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摘要：通过对包头市全市域BTCORS系统及似大地水准面精化项目的叙述，结合实际参与工作中对项目内容的了解详细说明了整个项目进展的概括，用项目实现成果的实际意义说明该项工作的应用前景。
关键词：BTCORS系统，水准精化，测绘，技术，管理。
中图分类号： P2 文献标识码： A 文章编号：
内蒙古自治区包头市地处祖国北疆，位于内蒙古自治区西部。地理坐标为东经109。15′12″到111°26′25″，北纬40。14′56″到42。43′49″。北部与蒙古人民共和国以国境线为界，南临黄河，与鄂尔多斯市相望，东西与肥沃的土默川平原和河套平原接壤，同呼和浩特市、巴彦淖尔盟为邻。包头市地处蒙古高原南缘、黄河河套北岸，阴山山脉的大青山、乌拉山、色尔腾山横亘其间。全市地势呈中间高南北低的势态。北部丘陵、高原约占全市总面积的73.68%，海拔高度在1400米至1600米之间。中部山岳地带约占全市总面积的15.41%，海拔高度在1400米至2300米左右，大青山主峰最高处为2338米。南部平原由山前倾斜平原、冲积湖平原、黄河冲积平原三部分组成，约占全市总面积的10.33%，海拔高度在1000米至1060米之间。正是这样特殊的地理位置形成长期以来我市水准面处于南北地域以中部山区分割的独特地形，这样的水准面十分不利于包头市整体规划统一布局的规划模式，也对日常的测绘作业工作造成很大的影响。
综上所述为了适应我市整体规划的全面覆盖，以及全市域现代测繪基准体系建立需求，包头市测绘院联合武汉大学在2009年完成大青山以南地区约2000平方公里的似大地水准面模型的建立工作的基础之上，配合2012年完成全包头市域的BTCORS系统测绘基准体系，运用2011年内蒙古测绘局完成的覆盖全内蒙古的似大地水准面模型的基础之上，开展覆盖全包头市域（约2.8万平方公里）的“包头市全市域BTCORS系统及似大地水准面精化”项目的实施。本文将对该项工作的技术实施过程进行阐述和概括：
项目采用的基准、技术依据
基准选取
地心坐标系统：CGCS2000坐标系；
高程系统：1985国家高程基准；
重力基准：2000国家重力基准。
技术依据
《全球定位系统（GPS)测量规范》GB/T18314-2009
《全球定位系统（GPS)测量型接收机检定规程》CH8016-1995
《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006
《国家三、四等水准测量规范》GB12898-2006
《城市测量规范》CJJ8-99
《测绘成果质量检查与验收》GB/T 24356-2009
《测绘产品检查验收规定》CH1002-1995
《测绘产品质量评定标准》CH1003-1995；
《全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范》（CH/T2008-2005）；
《测绘技术设计规定》，CH1004-2005；
《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T 73-2010
《包头市GNSS连续运行参考站系统建设项目技术设计书》
《包头大市区似大地水准面精化技术设计书》
本项目的有关合同
本项目检测方案
项目主要工作内容
测区内已有的GPS/水准资料的收集、整理与预处理
收集测区内各等级、各部门、各时期观测的同时具有水准成果和GPS成果的GPS水准点和GPS控制点，作为本次包头大市区BTCORS系统及似大地水准面精化项目基础资料使用。由于这些成果由不同部门在不同时期观测，其GPS成果的基准和水准成果的基准可能是不一致的，而似大地水准面数值模型所代表的高程异常必须对应用于明确的GPS基准和水准高程基准，因此需要对所收集的资料进行预处理，以统一GPS控制及水准资料的基准。
