CORS系统与EGM2008地球重力场模型结合的测量方式应用论文_宋琦,刘佳锐

摘要：我国油、气田范围分布广泛，测量工作强度大，单基站GNSS-RTK测量作业半径有限，分区测量误差会累积且坐标及高程基准难以统一。CORS系统能够很好解决常规RTK作业半径有限、平面坐标难以统一；EGM2008地球重力场模型应用于RTK高程测量，精度相对较高，且高程基准统一。

关键词：CORS；EGM2008地球重力场模型；GNSS-RTK

1 连续运行参考站（CORS）

CORS是利用全球导航卫星系统（GNSS）、计算机、数据通信和互联网络等技术，在一个城市、一个地区或一个国家根据需求按一定距离建立长年连续运行的若干个固定GNSS 参考站组成的网络系统。连续运行参考站系统是网络RTK系统的基础设施，（网络RTK也称多参考站RTK，是近年来在常规RTK、计算机技术、通讯网络技术的基础上发展起来的一种实时动态定位新技术。）在此基础上就可以建立起各种类型的网络RTK系统。

连续运行参考站系统有一个或多个数据处理中心，各个参考站点与数据处理中心之间具有网络连接，数据处理中心从参考站点采集数据，利用参考站网软件进行处理，然后向各种用户自动地发布不同类型的卫星导航原始数据和各种类型RTK改正数据。

CORS系统由基准站、数据中心、通信网络、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成。

连续运行参考站系统能够全年365天，每天24小时连续不间断地运行，全面取代常规大地测量控制网。用户只需一台GNSS 接收机即可进行毫米级、厘米级、分米级、米级的实时、准实时的快速定位或事后定位。全天候地支持各种类型的GNSS测量、定位、变形监测和放样作业。可满足覆盖区域内各种地面、空中和水上交通工具的导航、调度、自动识别和安全监控等功能，服务于高精度中短期天气状况的数值预报、变形监测、地震监测、地球动力学等。连续运行参考站系统还可以构成国家的新型大地测量动态框架体系和构成城市地区新一代动态参考站网体系。它不仅能满足各种测绘参考的需求，还能满足环境变迁动态信息监测等多种需求。

陕西省境内测量作业采用陕西省北斗卫星导航定位基准站系统；省外作业采用千寻知寸 FindCM高精度定位服务系统，两者均提供现行的2000国家大地坐标。

2 地球重力场模型求解高程异常

2.1 基础理论

地球重力场模型是指用卫星跟踪数据、地面重力数据、卫星测高数据等重力场信息，由地球扰动位的球谐函数级数展开式求高程异常。

由物理大地测量学、地面点扰动位T与该点引力位V和正常引力位U之间的关系为

T=V—U

而高程异常为ζ=T/ γ

正常重力值γ和正常引力位U可以精确计算，因此只要求出地面店的引力位V，就可求出地面点的高程异常ζ。

地固坐标系ITRF中，引力位V可由球谐函数级数展开式计算

式中，，B，L为地面点的矢径、纬度、经度；，为位系数；为勒让德函数；n为阶，m为次。

2.2 EGM2008地球重力场模型

EGM2008是由美国国家地理空间情报局（NGA）释放的全球超高阶地球重力场模型，采用最先进的建模技术与算法，以PGM2007B为参考模型，利用GRACE卫星采集的重力数据、全球5′×5′的重力异常数据、TOPEX卫星测高数据以及现势性好、分辨率高的地形数据，结合精度高、覆盖面广的地面重力数据完成的最新一代全球重力场模型。

该模型的阶次完全至2159（另外球谐系数的阶扩展至2190次），相当于模型的空间分辨率约为5′（约9 km）。EGM2008模型提供的最终成果包括：2190阶次的全球重力场模型；全球5′×5′网格重力异常；全球5′×5′、2.5′×2.5′、1′×1′网格大地水准面；全球5′×5′网格垂线偏差。

章传银、郭春喜、陈俊勇等利用全国858个GNSS A/B级网的GNSS水准数据、华北地区1305个GNSS水准数据、华南地区918个GNSS水准数据、华中华东地区4707个GNSS水准数据对EGM2008重力场模型在中国大陆适用性进行了研究[1]，结果表明：EGM2008模型高程异常在我国大陆的总体精度为20cm，但有区域差异，华东华中地区为12cm，华北地区达到9cm，西部地区精度稍差为24cm，且在我国大陆的精度与在全球范围内的精度相当。

将EGM2008重力场模型应用于RTK高程测量，避免了由于油、气田分布广泛带来的测量高程基准无法统一且精度较差的问题。将模型文件上传至南方银河1配套手簿根目录下，在测量作业时调用该模型即可。

2.3 相关量之间的关系

由于正高无法精确求定，所以实际应用中采用正常高系统。正高是以大地水准面为基准面的高程系统，而正常高是以似大地水准面为基准面的高程系统，是可以精确确定的。

似大地水准面与椭球面之间差距为高程异常ζ=h-H正常高，采用EGM2008重力场模型，其表示的全球似大地水准面和我国高程基准面之间存在模型差距Δζ，即 ζ=ζ模型+Δζ

例：采用GNSS测量一处已知点，用其大地高减去其正常高，得到该点正确的高程异常值ζ，用该值减去计算的模型高程异常值ζ模型，即得到模型差距Δζ，实现了对EGM2008重力场模型的标定，从而实现对其它各点正常高的求解。

3 油、气田分布地区测量作业

3.1 控制测量

CORS系统能够提供2000国家大地坐标，根据相关测量标准[2-3]，能够满足油气田工程测量平面控制网的要求。

高程系统采用1985国家高程基准，文献[4]通过工程实例得出，GNSS测量高程转换过程中加入EGM2008重力场模型仅需较少的已知点（至少1个），就能够获得厘米级高程精度，如果有多个已知点，还可以相互检查是否有粗差。

小面积地形或短距离线路高程联测有困难时，可采用假定高程系统，因此，无需联测已知高程点，仅需加入EGM2008重力场模型，就能够得出高程异常，获得精度相对较高的正常高。

3.2 施测方法

测区分布广泛，在进行小范围站址、穿跨越及小于30km线路测量时，采用CORS系统并加入EGM2008重力场模型进行控制网布设，能够满足绝大多数油气田工程测量任务。

控制网布设完成后，采用单基站GNSS-RTK方法完成测量作业。

4 结论

油、气田产区分布广泛，小型项目众多，在满足相关规范及设计人员的前提下，减少外业工作量，提高工作效率、测量精度，是测绘工作者努力的方向。本文中将CORS系统与EGM 2008重力场模型相结合的方法，能够使众多测量项目平面及高程基准统一，且精度相对较高，具有现实意义，也能够为其它类型工程应用提供借鉴。

参考文献：

[1] 章传银，郭春喜，陈俊勇，等.EGM 2008地球重力场模型在中国大陆适用性分析[J].测绘学报，2009，38（4）：283-289.

[2] GB 50026-2007，工程测量规范[S].

[3] GB/T 50537-2017，油气田工程测量规范[S].

[4] 冯林刚，林军，赵锁志.EGM2008模型在GPS高程转换中的应用研究[J].测绘信息与工程，2009，34（5）：6-7.

论文作者:宋琦,刘佳锐

论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期

论文发表时间:2020/3/16

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