宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏银川 750004
摘要：本文介绍了宁夏区域GNSS B级网和在似大地水准面建设实践的基础上，利用GNSS 组合法建立宁夏区似大地水准面的方案，研究了其数据处理方法和精度，简述了似大地水准面检核的内容,利用实际的观测资料对区域GNSS B 级网和似大地水准面精化精度的可靠性进行了分析，并在输电线路航测外控工作中，利用精化成果，进行控制网精度分析。
关键词：似大地水准面，控制网，精度分析
1.引言
大地水准面的精化是一项意义重大的工作，利用似大地水准面精化成果，在航测外业基础测绘中应用已建区域精化似大地水准面模型测量像控点工作，从控制点使用数量、分布和达到的预期精度方面进行了试验。一般情况下，一个大型的 GNSS 网中使用3个点位可靠的B级点来约束GNSS网平差，并配合精化似大地水准面插值模型取得的控制点坐标和高程，完全能够满足 1∶2000比例尺地形测量精度要求。为确保 GNSS网点拟合高程的可靠性，可适当用 GNSS 联测国家水准点以检查 GNSS 网点的高程拟合外符合精度。原有的国家三角点成果，由于测量年代悠久、历史原因和受当时的技术设备条件限制，其可靠程度和精度已不能用来检测和衡量 GNSS网点的平面和高程外符合精度。使用 B 级点来约束 GNSS 网平差，并配合精化似大地水准面插值模型取得控制点坐标和高程，可以缩短工作周期，减少人员设备投入，降低成本消耗。
2.似大地水准面精化的设计
2.1高程系统
我国规定采用的高程系统是正常高系统，参考面是似大地水准面，这个面相对参考椭球面的起伏为高程异常，在求取平均空间重力异常时，必须先进行重力归算，即地面点重力异常归算至平滑的归算面上，以减少地形起伏对重力异常的影响。
地面上一点的GNSS 测量得到的是三维地心坐标(XYZ 或BLH)成果，若既进行GNSS 测量，又进行水准联测，那么就可以得到地面点的高程异常，即：ξ= HGNSS- H水准，其中：HGNSS为GNSS 大地高，h水准为正常高，高程异常也就是参考椭球面与大地水准面之间的差距，所谓的大地水准面精化就是计算高程异常。本项目采用最成熟的为组合法，利用实测重力数据采用重力法计算重力大地水准面，确定大地水准面的形态，再以GNSS水准点的实测高程异常值为基准，将重力大地水准面纠正为最终大地水准面。
2.2 GNSS B级点布设
合理利用已有的GNSS 点、三角点及水准点，并按照有关规范，沿水准路线或靠近水准路线布点。大地水准面精化点的选取按GNSS B 级点要求执行。宁夏区域GNSS B 级网布设在全区5.18 万平方千米的范围内，共计62 个，如图2 所示。考虑经济和精度的因素, 全区共选点约50个。
2.3 重力测量资料的收集
宁夏境内由多条国家一等和二等水准路线通过。其中，国家一等水准路线965.8 km，国家二等水准路线607.1 km。自然资源厅数据处理中心对完成的国家一等水准路线复测数据处理;对国家二等水准路线网的改算，成果可用本项目的数据计算。同时国家地震局最新在宁夏境内施测的水准线路也可用于本项目的使用。
宁夏回族自治区境内有加密重力测量资料5510 点，重力值的精度绝大部分优于0.5 毫伽，空间异常的精度大部分优于2毫伽，经过分析、转换、粗差剔除后可以用于该项目。
自然资源厅有1∶5 万DEM 资料与宁夏回族自治区部分1∶1 万DEM 资料，精度较好，考虑到地面重力数据分布不均匀，重力资料稀疏，而且分辨率较低，采用地形均衡重力归算的方法, 利用高分辨率DTM 数据，通过重力值的归算获得高平滑度的重力异常，进行推估内插，按一定分辨率恢复地面(或似大地水准面) 上的空间重力异常。
2.4 重力异常改正
在现有的国家一等和二等水准路线的基础上，对没有水准成果的GNSS 点进行水准连测，水准连测的起算点为就近的一、二等水准点，按照二等水准的要求进行测量。为满足精化似大地水准面的要求，原则上所有的GNSS 点应具有二等水准测量成果。为保持水准成果的现势性，对于明显沉降区域，其水准应重新测量构网平差。按照规范要求加入标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正及日月引力改正，以加过各项改正的观测高差为元素, 采用水准网间接平差。重力基准为2000 国家重力基准，正常重力采用IAG75 椭球相应公式。
3.精化成果在工程实例中的应用
3.1测区情况概述
妙龄750kV变电站配出工程（750kV线路60km、330kV线路110km），测区位于宁夏回族自治区中部吴忠市同心县境内，地处我国第二级阶梯内贺兰山南部与六盘山北麓交汇地带，地势东高西低、南高北低，海拔高程在1400m～2100m之间，属于丘陵、 山地形态。 测区面积340余平方公里。
3.2技术路线
