面向服務(wù)的城市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)

張云青，王琰開，冉慧敏

（1.常州市測繪院，江蘇常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇常州 213003）

面向服務(wù)的城市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)

張云青1，2?，王琰開1，2，冉慧敏1，2

（1.常州市測繪院，江蘇常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇常州 213003）

介紹了現(xiàn)代測繪基準體系的重要性，分析了其建設(shè)的作用和意義。以常州市為例，在分析原有測繪基準局限性的基礎(chǔ)上，著重介紹了現(xiàn)代測繪基準體系的建設(shè)情況，包括基礎(chǔ)設(shè)施的改造升級、基準成果的管理以及基準成果的應(yīng)用與共享。

現(xiàn)代測繪基準體系；CZCORS；數(shù)字高程基準；基準數(shù)據(jù)庫；綜合服務(wù)平臺

? 收稿日期:2016—02—27

作者簡介:張云青（1968—），女，注冊測繪師，正高職高級工程師，主要從事測繪技術(shù)與質(zhì)量管理。

基金項目：住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2015年科學技術(shù)項目計劃-軟科學研究項目（2015-R2-051）

1 概 述

測繪基準體系是國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)［1］。傳統(tǒng)測繪基準歷經(jīng)半個世紀的發(fā)展，為國民經(jīng)濟、國防和社會的可持續(xù)發(fā)展提供了及時、適用、可靠的測繪保障［2］。然而，隨著測繪地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展，原有測繪基準體系提供的成果精度低，現(xiàn)勢性差，服務(wù)能力不足，相比時代發(fā)展步伐已明顯滯后。因此，為了滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和信息化建設(shè)對測繪基準的要求，我國各省市和地區(qū)如武漢市、寧波市、重慶市等［3～6］均已建成了包括高精度平面控制網(wǎng)、精密水準網(wǎng)、城市CORS系統(tǒng)和區(qū)域似大地水準面精化模型在內(nèi)的現(xiàn)代測繪基準體系，其具有三維、高精度、動態(tài)、地心、實用等特點［7］。

然而各城市所建立的現(xiàn)代測繪基準體系重點在于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，本文在其基礎(chǔ)上進行了擴充和提升，增加了基準管理、基準智能應(yīng)用和共享的內(nèi)容。以常州市為例，首先進行基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，包括對原有平面與高程控制網(wǎng)及CZCORS系統(tǒng)的改造升級、數(shù)字高程基準的建設(shè)；其次是測繪基準成果的管理，包括基準數(shù)據(jù)庫和基準管理系統(tǒng)的建設(shè)；最后是測繪基準成果的應(yīng)用和共享，包括基準應(yīng)用系統(tǒng)和綜合服務(wù)平臺的建設(shè)。

2 常州市原有測繪基準

常州市原有測繪基準體系在常州市的規(guī)劃、建設(shè)、國土、地質(zhì)、水利、勘探等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。然而，隨著經(jīng)濟建設(shè)和測繪科技的不斷發(fā)展，其缺陷和不足日顯突出，主要包括以下幾方面:①覆蓋范圍有限，無法實現(xiàn)市域的全覆蓋；②常州市區(qū)與下轄金壇市、溧陽市的測繪基準體系不統(tǒng)一；③已有控制點破壞嚴重；④平面和高程成果分離，不便于使用；⑤低等級的水準測量制約生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的提高；⑥CZCORS的時間和空間可用性不足；⑦基準成果管理不規(guī)范，應(yīng)用不智能；⑧缺少基準成果的共享平臺和共享機制。

為解決上述問題，本文構(gòu)建了新一代的測繪基準體系，從而有助于提升常州市的測繪服務(wù)水平，為信息化測繪奠定基礎(chǔ)。

3 常州市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)

常州市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)本著兼顧傳統(tǒng)、立足當下、面向未來的原則，充分利用原有資源，滿足當前生產(chǎn)需要，著眼未來發(fā)展趨勢。項目主要包括以下幾部分的內(nèi)容:①基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（原有平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、常州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（CZCORS）的改造升級、常州市域數(shù)字高程基準的建立）；②測繪基準成果管理（常州市現(xiàn)代測繪基準數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)建設(shè)）；③測繪基準成果的應(yīng)用和共享（測繪基準應(yīng)用系統(tǒng)和綜合服務(wù)平臺（www.czcors.com）建設(shè)）。