由于包头大市区似大地水准面数值模型是在BTCORS基站网控制下，以2009年完成了覆盖大青山以南地区约2000平方公里的似大地水准面模型为基础，以CGCS2000坐标系统为标准的大地水准面数值模型。因此对于所收集的内蒙古似大地水准面精化的GPS/水准资料需要将其统一到包头规划区的GPS/水准的基准上。这种基准的统一主要是消除所收集的GPS/水准成果与规划区GPS/水准成果之间的系统性差异。
对于GPS基准的统一，可采用七参数模型。利用所求的转换参数，即可将所有收集的GPS水准点的GPS成果统一到包头规划区的CGCS2000坐标系下。对于水准基准的统一，其处理方法为：对某一基准下的水准成果，按最短路径的方法由水准成果恢复测段高差，然后利用这些点中已知1985国家高程基准的点作为控制，对恢复的虚拟水准路线进行重新平差，这样即可将所有的水准统一到1985国家高程基准。收集的GPS水准点的预处理除了进行基准的统一，还需要进行初步的粗差探测，其方法为将GPS水准点上的高程异常和EGM2008模型提供的高程异常进行比较分析，对奇异值进行剔除。
似大地水准面建模：
（1）充分利用卫星重力相关数据和地面重力数据联合解算的全球重力场模型，确定优于1cm精度的大地水准面长波分量；
（2）对中波分量，采用更严格完善的地形均衡重力归算模型和算法，将地形均衡改正精度提高到对大地水准面的贡献优于1cm级水平，研究更适合离散重力数据格网化的内插和推估方法，使格网平均重力异常提高到一个新水平；
（3）对短波分量，研究采用Stokes-Helmert边值问题求解高分辨率局部大地水准面。按1cm精度要求，精确计算第二类Helmert凝集法中各类地形位及相应引力变化的间接影响，以及Helmert重力异常由地形和凝集层质量所产生的引力影响，全面顾及其它涉及1cm级精度的各类改正项；
（4）按严格满足位理论中Laplace方程的原则，利用球冠谐分析法进行重力似大地水准面与GPS水准联合（拟合），摒弃理论上不正确的各种现行拟合方法。球冠谐分析表达（逼近）局部重力场的新概念和新方法，将两类大地水准面的差值在一个球冠域中表达为一个非整数（实数）阶整数次球谐级数展式。
项目实施内外业主要工作
外业工作
为了保持BTCORS、内蒙古似大地水准面精化模型和原包头市规划区似大地水准面精化模型的空间基准的一致，需要将5个以上的原包头市规划区似大地水准面精化的框架网点、8个原内蒙古似大地水准面精化的B级点与BTCORS的基准站点进行连续24小时的联测，并利用联测的结果统一坐标基准。
为了保持内蒙古似大地水准面精化模型和原包头市规划区似大地水准面精化模型的高程基准的一致，需要将2个以上原内蒙古似大地水准面精化的有水准高程B级点采用二等水准就近联测到原包头市规划区似大地水准面精化的水准路线上，并利用联测的结果统一高程基准。
内业工作
收集和分析测区内现有GPS水准资料、重力数据资料、地形改正资料等；
所收集的GPS/水准点资料的预处理；
似大地水准面的精化数据处理；
BTCORS系统测试及似大地水准面检核
BTCORS系统测试的主要内容包括：系统的功能性测试和指标性测试。系统功能的实现是城市连续运行参考站系统建设的基本要求，测试数据的指标能够客观地评价系统性能的优劣。系统测试一方面是测试包头市GNSS连续运行参考站系统功能的实现的问题；另一方面检核包头市GNSS连续运行参考站系统运行实际达到的性能指标，为系统服务提供指标依据。达到系统的设计指标如下表：
BTCORS系统设计指标
兼容性 导 航 通过采用国际标准原始数据格式（RINEX格式）和实时差分改正数据RTCM格式，与各类GPS接收机和后处理软件兼容。
