珠海市陆海统一似大地水准面的确定_胡冬芽

第４１卷第６期２０１６年６月

测绘科学

Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ

Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．６

Ｊｕｎ．２０１

６

作者简介：胡冬芽（１９７２—），男，江

西新余人，高级工程师，硕士，主要

研究方向为测绘地理信息实用技术。

Ｅ－ｍａｉｌ：１３０４４２７０５１＠ｑｑ．ｃｏｍ

收稿日期：２０１５－０４－２８

珠海市陆海统一似大地水准面的确定

胡冬芽１，安向东２，黎　彬１，马德富１

（１．珠海市测绘院，广东珠海　５１９０１５；２．武汉大学卫星导航定位技术研究中心，武汉　４３００７９）

摘　要：针对通常的似大地水准面模型较少涉及海域的情况，该文基于重力数据和地形数据，采用顾及各类地形位及地形引力影响的第二类Ｈｅｌｍｅｒｔ凝集法计算了珠海重力似大地水准面；利用高分辨率和高精度的地形数据来恢复大地水准面短波部分，提高了似大地水准面的精度；利用２５个高精度全球卫星导航系统水准资料与重力似大地水准面进行了独立比较，其精度为０．０１２ｍ；然后，采用球冠谐方法，将重力似大地水准面与２５个全球卫星导航系统水准数据联合，建立了珠海市海陆统一的似大地水准面模型，其精度为０．００８ｍ；最后，利用１５个全球卫星导航系统／水准点对似大地水准面模型进行了外部检核，精度为０．０１０ｍ。

关键词：似大地水准面；ＧＮＳＳ控制网；测绘基准；陆海统一；重力场模型

【中图分类号】Ｐ２２４．１ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１００９－２３０７（２０１６）０６－００７５－０５

ＤＯＩ：１０．１６２５１／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－２３０７．２０１６．０６．０１６

Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｆｉｅｄ　ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　ａｎｄ　ｍａｒｉｎｅ　ｉｎ　ＺｈｕｈａｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ　ｉｎ　Ｚｈｕｈａｉ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｈｅｌｍｅｒｔ’ｓ　ｓｅｃｏｎｄｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｄａｔａ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｆｉｌｅｄａｎｄ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｔａｋｅｎ　ｉｎｔｏ　ａｃｃｏｕｎｔ．Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｄａｔａ　ｗｉｔｈｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅｃｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔ　ｗａｖｅ　ｏｆ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ，ｓｏ　ｔｈａｔ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　２５ＧＮＳＳ／ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ，ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｄｅｔｅｒ－ｍｉｎｅｄ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ　ｉｓ±０．０１２ｍ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ＧＮＳＳ／ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ　ｗａｓ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌｃａｐ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂｙ　２５ＧＮＳＳ／ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ，ｓｏ　ｔｈｅ　ｕｎｉｆｉｅｄ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ　ｏｆ　ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　ａｎｄ　ｍａｒｉｎｅ　ｉｎＺｈｕｈａｉ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ±０．００８ｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，１５ＧＮＳＳ／ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｅｖａｌｕ－ａｔｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　０．０１０ｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｓｉ－ｇｅｏｉｄ；ＧＮＳＳ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｄａｔｕｍ；ｕｎｉｆｉｅｄ　ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌａｎｄ　ｍａｒｉｎｅ；ｇｒａｖｉｔｙ　ｆｉｅｌｄ　ｍｏｄｅｌ

ＨＵ　Ｄｏｎｇｙａ１，ＡＮ　Ｘｉａｎｇｄｏｎｇ２，ＬＩ　Ｂｉｎ１，ＭＡ　Ｄｅｆｕ１（１．Ｚｈｕｈａｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐ－ｐｉｎｇ，Ｚｈｕｈａｉ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１９０１５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒ－ｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７９，Ｃｈｉｎａ）