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

3.1.1 平面控制網(wǎng)改造升級

平面控制網(wǎng)由框架網(wǎng)和全面網(wǎng)組成。框架網(wǎng)由江蘇省連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（JSCORS）中的若干參考站和常州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CZCORS）中的全部參考站組成，全面網(wǎng)由JSCORS和CZCORS中的溧陽、社渚、金壇、宜興、東壩、白馬6個參考站和50 個C級點組成。

基線解算選取了9個全球IGS基準站作為起算點，與框架網(wǎng)進行了聯(lián)合基線處理，基線向量重復性統(tǒng)計圖表1所示；三維無約束平差顯示基線分量的改正數(shù)均在±3 cm以內(nèi)，說明基線解算和整網(wǎng)的內(nèi)符合精度較高；三維約束平差結(jié)果顯示點位精度平面優(yōu)于5 mm，高程優(yōu)于 1 cm。

基線向量重復性統(tǒng)計表 表1

通過控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測、基線解算和網(wǎng)平差，得到了覆蓋常州市域的平面控制網(wǎng)的CGCS 2000坐標成果，從而完成了對原有平面控制網(wǎng)的改造升級，首次在常州市域建立了2000國家大地坐標系。

3.1.2 高程控制網(wǎng)改造升級

針對高程控制網(wǎng)的改造升級和今后高程基準的維持，新建了3座基巖標，分別位于市測繪院（CZ01）、圩塘中學（CZ02）和南夏墅初級中學（CZ03）。

新布設(shè)的精密水準網(wǎng)共包含水準點331個，控制面積 4 383 km2，線路總長 1 428 km。為了提高二等水準測量的精度，在數(shù)據(jù)處理中考慮了如下5項改正:往返測標尺長度改正、水準標尺溫度改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正、往返測固體潮改正，并且提出了一種新的固體潮改正的算法。水準網(wǎng)平差結(jié)果顯示水準路線共形成75個閉合環(huán)，最大環(huán)閉合差±11.1 mm（限差為±35.2 mm），最小環(huán)閉合差0（限差為 ±13.5 mm），精度統(tǒng)計如表2所示。

閉合環(huán)精度統(tǒng)計表 表2

通過精密水準網(wǎng)的布設(shè)、觀測和數(shù)據(jù)處理，得到了覆蓋常州市域的高程控制網(wǎng)的1985國家高程基準成果，從而完成了對原有高程控制網(wǎng)的改造升級，首次在常州市域建立了1985國家高程基準。

3.1.3 CZCORS改造升級

（1）新建參考站

在原有CZCORS的基礎(chǔ)上新建5個參考站以解決某些區(qū)域內(nèi)獲得固定解較慢或無法獲得固定解的問題，新建成的CZCORS包含9個參考站，如圖1所示，可以有效覆蓋常州全市域。

圖1　CZCORS參考站分布圖

（2）系統(tǒng)升級

充分利用原有CZCORS的基礎(chǔ)設(shè)施進行了軟硬件設(shè)備的系統(tǒng)升級，建立了兼容北斗的三星系統(tǒng)。新建成的系統(tǒng)既可以采用三星定位，同時也支持單北斗定位，用戶在使用過程中可根據(jù)自身需要進行衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇和切換（如圖2所示）。即使在GPS不可用的情況下，系統(tǒng)依然可以保證各項生產(chǎn)任務(wù)的順利實施。

圖2　衛(wèi)星系統(tǒng)選擇和切換界面

對新建成的三星系統(tǒng)進行的性能測試顯示系統(tǒng)功能和連續(xù)自動運行能力較強，時間可用性、空間可用性和定位服務(wù)時效性都得到了明顯的提高，但系統(tǒng)的定位精度與傳統(tǒng)的雙星系統(tǒng)相當，并沒有得到明顯的提高。