输电线路航测像控点测量中, 1条航线一般布设8个以上平高点,超短航线不少于6个,航线内根据地形的不同( 山地、丘陵、平地) ,一般每隔 3～6个基线布设1对平高点；像控制点距相片边缘大于15cm ,距相片上各类标志大于1mm,与方位线的距离大于45cm；航线两端上下像控点在同一像对内相互偏差不超过 0.5～10条基线,航线中间一对控制点布设在航线中部。以750kV线路为例，将全线60km线路布设成2km宽的带状三角网，联测GNSS网内以及四周的宁夏B级网点，使用这些B级GNSS点的 CGCS 2000 坐标系下的大地坐标（B、 L、 H，计算航外像控点的 CGCS 2000 坐标系下的大地坐标（B、L、 H），通过区域精化似大地水准面模型转换得到航外像控点正常高。
3.3实施方法
为检查这种方法的可靠性和所能达到的实际精度，工作中联测了尽量多的B级GNSS点，以考察一个较大的GNSS网中究竟应使用多少个已知点来控制就能满足成图精度要求，且这些B级GNSS点在网中怎样分布比较合理。在E级航外像控点GNSS网中联测了多个国家等级三角点，以考察航外像控点的实际平面精度。在E级航外像控点GNSS网中联测了多个国家等级水准点（未参与建立区域精化似大地水准面模型），以考察航外像控点的实际高程精度。
整个测区按区域网法布设像控点48个，按照以上方法，联测了4个国家 B级GNSS点（B041、B043、B046、B047），这些B级点分布在GNSS网的四周及测区内；联测了4个国家三角点，这些三角点在GNSS网内分布比较均匀；在测区中联测了4个国家水准点。整个测区累计观测点数56个，重复设站率达 2.23，具有较高的网形强度。
3.4对比试验
3.4.1平面位置对比
分别以在网中分布不同的B041、B046、B047三个B级点来约束 GNSS网，将剩余的B043 B级点和国家三角点作为未知点计算其CGCS 2000大地坐标，与这些点的已知平面坐标比较并计算其点位较差。其中最弱点位中误差为0.021，最弱边相对中误差为1/103241, B043 B级点点位较差为0.033，三角点最大点位较差为0.353。
由此可见：对于一个大型的GNSS网，使用 B级点约束GNSS网时，在点位可靠的情况下使用2个 B级点即可满足要求。增加B级点的数量或改变B级点的分布状况，对提高 GNSS网的精度没有明显改善。从剩余B级点点位较差看GNSS网的外部符合情况也良好，能够满足 E 级点位中误差要求。由三角点最大点位较差和本网中联测的其他三角点点位较差看，原国家三角点都存在一定的系统性偏差，可能由过去国家三角点精度不均匀或点位不稳定引起。
3.4.2高程位置对比
分别以在网中分布不同的B041、B046、B047三个B级点来约束GNSS网，将国家三角点、 水准点作为未知点，使用这些 B级 GNSS 点的CGCS 2000 坐标系下的大地坐标（B、 L、H），计算国家三角点、水准点的 CGCS 2000坐标系下的大地坐标（B、 L、 H），通过区域精化似大地水准面模型转换得到国家三角点、水准点的正常高，与这些点的已知高程比较并计算其高程较差。其中最弱点大地高中误差为0.0029、 三角点高程最大较差0.287、水准点高程最大较差0.062。
由此可见：对于一个大的 GNSS网，不同 B级点的分布状况，对 GNSS网点的大地高有明显影响，从而影响到 GNSS网点的正常高。在点位可靠的情况下使用2个 B级点即可满足1:2000航测外控的高程精度要求。本网中联测的三角点的高程较差都比较大，与其三角高程本身精度有关。
4.结论
精化似大地水准面技术解决了用 GNSS高程测量代替水准测量或三角高程测量问题，真正实现利用 GNSS技术在测得高精度平面位置的同时，也测得该点的正常高高程。我们将其应用到 1：2000比例尺航测外控并取得了比较满意的效果。试验认为，一个大型的 GNSS 网，使用2 个点位可靠的 B级点来约束 GNSS网平差，并配合精化似大地水准面插值模型取得的控制点坐标和高程，完全能够满足1:2000的大比例尺地形测量精度要求。为确保 GNSS网点的可靠性，应适当联测多余 B级点作为检查点，以确认使用 B级点的可靠性；可适当用 GNSS联测国家水准点以检查GNSS网点高程拟合的外符合精度。原有的国家三角点成果，由于测量年代悠久、历史原因和当时的技术设备条件限制，其可靠程度和精度已不能用来检测和衡量 GNSS网点的平面及高程的外符合精度。使用 B级点来约束 GNSS网平差，并配合精化似大地水准面插值模型取得控制点坐标和高程，可以缩短工作周期，减少人员设备投入，降低成本消耗。
参考文献 ：
[1] 李建成.全国及部分省市地区高精度高分辨率似大地水准面的研究和实施[J].测绘通报，2005(5)，1-4.
[2] 陈士银 程传录.中国陆地似大地水准面计算模型介绍[J].测绘科技装备，2002(1):3-5.
第一作者简介：闫永杰（1980-），男，汉，宁夏银川，毕业于武汉大学大地测量与地球动力学专业，高级工程师，主要从事电力工程测量工作。