制网观测按《全球定位系统（GPS）测量规范》规定执行。框架网与FJCORS同步观测；基本网按C级技术要求，使用Trimble 5800、R4、R8接收机基于FJCORS基准站同步的单点观测模式进行观测，每个点观测2个时段，于2013-06-20～2013-07-19、2014-01-09～2014-01-12观测，每时段长度不少于4 h。

数据处理软件采用美国麻省理工学院的GAMIT/ GLOBK软件（版本10.40）。收集18个FJCORS基准站同步观测数据。GNSS控制网三维地心基准为CGCS2000，约束框架网点，使用框架网点已有坐标成果，作三维约束平差，求出基本网点成果。

图1 GNSS控制网点分布图（审图号：闽S（2013）70号）

GNSS基本网基线以GPS Day（年积日）为单位进行解算,基本网同步环Nrms值均小于0.3周，基线解算时周跳基本剔除干净。对整网的全部基线结果进行了x2检验，检验值均小于3。经平差计算，基本网基线精度统计见表1，坐标精度统计见表2。其中，最弱边0093-SC137，基线长度为4 043 m，相对中误差为1.09×10-6。

表1 基本网基线精度统计

表2 基本网空间坐标精度统计/mm

为了检校本次平面控制成果的可靠性，将基本网中联测的41个2004年A级、省C级控制点成果与省C级控制点已有成果进行比较，点位间差值统计[6]结果见表3。已有控制点成果点位较差最小值为0.001 m，最大值为0.058 m，中误差为0.028 m。说明本次基本网新测成果与已有成果变化不大，建议使用更新后的成果。

表3 基本网点位之间差值区间分布统计

2.2 水准网

水准网覆盖三明市全市域，分为二等、三等水准，在现有的国家一等、二等水准路线和2012年FJCORS二等水准联测路线基础上，以附和路线、闭合环线及结点网形式布设，路线分布见图2（图中水准点位置已经过保密处理，为示意位置，并非水准点准确分布图）。二等水准路线主要布设在国家一等、二等水准路线未经过或点位破坏严重地区。二等、三等水准联测新选埋的可联测水准的基本网控制点以及水准路线附近的其他水准点，共联测点位133个，其中新选埋基本网控制点108个，省C级GPS点9个，新选埋水准点8个，路线上其他水准点8个。二等水准线路3条，路线长度675.9 km，采用2台徕卡DNA03、1台天宝Dini0.3观测，联测了32个水准点、控制点。三等水准线路附合路线15条，闭合环线2条，三等支线33条，路线长度1 622.3 km，采用6台徕卡 DNA03、4台索佳 SDL30M和1台套天宝 Dini0.3观测，联测了189个控制点、水准点。

图2 二、三等水准联测图（审图号：闽S（2013）70号）

水准概算进行了数据准确性与一致性的检核。二等水准进行标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、固体潮改正、日月引力改正、闭合差计算及每km水准测量全中误差计算，用全部二等水准路线高差不符值计算的每km水准测量偶然中误差为±0.49 mm，满足二等±1.0 mm的限差要求，闭（附）合路线用经过各项改正后的高差计算的每km全中误差为±0.26 mm，满足二等±2.0 mm的限差要求。三等水准进行标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正，用全部三等水准路线高差不符值计算的每km水准测量偶然中误差为±1.26 mm，满足三等±3.0 mm的限差要求，闭（附）合路线用经过各项改正后的高差计算的每km全中误差为±3.48 mm，满足三等±6.0 mm的限差要求。

平差按逐级控制原则分等级进行，在国家二期一等水准网复测成果下进行二等水准路线平差，在新布设的二等水准路线和2004年浙闽赣区域似大地水准面精化试点项目二等水准的基础上进行三等水准路线平差。二等水准网平差以加过标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、固体潮改正和海潮负荷改正后的往返测高差中数为元素，三等水准网平差以加过标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正的往返测高差中数为元素，待定结点高程为未知数，按路线测站数定权进行结点平差。当结点高程及路线高差改正量计算完成后，采用附合路线平差的方法推求其他各水准点的高程。二等水准平差后每km单位权中误差为±0.26 mm。三等水准平差后每km单位权中误差为±3.46 mm，最弱结点高程中误差为±17.38 mm。