０　引言

大地水准面是地球重力场中代表地球形状且

与平均海平面最为密合的重力等位面，是大地测

量学描述包括海洋在内的地球表面地形起伏的理

想参考面，即高程的起算面。全球卫星导航系统

（ｇｌｏｂａｌ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ＧＮＳＳ）可快速

精确测得地面点的大地高。ＧＮＳＳ测定的大地高结

合高精度大地水准面模型可以快速获得精密海拔

高程。这种测高模式改变了传递高程的概念，无

传递累积误差影响。目前，众多学者已经对省市

级似大地水准面的建立和研究做了很多重要的工

作［１－４］，我国先后建立了广东、广西、广州、武汉

等上百个省市级的似大地水准面模型。精度也在

测绘科学第４１卷

逐步地提高，由最初的ｄｍ级，到至今有的地区已经达到１ｃｍ级。上述似大地水准面模型均大都只包含陆地部分，不涉及海域。

珠海市陆海总面积约７　６５３ｋｍ２，其中陆地面积约１　６８８ｋｍ２，海域面积约５　９６５ｋｍ２。全市共有大小岛屿１４６个，海岛总面积超过２４０ｋｍ２。其海域面积是陆地面积的近５倍。随着经济建设的发展，构建覆盖珠海全市域（包括陆地区域和海洋区域）的“数字珠海”地理空间基础框架已成为珠海市基础测绘项目的首要任务。本文研究实现珠海市陆海统一似大地水准面精化，在国家空间坐标基准框架的基础上，利用大地测量的高新技术手段，将陆域基础控制网拓展至珠海所覆盖的主要岛屿，布设覆盖全市陆海的集平面、高程信息于一体的综合性基础控制网，形成由大地基准、高程基准等组成的高精度、三维地心、实用的珠海市陆海统一的现代测绘基准体系，为“智慧珠海”的建设提供统一的空间定位基准。

１　数据来源

１．１　二等水准数据

二等水准网包括水准路线３４条、水准支线１１条、跨河水准测量１处，路线长度５３４．１ｋｍ，形成１０个闭合环。如图１所示。高程基准为１９８５国家高程基准。平差后每千米测量中误差为±１．３４ｍｍ；最弱点（４Ｃ００４８）中误差为±９．０７ｍｍ，精度指标满足国家规范要求

。

图１　珠海市水准路线图

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｏｒｄｅｒ　Ｌｅｖｅｌｉｎｇ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　Ｚｈｕｈａｉ

１．２　ＧＮＳＳ观测数据

按照点位均匀分布的设计原则，在珠海市布设了陆海统一高精度ＧＮＳＳ控制网，点位分布如

图２所示。该网由框架网和基本网组成，框架网由１２个连续运行参考站（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｒｅｆ－ｅｒｅｎｃｅ　ｓｔａｔｉｏｎｓ，ＣＯＲＳ）组成（图２中黑色圆点所示），其中ＮＬＧＴ为广东省ＣＯＲＳ基准站，其余１１个站为珠海ＣＯＲＳ基准站。基本网由６６个点组成（如图２中黑色三角形所示）。数据处理软件采用ＧＡＭＩＴ／ＧＬＯＢＫ软件［５－６］。平差后精度如表１所示。由表１可知，控制网的点位精度高，Ｘ分量的平均中误差为０．００１　３，Ｙ分量的平均中误差为０．００２　８，Ｚ分量的平均中误差为０．００１　３，３个分量的精度都优于０．００６ｍ

。

图２　珠海市陆海统一ＧＮＳＳ控制网点位分布示意图Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　Ｕｎｉｆｉｅｄ　ＧＮＳＳ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｆ

Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　ａｎｄ　Ｍａｒｉｎｅ　ｉｎ　Ｚｈｕｈａｉ

表１　ＣＧＣＳ２０００坐标系下平差后ＸＹＺ精度统计

Ｔａｂ．１　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＸＹＺＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅＣＧＣ２０００Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｆｔｅｒ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｍ分量最大最小平均

Ｘ　０．００３　１　０．０００　５　０．００１　３

Ｙ　０．００５　３　０．０００　８　０．００２　８

Ｚ　０．００２　５　０．０００　４　０．００１　３

１．３　重力数据和数字地面模型数据

珠海市陆海统一似大地水准面的计算共采用了５２６个点重力数据，如图３所示。计算格网布格改正、地形改正和均衡改正时，在陆地部分采用了航天飞机雷达地形测绘任务（ｓｈｕｔｔｌｅ　ｒａｄａｒ　ｔｏ－ｐｏｇｒａｐｈｙ　ｍｉｓｓｉｏｎ，ＳＲＴＭ）的空间飞行任务数据库数字地面模型（ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｍｏｄｅｌ，ＤＴＭ）的资料，其分辨率为７．５″×７．５″。如图４所示，地形的最小、最大高程值为－３１、６８７ｍ。

６７