淄博GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓展應(yīng)用

張戰(zhàn)偉，高玲弟，張秀佳，劉義敏，于曉

(山東明嘉勘察測繪有限公司，山東淄博 255000)

淄博GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓展應(yīng)用

張戰(zhàn)偉?，高玲弟，張秀佳，劉義敏，于曉

(山東明嘉勘察測繪有限公司，山東淄博 255000)

在分析淄博GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)營現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞系統(tǒng)優(yōu)勢，以張店區(qū)為實(shí)驗(yàn)區(qū)，通過控制網(wǎng)聯(lián)測與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，進(jìn)行應(yīng)用拓展探討。

淄博GNSS；CORS系統(tǒng)；連續(xù)運(yùn)行參考站；控制測量；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1 系統(tǒng)簡介

淄博GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，簡稱ZBCORS，是現(xiàn)代衛(wèi)星定位技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)集成的結(jié)晶，由12個連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站和一個數(shù)據(jù)處理中心組成，覆蓋淄博五區(qū)三縣及周邊約12 000 km2地區(qū)。在市域內(nèi)，精密差分RTK定位精度達(dá)到平面M≤0.030 m，高程M≤0.050 m，測后數(shù)據(jù)處理相對精密定位達(dá)到的精度為平面M≤0.005 m，高程M≤0.005 m。

該系統(tǒng)采用徠卡設(shè)備和技術(shù)，以GSM/GPRS/CDMA等方式向授權(quán)用戶適時播發(fā)網(wǎng)絡(luò)RTK改正數(shù)據(jù)，穩(wěn)定可靠?？蛻舳思嫒輳瓶ㄏ盗辛鲃诱?、天寶5700/ 5800/R8、Topcon、Thales和國產(chǎn)的南方S82－2000、中海達(dá)等流動站，只需具備RTK功能，具備RTCM標(biāo)準(zhǔn)格式(RTCM V2.3或V3)，具備GSM手機(jī)或GPRS手機(jī)或CDMA手機(jī)或?qū)Ｓ脫芴柲K來接收網(wǎng)絡(luò)RTK改正數(shù)。

2 應(yīng)用開發(fā)思路

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

淄博GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)時而生，在淄博市城鎮(zhèn)地籍調(diào)查、淄博市第二次土地調(diào)查農(nóng)村土地調(diào)查、淄博市礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查等項(xiàng)目中大顯身手，以其高精度、高效率、高覆蓋率、全天候的優(yōu)點(diǎn)成為測繪人的利器。其應(yīng)用主要在以下方面:

(1)控制測量

在該系統(tǒng)下，利用RTK流動站通過采用三腳架強(qiáng)制對中、整平并獨(dú)立觀測兩次，在較差不超限的情況下取中數(shù)使用的辦法，可以為項(xiàng)目提供滿足圖根精度控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)成果。這直接減少了控制測量層級，控制測量等級直接到圖根，大大減輕了工作量。

(2)碎步測量

在該系統(tǒng)下，利用RTK流動站結(jié)合手簿編碼功能，不但可以與傳統(tǒng)RTK一樣，實(shí)現(xiàn)開闊區(qū)域的碎部測量、編碼測圖、點(diǎn)位放樣，無需后視，適時測量，精度均勻，誤差不累積，而且減少了基準(zhǔn)站的設(shè)備、人員等成本。

2.2 應(yīng)用局限

淄博GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)初衷是為地籍測量服務(wù)的，因此設(shè)計時僅提供1980西安坐標(biāo)系118°投影成果參數(shù)，而且是采用山東省GPS網(wǎng)2006年精化后的成果為起算。

在淄博市的實(shí)際測繪工作中，目前還存在多種坐標(biāo)系統(tǒng)并存、同一坐標(biāo)系統(tǒng)新舊起算成果并存的情況。以市政府所在地張店區(qū)為例，平面控制成果常用有5種，除第二次土地調(diào)查可以直接利用淄博GNSS測量出成果外，規(guī)劃系統(tǒng)采用1994年淄博城市坐標(biāo)系，市國土局采用1954年北京坐標(biāo)系，開發(fā)區(qū)國土局采用張店城建坐標(biāo)系，還有以國家等級三角點(diǎn)起算的1980西安坐標(biāo)系等。

由于各部門的業(yè)務(wù)少有交叉，各系統(tǒng)間少有聯(lián)系，因此未進(jìn)行統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換關(guān)系解算。對后4種坐標(biāo)系統(tǒng)而言，甚至都沒有與WGS－84坐標(biāo)系之間的精確轉(zhuǎn)換關(guān)系。這樣大大限制了淄博GNSS的利用范圍，對充分發(fā)揮系統(tǒng)的效益、減少測量工作成本構(gòu)成了障礙。

2.3 解決思路

通過對各系統(tǒng)網(wǎng)間控制點(diǎn)聯(lián)測，在外業(yè)聯(lián)測與解算分析的基礎(chǔ)上，提出一個較嚴(yán)密的轉(zhuǎn)換辦法。以張店區(qū)為例，主要考慮的問題及解決辦法如下:

(1)布網(wǎng):在張店區(qū)范圍內(nèi)，布設(shè)GPS控制網(wǎng)，網(wǎng)中涵蓋轄區(qū)5個平面控制系統(tǒng)各不少于3個保存完好的控制點(diǎn)，組成精度均勻的聯(lián)測網(wǎng)，解算出各點(diǎn)在各系統(tǒng)中的坐標(biāo)。

(2)等級:根據(jù)各系統(tǒng)首級控制網(wǎng)在建立時的最高精度，聯(lián)測網(wǎng)根據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量技術(shù)規(guī)范》(GB/T 18314－2009)對D級GPS控制測量的要求測設(shè)。

(3)范圍:聯(lián)測網(wǎng)選取各系統(tǒng)控制網(wǎng)中外圍的點(diǎn)位，以達(dá)到對轄區(qū)的有效控制。

(4)CORS聯(lián)測:對于淄博GNSS系統(tǒng)，考慮站點(diǎn)的分布及站點(diǎn)精密數(shù)據(jù)的保密要求，聯(lián)測與之同一系統(tǒng)、統(tǒng)一平差的淄博市C級GPS控制網(wǎng)點(diǎn)。

(5)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:通過有各系統(tǒng)坐標(biāo)成果的公共點(diǎn)，解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3 聯(lián)測網(wǎng)的建立與處理

3.1 聯(lián)測網(wǎng)的測設(shè)

聯(lián)測網(wǎng)由19個點(diǎn)組成，相臨點(diǎn)間最短4.3 km，最長10.8 km，平均邊長7.3 km。網(wǎng)中D1～D7為新建點(diǎn)位，其余點(diǎn)涵蓋了5套坐標(biāo)系控制網(wǎng)點(diǎn)作為約束點(diǎn)，統(tǒng)計如表1所示。

聯(lián)測網(wǎng)約束點(diǎn)統(tǒng)計表 表1

觀測采用4臺天寶5700 GPS接收機(jī)同步進(jìn)行，共構(gòu)成6個三角形和9個大地四邊形，控制網(wǎng)形及約束點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 控制網(wǎng)形及約束點(diǎn)分布圖

對于城市建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，原控制網(wǎng)未達(dá)到覆蓋轄區(qū)的系統(tǒng)，如張店城建坐標(biāo)系，約束點(diǎn)盡量選取網(wǎng)中外圍的點(diǎn)位，并在約束網(wǎng)平差時采用多點(diǎn)的辦法，以達(dá)到與歷史數(shù)據(jù)的無縫銜接。

3.2 聯(lián)測網(wǎng)的平差解算

聯(lián)測網(wǎng)采用天寶GPS接收機(jī)隨機(jī)軟件TGOffice 1.63進(jìn)行基線解算、網(wǎng)平差和精度估算。按照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量技術(shù)規(guī)范》(GB/T 18314－2009)進(jìn)行了各項(xiàng)限差檢驗(yàn)，均滿足要求，然后采用點(diǎn)鳳凰山在2000國家大地坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)進(jìn)行自由網(wǎng)平差，平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為0.005 m，最弱邊相對中誤差為1∶444 265。

在此基礎(chǔ)上，設(shè)定好各坐標(biāo)系統(tǒng)的橢球參數(shù)，采用聯(lián)測的已知點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)點(diǎn)約束，這樣就得到了全網(wǎng)29個點(diǎn)在張店區(qū)5個坐標(biāo)系統(tǒng)中的平面坐標(biāo)成果。精度統(tǒng)計如表2所示。

聯(lián)測網(wǎng)約束平差后精度統(tǒng)計表 表2

對精度進(jìn)行分析，可以看出，各系統(tǒng)控制網(wǎng)約束平差后的精度，主要是由該網(wǎng)建立時的精度確定的，且都優(yōu)于城市四等網(wǎng)的精度。

3.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

目前業(yè)界對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的研究比較多，也比較成熟、實(shí)用，常用的有基于爾莎公式或莫洛琴斯基公式或范士公式的七參數(shù)法，并被進(jìn)行了很多改進(jìn)，開發(fā)的轉(zhuǎn)換軟件也比較多。同時由于轉(zhuǎn)換模型對高程并不敏感，轉(zhuǎn)換出來的平面坐標(biāo)不會因大地高不準(zhǔn)確而受大的影響，用水準(zhǔn)高代替大地高，進(jìn)行坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換計算與參數(shù)解算。本文通過TGO 1.63的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，以ZBCORS所采用的1980西安坐標(biāo)系與1994年淄博城市坐標(biāo)系為例進(jìn)行轉(zhuǎn)換及分析。

(1)轉(zhuǎn)換模型驗(yàn)證:

為了對轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行驗(yàn)證，公共點(diǎn)采用“大由家莊”、“鳳凰山”、“天乙莊”、“寶山”、“礦山小學(xué)”、“灃水橋”、“臥眉山”和“西劉征南”8個點(diǎn)，其余點(diǎn)作為驗(yàn)算點(diǎn)。

轉(zhuǎn)換的殘差最大值為0.017 m，最小值為0.004 m，均方根誤差為0.010 m。各點(diǎn)的轉(zhuǎn)換殘差統(tǒng)計如表3所示。

