ZJCORS技术在水准高程基准检核中的应用研究

郭 晨，陈铁鑫，许烨璋，王大同

（浙江省河海测绘院，浙江 杭州 310008）

1 问题的提出

浙江省连续运行卫星定位综合服务系统（ZJCORS），是浙江省内一个高精度、高时空分辨率、高效率、高覆盖率的全球卫星导航定位综合服务系统。它综合了卫星导航定位技术、测绘学理论、气象学、地理信息系统、计算机技术、无线电通讯技术等理论和技术，能够运用于大地测量、工程测量、气象监测、地面沉降、交通定位、地震监测以及社会公共定位服务[1]。目前ZJCORS技术实时定位精度平面方向优于3.00 cm，高程方向优于5.00 cm[2-3]。近年来，我国各省市都在加快建立所属区域内的似大地水准面精化模型，并且都取得了不错的效果[4]。目前，浙江省似大地水准面精化模型建立工作已经完成，并且实现了与ZJCORS技术的融合，即用户可以通过ZJCORS技术在线获得精化的正常高成果。

在常规水准测量实践中往往存在高程起算点沉降的问题，因此一般在测量时都会采用附合水准路线联测起算水准点，以检核起算水准点是否存在沉降现象。但这种作业方式存在2个问题，一是用来联测检核的水准点距离起算水准点较远，客观上增加了水准测量外业的工作量；二是用来联测检核的水准点存在沉降现象，当检核点与起算点存在一致性均匀沉降现象时，联测结果无法对起算点做出是否稳定的判断。

本文结合浙江省沿海潮位站水准联测项目中遇到的高程基准检核问题，探讨利用ZJCORS技术结合浙江省似大地水准面精化模型进行高程基准检核。

2 技术实现

2.1 技术融合

2016年开始，ZJCORS系统向用户提供了通过浙江省似大地水准面精化模型事后正常高转换的服务，ZJCORS用户将外业采集的CGCS2000大地坐标数据输入浙江省卫星导航定位服务平台，通过相应转换既可以得到高程为1985国家高程基准(二期)的点位成果。ZJCROS技术与浙江省似大地水准面精化模型的技术融合给外业测量工作带来了较大的便利，标志着浙江省似大地水准面精化模型工程开始真正地服务于常规测绘生产。

2.2 精度与可靠性

浙江省似大地水准面精化模型精化成果目前已经投入生产使用，该项目由浙江省测绘局主导实施，由各个地市的似大地水准面精化模型加入构成。

宁波市于2011年完成似大地水准面精化项目，在全市近万平方千米范围内，建立了2′×2′高分辨率、±1.00 cm高精度的似大地水准面精化模型，其模型外部正确性静态检测精度达到±1.50 cm，实用性动态检测精度达到±2.50 cm（平地及山地的综合统计）。金华市和湖州市分别于2013年和2016年建立所属区域内厘米级的似大地水准面精化模型。嘉兴市于2012年完成其似大地水准面精化模型，其内符合精度达到±0.90 cm，模型同精度正确性静态检测外符合精度为±1.20 cm；实用性动态网络RTK检测高程与其水准高程的较差平均值为-0. 80 cm，统计外符合精度为±0.22 cm。绍兴市于2015年完成区域内1.00 cm精度级的似大地水准面精化模型。

上述似大地水准面模型精化成果为利用ZJCORS技术进行水准高程检核提供有效的精度保证。

3 运用ZJCORS技术进行高程基准检核

图1 水准路线示意图

3.1 多点位、多时段、整体性比测分析

运用ZJCORS技术进行水准基准检核的总体思路是在水准点上采用基于ZJCORS的网络RTK技术进行比测，将由RTK测量并且经过似大地水准面精化模型转换得到的精化正常高与该点的水准高进行比较，由比较的差值来判定水准测量的基准是否存在粗差。由于基于ZJCORS的网络RTK技术在测量方式上属于载波相位实时动态相对定位的模式，其测量精度只能达到厘米级，因此只在一个水准点上比测很难说明高程基准存在粗差。

本文提出在整条水准路线上采用多时段、多点位、整体性的比测方式，即从起算水准点开始至待接测水准点以及中间的间歇水准点都采用ZJCORS技术进行精化正常高的比测，并且每个点在水准测量过程中进行数据采集，这样就保证了这些点位是在不同的时间段进行的比测，将其与对应的水准高进行比较分析其基准是否存在沉降。将比测结果与水准成果的差值做统计分析，列出偏差的最小值、最大值以及平均值，将偏差值超过一定范围的水准路线认为其高程基准存在异常，对这些异常的起算水准点采用其他的水准控制点进行联测检核，直至发现问题。图1为一条支水准路线示意图，BM为起算点，BM1至BM4为线路上的间歇水准点，BM5为待接测水准点，在水准施测过程中，分别对线路上每个点用ZJCORS采集其精化正常高程值。

3.2 技术路线

为了尽量提高比测点的测量精度，在利用ZJCORS进行比测时采用RTK高程控制测量的方式进行比测，具体要求为比测时采用三角架对中、整平，每次观测历元数不少于20，采样间隔2 ～ 5 s，每个点位至少重复观测3次，每次高程互差不大于4.00 cm，取各次平均值作为最终结果[5]。运用ZJCORS技术进行多点位、多时段、整体性高程基准检核的技术路线见图2。