内符合精度：
BTCORS系统测试内符合精度计算
设各观测值與平均值的差值为 ，则各观测值的内符合精度为下式：（式－1）。在包头市GNSS连续运行参考站系统网络RTK实时定内符合精度统计中，计算每一个观测点所有测量值的平均值，再将该平均值与每一测量值求差，依照上式（式-1）分别计算系统各个坐标方向的内符合精度。统计内符合精度，统计中误差应满足σ水平≤0.03m，σ垂直≤0.05m。
似大地水准面系统测试内符合精度计算
利用GPS/水准点成果同最终确定的似大地水准面的残差值作检验。分别使用不同全球重力场模型（如WDM94模型、EGM08模型），计算残差的最大值、平均差值、中误差。
外符合精度：
BTCORS系统外符合精度计算
设为观测值向量 的真值，则各观测值相对于真值的改正值 ，则外符合精度为下式：（式－2）。使用CGCS2000坐标系下该测试点的坐标为系统的真值，按上式（式-2）进行系统的外符合精度统计,统计中误差应满足σ水平≤0.03m，σ垂直≤0.05m。
似大地水准面外符合精度计算
采用空点法完成对似大地水准面外符合精度的检验。该方法为：按分区对各区内的GPS/水准点均匀空出一部分点，用其余的点和重力（似)大地水准面所确定的纠正后的似大地水准面来推估所空出点的正常高（推估值)。由于推估值与直接水准测得的正常高完全独立，用其差值可衡量外符合精度。分别使用不同全球重力场模型，计算外检验不符值的最大值、平均差值、中误差。中误差代表似大地水准面精度。
系统外部检核：拟根据不同精度要求，选择一定数量的具有GPS观测条件的已知水准点作为检核点。检核点以均匀布设为基本布点原则，在高程异常变化大的地区适当加密检测点。在这些有水准成果的检核点上，观测GPS，利用所观测得到的GPS坐标和似大地水准面模型求出其精化水准高，将其同已知水准高进行比较，计算外检验不符值的最大值、平均差值、中误差等。
BTCORS系统及似大地水准面精化应用软件的研制与开发：
BTCORS综合服务运维系统软件的开发
似大地水准面精化成果应用软件的研制；
符合天宝及其他品牌仪器使用的大地水准面模型格式的转换。
项目最终实现测绘成果的内容和主要贡献
覆盖包头市全市域2.8万平方公里由BTCORS系统实时播发的CGCS2000系，北京54系，西安80系，地方坐标系四套平面坐标系统，高程系统由似大地水准面精化后的计算软件与BTCORS系统结合实时播发高程数据。平面与高程的播发精度经过系统测试都符合并超过相关技术标准和要求，真正意义上实现提高测绘工作效率和质量的目的。
由我院与武汉大学共同研发的BTCORS系统运维软件，该软件的应用首先从技术应用方面做了一个技术革新，原有的GPS-NET系统在播发格式方面无法满足现有测绘市场其他GPS品牌进入CORS系统的需要，而运维软件运用实时播发伪七参数的方法彻底解决了CORS系统加入用户局限性的问题，其次运维软件还在实时用户管理、分区用户管理、用户计费管理、用户历史资料查询、以及CORS系统功能扩展方面等应用领域都有技术的创新和提高。
包头市全市域BTCORS系统及似大地水准面精化项目的正式实施，服务系统在大地测量、摄影测量与遥感、野外地形数据采集及成图、地籍测绘、工程测量等方面有着广泛的应用前景。此外通过加强系统管理、开展多层次的服务内容、丰富系统用户、提高系统数据服务的质量等工作， BTCORS服务系统必将在我市国民经济建设的多个领域发挥巨大的作用，为国土资源管理、气象预报、城市地面沉陷监测、水利整治、交通管理、农业、林业等方面提供强有力的技术支持和全方位服务。
参考文献：
《GPS测量与数据处理》，李征航、黄劲松主编，武汉大学出版社；
《控制测量学》，孔祥元、梅是义主编，武汉大学出版社：
包头市大市区似大地水准面精化技术设计书；
