PPP、GPS-PPK、大地水准面精化技术在勘界立标中的应用——以新疆巴尔鲁克山国家级自然保护区勘界立标工作为例

刘辉

（塔城地区国土资源规划研究院，新疆塔城 834700）

1 引言

新疆巴尔鲁克山国家级自然保护区是新疆历史上建立的第一个自然保护区，总面积为115 037.26 hm2。巴尔鲁克山测区大部分为无人区，XJ-CORS 信号不能覆盖测区，且山势陡峭，地形、地貌比较复杂。没有正常车辆通行的道路，无法到达指定的位置，且测区时常有大型野兽出没，外业工作危险性较高。没有5G 通信塔，国家等级控制点分布比较稀疏，布设加密控制网难度极大，无法进行水准路线设计。采用精密单点定位PPP、GPS-PPK 技术、大地水准面精化技术，极大地提高了无人区定标点平面、高程的测量精度，并为以后相关测绘工作提供了基础测绘控制资料，可为新疆边远地区经济发展、生态保护工作、民生保障工程提供技术支持[1]。

2 项目概况

2020 年9 月，受塔城地区林业和草原局的委托，塔城地区国土资源规划研究院开展保护区勘界立标工作。巴尔鲁克山位于塔城—额敏盆地以南，艾比湖以北，呈中高山型，山体呈东北—西南走向，山体东高西低，其最高峰——孔塔普坎山海拔3 252 m，常年积雪。

根据国家林业和草原局编制的《自然保护区等自然保护地勘界立标工作规范》（2019 年7 月实施），本次勘界立标工作的技术要求为：以2000 国家大地坐标系为平面坐标系统，以1985 国家高程基准为高程基准。平面精度要求：实测定标点相对应临近控制点的点位中误差不应大于±2 m，悬崖峭壁等特殊地段误差不应大于±5 m。高程精度要求：实测定标点相对于邻近控制点的高程中误差，采用省级大地精化水准面计算高程异常值，误差不应大于±2 m，采用国家似大地水准面计算高程异常值，误差不应大于±5 m。

3 勘界流程

针对项目要求，首先，进行了任务计划书的编写和评审，在前期准备工作中收集到该地区原有的各类资料，并结合该资料进行了定标点的预设和踏勘。在实地勘察阶段，分不同情况，主要以连续运行参考站系统（COSR）覆盖情况为依据，不同区域采用了不同的测量方法，实现标点测量，边界绘制。完成检查后进行内业排序、登记以及入库等工作。

3.1 控制点布设

采用与GPS 连续运行参考站（IGS 站）联测方式，求出C级GPS 点在2000 国家大地坐标系中的坐标和大地高，联测的IGS 站名分别为：URUM、LHAZ、BJFS、WUHN、POL2、KIT3、TNWL、USUD。项目区布设C 级GPS 点7 个，具体编号为：C001、C002、……、C007。项目的C 级GPS 点选埋主要考虑利于长期保存，便于发展，同时考虑到交通、通信以及附近地形、地貌、植被等因素的影响。

观测开始前，应对GPS 接收机、天线等配套设备进行必要的检视。C 级GPS 点与GPS 连续运行参考站（IGS 站）联测时，应采用GPS 双频接收机静态观测，C 级GPS 点观测开始前，应对GPS 接收机、天线等配套设备进行必要的检视，特别要注意天线基座的对点器检查和校正，避免出现复测基线误差超限，具体精度要求执行表1 规定。

表1 GPS 双频接收机静态观测技术要求

3.2 GPS 测量手薄的填写

C 级GPS 点观测时，GPS 测量手簿中应记录测站点号、点名、观测员姓名、时段号、观测日期、接收机名称及其编号、天线类型及其编号、采样间隔、开始和结束记录时间、天线高测定等项。天线高应在测前和测后各测定一次，两次测定较差不得大于3 mm，否则重测该时段。

天线高测定方法及略图的填写。如果同一本手簿中各测站GPS 天线高测定方法相同，可在观测手簿首页绘制天线高测定示意图，在记事栏内注明该手薄中天线高测定方法，其他各站可不再绘制天线高测定示意图，否则每测站绘制。

3.3 C 级GPS 点数据处理

C 级GPS 点数据采集完后，使用GAMIT/GLBOK V10.35或BERNESE V5.0 及以上版本软件进行基线向量解算，基线向量解算完成后应提供基线处理报告。

无约束平差在WGS-84 坐标系下进行，约束平差在2000国家大地坐标系下进行。平差采用GPS_NET 软件进行。平差计算完成后应提供平差报告，平差报告应包含环闭合差统计、重复基线差统计、无约束平差、约束平差等内容。

外业观测部分由塔城地区国土资源规划研究院独自完成，内业数据处理由自然资源部大地测量数据处理中心完成，共获得北京54 坐标系、1980 年西安坐标系以及2000 国家大地坐标系3 套坐标成果。可以满足3 种坐标系之间转换和其他工作需要。具体点位精度见表2。