3.1.4 數(shù)字高程基準的建立

數(shù)字高程基準即似大地水準面數(shù)值模型。常州市域似大地水準面精化采用了48個GPS水準數(shù)據(jù)，計算平均空間重力異常時采用了 1 623個點重力數(shù)據(jù)，計算格網(wǎng)布格改正、地形改正和均衡改正時在陸地部分采用了SRTM的空間飛行任務(wù)數(shù)據(jù)庫7.5″×7.5″的DTM資料。

采用陸地2′′2′格網(wǎng)空間重力異常作為輸入數(shù)據(jù)，以EIGEN05C作為參考重力場模型。似大地水準面的計算采用了第二類Helmert凝集法，考慮了地球曲率影響的嚴密球面積分公式。計算地形的直接和間接影響的積分半徑均采用 300 km。

48個GPS水準點與重力似大地水準面的差值最大、最小值分別為0.024 m、-0.019 m，標準差為±0.010 m。利用球冠諧調(diào)和分析方法將重力似大地水準面與GPS水準進行擬合得到的2′′2′的似大地水準面數(shù)值模型與GPS水準比較的標準差為±0.007 m，最大值和最小值分別為 0.018 m、-0.020 m。

利用高精度、高分辨率的似大地水準面數(shù)值模型可以將GNSS定位獲得的大地高快速準確地轉(zhuǎn)換為正常高，從而改變傳統(tǒng)的高程測量作業(yè)模式，取代低等級水準測量，真正實現(xiàn)GNSS技術(shù)在幾何和物理意義上的三維定位功能。

3.2 測繪基準成果的管理

3.2.1 測繪基準數(shù)據(jù)庫

建立測繪基準數(shù)據(jù)庫的目的是實現(xiàn)對常州市歷史基準數(shù)據(jù)的全生命周期管理，便于今后的調(diào)用和查詢。數(shù)據(jù)庫建設(shè)遵循數(shù)據(jù)和應(yīng)用分離的基本原則，所有數(shù)據(jù)資源集中管理、集中維護、分布使用?？臻g數(shù)據(jù)、非空間數(shù)據(jù)分開存儲，空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)之間通過相關(guān)特征進行關(guān)聯(lián)和體現(xiàn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的動態(tài)互訪。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)包括測繪基準數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

3.2.2 基準管理系統(tǒng)

基準管理系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，基于AutoCAD 2010平臺，采用Oracle數(shù)據(jù)庫直連方式進行數(shù)據(jù)的調(diào)取與入庫，便于基準管理人員進行各項常規(guī)管理操作（如圖3所示）。管理系統(tǒng)具有的功能模塊主要包括:

圖3　CAD基準管理系統(tǒng)

（1）圖面展點:將基準數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)展繪到CAD圖中；

（2）數(shù)據(jù)質(zhì)檢:對將要入庫的基準數(shù)據(jù)進行質(zhì)檢，確保數(shù)據(jù)的正確性；

（3）監(jiān)理入庫:將新增的基準數(shù)據(jù)及點之記等圖片數(shù)據(jù)入庫；

（4）屬性查詢:查詢基準數(shù)據(jù)的屬性信息，如點名、點號、類型等；

（5）條件查詢:根據(jù)用戶自定義的條件查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

3.3 測繪基準成果的應(yīng)用和共享

3.3.1 基準應(yīng)用系統(tǒng)

基準應(yīng)用系統(tǒng)基于Android平臺研發(fā)，便于外業(yè)測繪人員通過手機等移動端設(shè)備使用（如圖4所示），應(yīng)用系統(tǒng)具有的功能模塊主要包括:

（1）圖層選擇:用戶可以選擇地形圖、影像圖、專題地圖等圖層；（2）用戶定位:用戶可以實時確定自己當前的位置；（3）基準點查詢:用戶可以根據(jù)距離查詢離自己最近的平面和高程控制點；

（4）路徑分析:用戶選擇了控制點，系統(tǒng)會選擇最優(yōu)路徑，并通過導航的方式指引用戶前往。

圖4　移動端基準應(yīng)用系統(tǒng)