包头市GNSS连续运行参考站系统建设项目设计及实施方案
作者简介：
田炯，男，测绘工程师，副院长，主要从事城市规划测绘生产与技术管理工作。
关键词：BTCORS系统，水准精化，测绘，技术，管理。
中图分类号： P2 文献标识码： A 文章编号：
内蒙古自治区包头市地处祖国北疆，位于内蒙古自治区西部。地理坐标为东经109。15′12″到111°26′25″，北纬40。14′56″到42。43′49″。北部与蒙古人民共和国以国境线为界，南临黄河，与鄂尔多斯市相望，东西与肥沃的土默川平原和河套平原接壤，同呼和浩特市、巴彦淖尔盟为邻。包头市地处蒙古高原南缘、黄河河套北岸，阴山山脉的大青山、乌拉山、色尔腾山横亘其间。全市地势呈中间高南北低的势态。北部丘陵、高原约占全市总面积的73.68%，海拔高度在1400米至1600米之间。中部山岳地带约占全市总面积的15.41%，海拔高度在1400米至2300米左右，大青山主峰最高处为2338米。南部平原由山前倾斜平原、冲积湖平原、黄河冲积平原三部分组成，约占全市总面积的10.33%，海拔高度在1000米至1060米之间。正是这样特殊的地理位置形成长期以来我市水准面处于南北地域以中部山区分割的独特地形，这样的水准面十分不利于包头市整体规划统一布局的规划模式，也对日常的测绘作业工作造成很大的影响。
综上所述为了适应我市整体规划的全面覆盖，以及全市域现代测繪基准体系建立需求，包头市测绘院联合武汉大学在2009年完成大青山以南地区约2000平方公里的似大地水准面模型的建立工作的基础之上，配合2012年完成全包头市域的BTCORS系统测绘基准体系，运用2011年内蒙古测绘局完成的覆盖全内蒙古的似大地水准面模型的基础之上，开展覆盖全包头市域（约2.8万平方公里）的“包头市全市域BTCORS系统及似大地水准面精化”项目的实施。本文将对该项工作的技术实施过程进行阐述和概括：
项目采用的基准、技术依据
基准选取
地心坐标系统：CGCS2000坐标系；
高程系统：1985国家高程基准；
重力基准：2000国家重力基准。
技术依据
《全球定位系统（GPS)测量规范》GB/T18314-2009
《全球定位系统（GPS)测量型接收机检定规程》CH8016-1995
《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006
《国家三、四等水准测量规范》GB12898-2006
《城市测量规范》CJJ8-99
《测绘成果质量检查与验收》GB/T 24356-2009
《测绘产品检查验收规定》CH1002-1995
《测绘产品质量评定标准》CH1003-1995；
《全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范》（CH/T2008-2005）；
《测绘技术设计规定》，CH1004-2005；
《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T 73-2010
《包头市GNSS连续运行参考站系统建设项目技术设计书》
《包头大市区似大地水准面精化技术设计书》
本项目的有关合同
本项目检测方案
项目主要工作内容
测区内已有的GPS/水准资料的收集、整理与预处理
收集测区内各等级、各部门、各时期观测的同时具有水准成果和GPS成果的GPS水准点和GPS控制点，作为本次包头大市区BTCORS系统及似大地水准面精化项目基础资料使用。由于这些成果由不同部门在不同时期观测，其GPS成果的基准和水准成果的基准可能是不一致的，而似大地水准面数值模型所代表的高程异常必须对应用于明确的GPS基准和水准高程基准，因此需要对所收集的资料进行预处理，以统一GPS控制及水准资料的基准。