表2 C 级GPS 点位精度

由表2 可知，GPS 网点南北分量的中误差平均值为±2.0 mm，最大±2.1 mm；东西分量的中误差平均值为±2.4 mm，最大值为±2.6 mm；高程分量的中误差平均值为±7.6 mm，最大值为±9.0 mm。上述C 级点的精度符合GB/T 18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》的要求。

4 定标点测量

定标点测量基于临时连续运行基准站技术，以GPS PPK（GPS 动态后处理差分）方式测定，采用Trimble 5800 进行了观测[2]。该技术可以有效解决常规RTK 差分信号无法接收时导致的无法定位问题，还能克服RTK 定位精度随着作业半径的增加而导致的定位精度下降问题。

首先，对测区内已有三角点、GPS 点平面坐标和C 级点平面坐标和高程进行检测，检测以PPK 的方式进行，观测时间和历元数均按《新疆维吾尔自治区1∶10 000 基础测绘航测外业像控点测量技术规定》执行。检测合格后，再进行定标点的测量。根据测区实际地形、定标点联测方法及交通通行情况，基准站架设在C 级GPS 点上，同时检测了测区周边两个精化C级GPS 点，以有效控制所有定标点的测量精度。基准站用2000 国家大地坐标系成果启动，外业定标点数据采集完成后，进行数据的后处理。基准站为2000 国家大地坐标系成果，基准站用2000 国家大地坐标系坐标启动，定标点观测时的采样率为1 s，观测两个时段，每个时段4 min，共采集240 个历元。采用TBC V2.50 解算基线，然后用TGO 固定基准站做三维约束平差，得到像控点的三维地心坐标。

其次，定标点正常高的计算。2010 年的新疆拟大地水准面精化为解决定标点高程铺平了道路。关键在于获取精确的定标点大地高。因此，作业过程中需注意天线高的量取和采样率设置以及观测时间长短。根据本测区的实践，天线高两次量取需仔细认真，量取的方式需记录清楚；采样率设置为1 s，历元数为240 个历元，基线均可以正常解算。得到了精确的大地高后，便可获得可靠的正常高。利用新疆大地水准面模型内插求得获得正常高。共测量107 个定标点。以上所用的测量仪器均经过国家技术监督部门授权的测绘仪器检定部门进行了检定，各项精度指标符合规范和设计要求，并附有检定证书。

综上所述，定标点测量以GPS PPK 模式测量，精度符合国家林业和草原局编制《自然保护区等自然保护地勘界立标工作规范》的要求。

5 图件制作

5.1 保护区功能区划图制作

利用现有的1∶50 000 基础库地形图数据进行拼接，通过数据融合，进行拓扑检查，修改无误后，将库数据进行符号化输出DWG 数据。为了图幅信息的完整性和美观，用CAD 软件进行图面编辑，并应用垂直界线两侧图上各10 cm 的范围裁剪地形图数据，沿边界呈带状分布，数据格式为*.DWG。

将最终确定好的保护区界线（.shp 格式文件）导入KQ Tools3.5（苍穹国土数据处理系统）中来确定项目区范围。对已确定的项目区范围生成该区域的图框，并用该图框对2018 年度变更土地利用数据库中的地类图斑和现状地物及行政界线进行裁切，最后，对图框外部的注记、图例等进行整饰、调整，然后对图框内部的地类要素进行分类渲染。制图要素采用分层的方式组织和绘制，图层压盖从上至下的顺序依次是：边界点、边界点编号、线装饰元素图层、图框外注记、十字丝装饰图层、子图点线面元素、图注记元素、图例外框图层、行政区注记、行政界线、线状地物、功能区划面、地类图斑[3]。

5.2 边界地形图、边界附图制作

将确定好的边界线、定标点坐标，准确地展绘在勘界工作底图上，形成边界地形图。数据格式为*.DWG。边界线在图上用0.3 mm 红色实线不间断表示，以线状地物中心线为界且地物符号宽度小于1.0 mm 时，界线符号在线状地物符号两侧跳绘，定标点符号用直径1.5 mm 红色小圆圈标识，定标点编号用红色注出。共制作边界地形图15 幅。

6 结语

精密单点定位PPP、基于临时连续运行基GPS-PPK 技术、大地水准面精化技术在新疆巴尔鲁克山国家级自然保护区勘界立标工作中的应用在技术上是可行的，可以有效解决常规RTK 差分信号无法接收时导致的无法定位问题，还能克服RTK 定位精度随着作业半径的增加，而导致的定位精度下降问题。在本测区所完成的107 个定标点测量过程中，未发生因作业模式而产生的返工问题，说明了新作业模式的可行性，大幅度提高了工作效率。