3.3.2 綜合服務(wù)平臺

為了方便各類用戶快速、便捷地使用建設(shè)成果，實現(xiàn)測繪基準的“一站式”服務(wù)，建立了測繪基準綜合服務(wù)平臺［8］（如圖5所示），通過互聯(lián)網(wǎng)向公眾發(fā)布。

圖5　綜合服務(wù)平臺

平臺提供的常規(guī)功能包括用戶資費查詢、觀測條件與參考站信息動態(tài)更新、新聞公告與業(yè)務(wù)下載等；平臺提供的核心功能主要包括以下幾方面:

（1）數(shù)據(jù)下載

系統(tǒng)可供下載的數(shù)據(jù)包括全球IGS基準站數(shù)據(jù)（觀測文件、廣播星歷、精密星歷）和CZCORS參考站數(shù)據(jù)（觀測數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)）。

（2）數(shù)據(jù)后處理服務(wù)

用戶需提供GPS接收機類型、天線類型、天線高等必要信息，并上傳觀測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理完畢后將結(jié)果反饋給用戶。

（3）軟件定制

系統(tǒng)提供的可定制軟件主要包括三類:①平面基準轉(zhuǎn)換軟件；②高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換軟件；③測繪信息管理與應(yīng)用軟件。

4 結(jié) 論

常州市高精度平面與高程控制網(wǎng)、三星CORS系統(tǒng)和數(shù)字高程基準構(gòu)成了常州市現(xiàn)代測繪基準體系的基礎(chǔ)設(shè)施，基準數(shù)據(jù)庫的搭建和管理系統(tǒng)的建設(shè)完成實現(xiàn)了對測繪基準成果的管理，基準應(yīng)用系統(tǒng)和綜合服務(wù)平臺的建設(shè)完成實現(xiàn)了基準成果的共享和發(fā)布。常州市現(xiàn)代測繪基準體系的建成有助于加快推進測繪智慧化進程，提升測繪地理信息的生產(chǎn)力和服務(wù)水平，提高測繪地理信息在促進常州市現(xiàn)代化建設(shè)中的能力和作用，也必將取得巨大的經(jīng)濟和社會效益。

［1］張全德，張燕平.測繪基準體系建設(shè)的探討［J］.測繪通報，2005（4）：1～4.

［2］陳俊勇.面向數(shù)字中國建設(shè)中國的現(xiàn)代測繪基準［J］.測繪通報，2001（3）：1～3.

［3］肖建華，王厚之，李江衛(wèi)等.武漢市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)［J］.城市勘測，2007（6）：11～14.

［4］曹學禮、張旭東、金頌偉等.寧波市現(xiàn)代測繪基準體系的構(gòu)建［J］.城市勘測，2008（2）：6～9.

［5］楊本廷，謝征海.淺談重慶市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)［J］.城市勘測，2013（3）：70～73.

［6］馬祥，李華平.蕪湖市現(xiàn)代測繪基準體系的建立［J］.城市勘測，2013（4）：83～86.

［7］陳俊勇，黨亞民，張鵬.建設(shè)我國現(xiàn)代化測繪基準體系的思考［J］.測繪通報，2009（7）：1～5.

［8］許超鈐，姚宜斌，張豹等.現(xiàn)代測繪基準綜合管理服務(wù)系統(tǒng)的研究與構(gòu)建［J］.測繪地理信息，2014（6）：62～65.

The construction of Service-Oriented Fundamental System for Modern Surveying and Mapping for City

Zhang Yunqing1，2，Wang Yankai1，2，Ran Huimin1，2
（1.Changzhou Surveying and Mapping Institute，Changzhou 213003，China；
2.Changzhou City Geographic Information Technology Center，Changzhou 213003，China）

This paper introduced the importance of fundamental system for modern surveying and mapping，then analyzed the function and significance of the construction.Taking Changzhou city as an example，this paper mainly introduced the construction of fundamental system for modern surveying and mapping on the basis of the analysis of the original fundament，including the reform and upgrade of the infrastructure，the management offundamental achievements，as well as the application and sharing.

fundamentalsystem for modern surveying and mapping；CZCORS；digital elevation fundament；fundamental data base；integrated service platform

1672-8262（2016）02-15-04中圖分類號：P223

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