由于包头大市区似大地水准面数值模型是在BTCORS基站网控制下，以2009年完成了覆盖大青山以南地区约2000平方公里的似大地水准面模型为基础，以CGCS2000坐标系统为标准的大地水准面数值模型。因此对于所收集的内蒙古似大地水准面精化的GPS/水准资料需要将其统一到包头规划区的GPS/水准的基准上。这种基准的统一主要是消除所收集的GPS/水准成果与规划区GPS/水准成果之间的系统性差异。
对于GPS基准的统一，可采用七参数模型。利用所求的转换参数，即可将所有收集的GPS水准点的GPS成果统一到包头规划区的CGCS2000坐标系下。对于水准基准的统一，其处理方法为：对某一基准下的水准成果，按最短路径的方法由水准成果恢复测段高差，然后利用这些点中已知1985国家高程基准的点作为控制，对恢复的虚拟水准路线进行重新平差，这样即可将所有的水准统一到1985国家高程基准。收集的GPS水准点的预处理除了进行基准的统一，还需要进行初步的粗差探测，其方法为将GPS水准点上的高程异常和EGM2008模型提供的高程异常进行比较分析，对奇异值进行剔除。
似大地水准面建模：
（1）充分利用卫星重力相关数据和地面重力数据联合解算的全球重力场模型，确定优于1cm精度的大地水准面长波分量；
（2）对中波分量，采用更严格完善的地形均衡重力归算模型和算法，将地形均衡改正精度提高到对大地水准面的贡献优于1cm级水平，研究更适合离散重力数据格网化的内插和推估方法，使格网平均重力异常提高到一个新水平；
（3）对短波分量，研究采用Stokes-Helmert边值问题求解高分辨率局部大地水准面。按1cm精度要求，精确计算第二类Helmert凝集法中各类地形位及相应引力变化的间接影响，以及Helmert重力异常由地形和凝集层质量所产生的引力影响，全面顾及其它涉及1cm级精度的各类改正项；
（4）按严格满足位理论中Laplace方程的原则，利用球冠谐分析法进行重力似大地水准面与GPS水准联合（拟合），摒弃理论上不正确的各种现行拟合方法。球冠谐分析表达（逼近）局部重力场的新概念和新方法，将两类大地水准面的差值在一个球冠域中表达为一个非整数（实数）阶整数次球谐级数展式。
项目实施内外业主要工作
外业工作
为了保持BTCORS、内蒙古似大地水准面精化模型和原包头市规划区似大地水准面精化模型的空间基准的一致，需要将5个以上的原包头市规划区似大地水准面精化的框架网点、8个原内蒙古似大地水准面精化的B级点与BTCORS的基准站点进行连续24小时的联测，并利用联测的结果统一坐标基准。
为了保持内蒙古似大地水准面精化模型和原包头市规划区似大地水准面精化模型的高程基准的一致，需要将2个以上原内蒙古似大地水准面精化的有水准高程B级点采用二等水准就近联测到原包头市规划区似大地水准面精化的水准路线上，并利用联测的结果统一高程基准。
内业工作
收集和分析测区内现有GPS水准资料、重力数据资料、地形改正资料等；
所收集的GPS/水准点资料的预处理；
似大地水准面的精化数据处理；
BTCORS系统测试及似大地水准面检核
BTCORS系统测试的主要内容包括：系统的功能性测试和指标性测试。系统功能的实现是城市连续运行参考站系统建设的基本要求，测试数据的指标能够客观地评价系统性能的优劣。系统测试一方面是测试包头市GNSS连续运行参考站系统功能的实现的问题；另一方面检核包头市GNSS连续运行参考站系统运行实际达到的性能指标，为系统服务提供指标依据。达到系统的设计指标如下表：
BTCORS系统设计指标
兼容性 导 航 通过采用国际标准原始数据格式（RINEX格式）和实时差分改正数据RTCM格式，与各类GPS接收机和后处理软件兼容。
内符合精度：
BTCORS系统测试内符合精度计算