公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換殘差統(tǒng)計表(單位/m) 表3

利用以上公共點(diǎn)求得的參數(shù)組(dX，dY，dZ，RX，RY，RZ，M)，對驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后，驗(yàn)算點(diǎn)的轉(zhuǎn)換成果與已知成果的較差統(tǒng)計如表4所示。

驗(yàn)算點(diǎn)的轉(zhuǎn)換成果與已知成果較差表(單位/m) 表4

由表4可以看出，轉(zhuǎn)換值與已有值較差最大為0.012 m，最小為0.002 m，均方根誤差為0.007 m，證明轉(zhuǎn)換模型及轉(zhuǎn)換參數(shù)可靠。

這樣，依此即可對任意兩套坐標(biāo)系間進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并獲取參數(shù)，并能建立淄博GNSS連續(xù)運(yùn)營參考站系統(tǒng)WGS－84坐標(biāo)和以上各平面坐標(biāo)系之間的嚴(yán)密的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

(2)轉(zhuǎn)換成果檢驗(yàn):

為了進(jìn)一步把握轉(zhuǎn)換效果，在該系統(tǒng)下采用精密差分RTK對我單位正在使用的各系統(tǒng)一級GPS以上等級控制點(diǎn)進(jìn)行了抽檢，抽檢比例為10%，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系解算成果。表5為抽檢的1994年淄博城市坐標(biāo)系控制點(diǎn)成果與原控制點(diǎn)成果比較較差表。

抽檢成果與原成果較差統(tǒng)計表 表5

續(xù)表5

由表5可以看出，抽檢的64個控制點(diǎn)中，扣除可以認(rèn)為是粗差的5號、34號點(diǎn)，抽檢值與已有值較差最大為0.029 m，最小為0.001 m，均方根誤差為0.016 m。其他系統(tǒng)間情況相同。因此可以得出結(jié)論，較差在該系統(tǒng)精密差分RTK測量精度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換手段及效果適用、可靠。

(3)轉(zhuǎn)換成果應(yīng)用

①利用轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以拓展淄博GNSS使用范圍，為采用不同坐標(biāo)系統(tǒng)的國土管理、城建規(guī)劃、市政環(huán)保、房產(chǎn)管理及公安消防等部門提供定位服務(wù)。同時可以將控制范圍內(nèi)的控制成果、圖件成果、GPS基線向量數(shù)據(jù)等進(jìn)行系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，一測多用，達(dá)到充分利用資源的目的。

②利用轉(zhuǎn)換參數(shù)，在GPS流動站作業(yè)手簿軟件中進(jìn)行相應(yīng)的投影參數(shù)、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)和校正參數(shù)的設(shè)置，即可輕松地進(jìn)行RTK和DGPS作業(yè)，并直接得到所需要系統(tǒng)的坐標(biāo)值。同時可以將現(xiàn)有成果轉(zhuǎn)換到CORS的坐標(biāo)系統(tǒng)，直接進(jìn)行點(diǎn)位、線路放樣，達(dá)到節(jié)約人力物力的效果。

4 展望

通過拓展，利用淄博GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以直接進(jìn)行范圍內(nèi)所有的測繪業(yè)務(wù)，大大減少了重復(fù)工作量，節(jié)約了測量成本，提高了各坐標(biāo)系統(tǒng)工作效率。展望不久的將來，將本做法推廣到整個淄博市及周邊區(qū)域，一定可以更大發(fā)揮淄博GNSS定位快、成本低、精度可靠、操作簡單的優(yōu)勢，最大限度發(fā)揮淄博GNSS客戶端兼容性好、可采用的RTK流動站品牌多、網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)的優(yōu)勢，為淄博市所有的測繪項(xiàng)目和測繪相關(guān)部門服務(wù)。

[1] 劉經(jīng)南，劉暉.建立我國衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)的若于思考[J].武漢大學(xué)學(xué)報:信息科學(xué)版，2003(S1):27～31

[2] 過靜珺，王麗，張鵬.國內(nèi)外連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)新進(jìn)展和應(yīng)用展望[J].全球定位系統(tǒng)，2008(1):1～10

[3] 朱華統(tǒng)，楊元喜，呂志平編著.GPS坐標(biāo)系統(tǒng)的變換[M].北京:測繪出版社，1994

Expanding Applications of the Zibo GNSS Continue Operation Reference Stations System

Zhang ZhanWei，Gao LingDi，Zhang XiuJia，Liu YiMin，Yu Xiao
(Shandong Mingjia exploration surveying＆mapping Co.，Ltd.Zibo 255000，China)

Based on analyzing for the applications current status of the Zibo GNSS Continue Operation Reference Stations system，This paper focus on advantages of the system in the current work of surveying and mapping，and probes into the expanding application by the test of the correlation survey and coordinate system transformation in Zhangdian control net.

Zibo GNSS；CORS System；Continue Operation Reference Stations；Control Survey；coordinate system transformation

1672－8262(2010)03－78－04

P228

B

2010—09—06

張戰(zhàn)偉(1978—)，男，工程師，主要研究方向GPS、工程測量。