图2 ZJCORS技术高程基准检核技术路线图

4 实例分析

实例分析依托于浙江省沿海建设的16座简易自动潮位站水准联测项目，需建设的16座潮位站分布在舟山、台州、温州3市，其中可以通过常规水准接测的为13处，每座潮位站布设工作水准点及主要水准点各1座，采用三等水准观测要求接测1985国家高程基准(二期)，由于待接测的水准点都分散在沿海各处，相互构成环线比较困难，因此在施测时将路线布设成13条相互独立的支水准路线，采用本文方法对每条水准线路的高程基准进行比测检核。

4.1 ZJCORS比测分析

将13条支水准路线按照本文的方法做比测检核，将每段由ZJCORS测得的精化正常高与水准高的差值做统计分析，结果见表1。

表1 各段水准高和ZJCORS精化正常高较差统计表 m

由表1可知各段水准测量成果与ZJCORS比测成果的偏差绝对值都在10.00 cm之内，总体上不存在较大的差异性。除玉环大麦屿、玉环灵门及桃花岛外的10段水准高程与ZJCORS比测高程最大偏差绝对值不超过5.00 cm，平均偏差绝对值不超过3.00 cm，结合基于ZJCORS的网络RTK高程控制测量精度及浙江省似大地水准面模型转换精度看，这些测段的高程基准的可靠性和内部一致性均较好，认为这10个测段采用对应的基准成果作为起算数据是可行的；玉环大麦屿、玉环灵门及桃花岛3段的最大偏差绝对值均超过5.00 cm，分别达到7.40，7.40，5.90 cm，平均偏差值绝对值也接近或超过5.00 cm，结合本项目对高程基准的使用要求，需要另外针对这3段水准的起算控制点进行联测检核。

4.2 水准联测分析

根据4.1中的比测结果，对桃花岛、玉环大麦屿、玉环灵门三测段的起算控制点与其他水准控制点按照三等水准附和路线方法进行联测检核，结果见表2。

表2 控制点联测结果表

由表2可知，玉环大麦屿和桃花岛2段水准的起始控制点经过水准联测得出的高差与实际成果之间的高差的差值仅为0.20 cm，由于这2段联测的水准点在空间上均相隔数公里，位于不同的区域环境中，存在毫米级同步均匀性沉降的可能性不大，故可以认为这些水准点都是稳定的。另一方面从地理环境看，舟山桃花岛和玉环大麦屿分别属于海岛和山区，浙江省似大地水准面精化模型精度在这些区域的拟合精度较平原地区低是可能的，ZJCORS精化正常高和水准高程结果间的差异大于其他地区也是正常合理的。综上分析，桃花岛和玉环大麦屿2段的水准起算成果可以满足使用。

对于玉环灵门的水准联测成果看，可以明显发现Ⅰ坎门支8 - 2相对于Ⅰ坎门支7发生较大的沉降，查阅2个控制点的成果资料，将其在2003 — 2010年2次测量成果之间沉降量列于表3，可知Ⅰ坎门支8 - 2在2003 — 2010年共沉降了10.20 cm，而Ⅰ坎门支7同步期沉降量仅为0.10 cm，所以在2003 — 2010年Ⅰ坎门支7较Ⅰ坎门支8 - 2稳定。最后将玉环灵门的观测成果归算到Ⅰ坎门支7的基准上，将最终水准成果与ZJCORS比测成果的差值列于表4中。

表3 Ⅰ坎门支7与Ⅰ坎门支8-2历史资料沉降量表

表4 以Ⅰ坎门支7为基准水准高与ZJCORS比测差值表 m

由表4可以看出，以Ⅰ坎门支7作为玉环灵门的起算基准在整体上都与ZJCORS比测结果相当符合，说明Ⅰ坎门支7点位成果可靠，同时也说明Ⅰ坎门支8 - 2自2010年复测至2016年至少又发生5.00 cm以上的沉降，所以最终采用Ⅰ坎门支7代替Ⅰ坎门支8 - 2作为玉环灵门的起算基准水准点。

5 结 语

本文结合生产实践项目利用ZJCORS技术与浙江省似大地水准面精化模型相结合的技术优势，将其应用到水准测量高程基准检核中，取得了预期结果。

（1）浙江省似大地水准面精化模型在浙江沿海平原大部分地区的精度优于5.00 cm，因此对上述地区水准点的稳定性起到辅助检核作用，一定程度上可以简化水准测量的外业工作量，利用ZJCORS技术结合浙江省似大地水准面精化模型的水准基准检核方法具有一定的应用前景。

（2）ZJCORS技术与浙江省似大地水准面精化模型的结合极大地方便了测绘外业生产，解放测绘生产力，能够在浙江省内达到厘米级的精度，完全可以应用于数字测图、图根控制测量等领域，同时能够取代低等级的水准测量。

（3）在山区或者海岛等地形变化复杂或偏远的区域，浙江省似大地水准面精化模型精度低于平原地区，因此需根据实际情况选择相应的技术手段。