设各观测值與平均值的差值为 ，则各观测值的内符合精度为下式：（式－1）。在包头市GNSS连续运行参考站系统网络RTK实时定内符合精度统计中，计算每一个观测点所有测量值的平均值，再将该平均值与每一测量值求差，依照上式（式-1）分别计算系统各个坐标方向的内符合精度。统计内符合精度，统计中误差应满足σ水平≤0.03m，σ垂直≤0.05m。
似大地水准面系统测试内符合精度计算
利用GPS/水准点成果同最终确定的似大地水准面的残差值作检验。分别使用不同全球重力场模型（如WDM94模型、EGM08模型），计算残差的最大值、平均差值、中误差。
外符合精度：
BTCORS系统外符合精度计算
设为观测值向量 的真值，则各观测值相对于真值的改正值 ，则外符合精度为下式：（式－2）。使用CGCS2000坐标系下该测试点的坐标为系统的真值，按上式（式-2）进行系统的外符合精度统计,统计中误差应满足σ水平≤0.03m，σ垂直≤0.05m。
似大地水准面外符合精度计算
采用空点法完成对似大地水准面外符合精度的检验。该方法为：按分区对各区内的GPS/水准点均匀空出一部分点，用其余的点和重力（似)大地水准面所确定的纠正后的似大地水准面来推估所空出点的正常高（推估值)。由于推估值与直接水准测得的正常高完全独立，用其差值可衡量外符合精度。分别使用不同全球重力场模型，计算外检验不符值的最大值、平均差值、中误差。中误差代表似大地水准面精度。
系统外部检核：拟根据不同精度要求，选择一定数量的具有GPS观测条件的已知水准点作为检核点。检核点以均匀布设为基本布点原则，在高程异常变化大的地区适当加密检测点。在这些有水准成果的检核点上，观测GPS，利用所观测得到的GPS坐标和似大地水准面模型求出其精化水准高，将其同已知水准高进行比较，计算外检验不符值的最大值、平均差值、中误差等。
BTCORS系统及似大地水准面精化应用软件的研制与开发：
BTCORS综合服务运维系统软件的开发
似大地水准面精化成果应用软件的研制；
符合天宝及其他品牌仪器使用的大地水准面模型格式的转换。
项目最终实现测绘成果的内容和主要贡献
覆盖包头市全市域2.8万平方公里由BTCORS系统实时播发的CGCS2000系，北京54系，西安80系，地方坐标系四套平面坐标系统，高程系统由似大地水准面精化后的计算软件与BTCORS系统结合实时播发高程数据。平面与高程的播发精度经过系统测试都符合并超过相关技术标准和要求，真正意义上实现提高测绘工作效率和质量的目的。
由我院与武汉大学共同研发的BTCORS系统运维软件，该软件的应用首先从技术应用方面做了一个技术革新，原有的GPS-NET系统在播发格式方面无法满足现有测绘市场其他GPS品牌进入CORS系统的需要，而运维软件运用实时播发伪七参数的方法彻底解决了CORS系统加入用户局限性的问题，其次运维软件还在实时用户管理、分区用户管理、用户计费管理、用户历史资料查询、以及CORS系统功能扩展方面等应用领域都有技术的创新和提高。
包头市全市域BTCORS系统及似大地水准面精化项目的正式实施，服务系统在大地测量、摄影测量与遥感、野外地形数据采集及成图、地籍测绘、工程测量等方面有着广泛的应用前景。此外通过加强系统管理、开展多层次的服务内容、丰富系统用户、提高系统数据服务的质量等工作， BTCORS服务系统必将在我市国民经济建设的多个领域发挥巨大的作用，为国土资源管理、气象预报、城市地面沉陷监测、水利整治、交通管理、农业、林业等方面提供强有力的技术支持和全方位服务。
参考文献：
《GPS测量与数据处理》，李征航、黄劲松主编，武汉大学出版社；
《控制测量学》，孔祥元、梅是义主编，武汉大学出版社：
包头市大市区似大地水准面精化技术设计书；
包头市GNSS连续运行参考站系统建设项目设计及实施方案
作者简介：
田炯，男，测绘工程师，副院长，主要从事城市规划测绘生产与技术管理工作。