为了检校本次高程控制成果的可靠性，将新布设的水准路线联测已有20点成果与2004年浙闽赣区域似大地水准面精化试点项目[5]中的二、三等水准点成果进行比较，高程之间差值[7,8]绝对值最小值为0，最大值为0.084 m，中误差为0.026 m，统计结果见表4。

表4 水准点高程差值区间分布统计

2.3 似大地水准面精化

似大地水准面精化利用地球重力场模型、数字地形模型和地面重力资料获得该地区高分辨率栅格重力异常值，确定重力似大地水准面，将重力似大地水准面拟合适配于该区域的GPS水准网，获得最终似大地水准面。收集该区域及周边地区重力点和1：50 000 CGCS2000地形数据DEM成果完成规则格网重力似大地水准面计算，利用GPS水准点进行重力似大地水准面拟合纠正。充分利用该地区及周边地区的重力点成果、DEM、全球重力场模型及分布较均匀的、现势性较好的GPS水准成果，采用重力法及移去-恢复技术，计算重力区域似大地水准面[9]。利用该区域实测的142 点、2004年省C级21点、周边（江西）6点，共169点GPS/水准点，选择自适应最小二乘配置纠正重力似大地水准面，获取全市域范围内符合要求（±3.1 cm）的高精度、高分辨率似大地水准面成果，见图3。根据该区域最终似大地水准面2.5'×2.5'格网成果，按照双线性内插方法编制相应的似大地水准面插值软件。

为了检测似大地水准面精化模型精度[10]，在测区均匀布设20个外部检核点，使用同精度同方法施测，与似大地水准面插值软件计算检核点的大地水准面拟合值进行比较，最大值为5.1 cm，最小值为-6.3 cm，中误差为±3.1 cm。

图3 似大地水准面等值线图

3 结 语

三明市现代测绘基准体系采用了框架网、基本网的布网形式，在CGCS2000下将省、市控制网通过重合点纳入到基本网中，为CGCS2000、1954北京坐标系、1980西安坐标系等坐标相互转换提供了数据基础。提供高精度的GNSS框架网、基本网控制点和二、三等水准点成果及高分辨率的似大地水准面模型，建立覆盖全市域的三维地心基准，统一全市域二维平面基准和高程基准，为三明市地理空间信息相关活动提供了统一的空间定位基准。三明市高精度似大地水准面和FJCORS的结合，可代替较低等级水准测量，有效减少野外测绘工作量，极大地改善传统的平面和高程测量作业模式，推进卫星定位技术的社会化应用进程，提高测绘服务保障能力，满足三明市数字城市建设和现代测绘的需要，具有良好的社会效益和经济效益。

[1] 陈俊勇,党亚民,张鹏.建设我国现代化测绘基准体系的思考[J].测绘通报,2009(7):1-5

[2] 马祥,李华平.芜湖市现代测绘基准体系的建立[J].城市勘测,2013(4):83-86

[3] 肖建华,王厚之,李江卫,等.武汉市现代测绘基准体系建设[J].城市勘测,2007(6):11-14

[4] 郑建敏.合肥市现代测绘基准体系的建立[J].工程勘察,2012(11):71-74

[5] 张全德,郭春喜,王斌.浙闽赣区域似大地水准面精化[J].测绘科学,2007,32(1):11-13

[6] GB/T 18314-2009.全球定位系统（GPS）测量规范[S].

[7] GB/T 12897-2006.国家一、二等水准测量规范[S].

[8] GB/T 12898-2009.国家三、四等水准测量规范[S].

[9] GB/T 23709-2009.区域似大地水准面精化基本技术规定[S]. [10] 余银普,陈诗文,兰启贵.区域似大地水准面精化精度检测方法[J].四川测绘,2008,31(3):124-126

P208

B

1672-4623（2016）03-0088-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.03.028

何书镜，正高职高级工程师，注册测绘师，从事大地测量、工程测量及测绘生产管理工作。

2015-01-23。

项目来源：福建省科技重大专项专题任务资助项目（2013HZ0002-1）。