潛江市現(xiàn)代測繪基準體系建設

黃濤，孫偉，婁坤，柯亨松

(1.潛江市勘測設計研究院，湖北 潛江 433199； 2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

“數(shù)字潛江地理空間框架”于2008年隨“數(shù)字潛江”項目建設完成，覆蓋范圍僅有 320 km2，距現(xiàn)今已有十年，隨著潛江市城市建設發(fā)展及城市規(guī)劃管理區(qū)不斷擴大，當時布設的基礎控制點大多數(shù)都被破壞，很多區(qū)域已經(jīng)無法滿足潛江市重大工程及城市發(fā)展規(guī)劃建設的測繪保障需要。此外，根據(jù)國家對新一代大地坐標系——2000國家大地坐標系(CGCS2000)在全國范圍的逐步推廣與使用的規(guī)定及要求，各省、市地區(qū)都需要在建設和管理等工作中盡快啟用CGCS2000坐標系，并且完成現(xiàn)有地理信息成果數(shù)據(jù)向CGCS2000的轉換。按國家相關要求，必須在2018年7月之前完成此項工作。

目前，潛江市所使用的地理信息成果均屬于1980西安坐標系，要實現(xiàn)向CGCS2000坐標系的轉換，就需要建立現(xiàn)有坐標系與CGCS2000坐標系之間的轉換關系，其前提是在市域均勻分布的、具有較高精度的、兼容性較好的上述兩套坐標系成果的公共點。因此，建設覆蓋潛江全市域、科學統(tǒng)一、與國家現(xiàn)代化測繪基準保持一致的基準站網(wǎng)、三維控制網(wǎng)以及高精度水準網(wǎng)、區(qū)域似大地水準面精化等工作是潛江市測繪基準現(xiàn)代化的首要任務。

2 潛江市測繪基準體系現(xiàn)代化建設

潛江市測繪基準體系現(xiàn)代化建設，綜合利用了包含衛(wèi)星定位技術、地球重力場在內的多種大地測量技術手段，將潛江市原有的參心、靜態(tài)、小范圍的測繪基準體系，改建為具有高精度、全市域、動態(tài)、三維地心、與2000國家大地坐標系(CGCS2000)相一致的測繪基準框架?，F(xiàn)將其各組成部分建設情況分述如下：

2.1 QJCORS系統(tǒng)

潛江市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(QJCORS)由基準站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)組成，在原有單基站系統(tǒng)的基礎上擴建、升級完成。根據(jù)相關規(guī)定和技術設計，主要完成了一系列建設工作：基準站選址測試、觀測墩土建施工、防雷工程、觀測室布置及布線、通信線路建設及網(wǎng)絡測試、基準站設備安裝調試、數(shù)據(jù)中心軟件平臺集成、系統(tǒng)外業(yè)測試等。

在保留潛江城區(qū)原單基站的基礎上，在潛江市境內另新建4個基準站，均勻布設，構建了由5個基準站組成的、獨立運行的基準站子系統(tǒng)，相鄰平均站間距 24.1 km，圖1為其中2個新建基準站觀測墩的現(xiàn)場圖，圖2為基準站防雷接地施工圖。網(wǎng)絡通信方面，分別采用中國移動PTN(2M)專網(wǎng)、GPRS VPN(2M)作為基準站與數(shù)據(jù)中心有線傳輸和軟件平臺數(shù)據(jù)發(fā)播的通信方式，確保QJCORS數(shù)據(jù)通信信道的安全性、穩(wěn)定性和可擴展性。

圖1基準站觀測墩現(xiàn)場圖圖2基準站防雷接地施工圖

根據(jù)技術設計，潛江市現(xiàn)代測繪基準體系整體建設完成后(包括QJCORS系統(tǒng)建設、建立不同坐標系之間的轉換關系、區(qū)域似大地水準面精化等工作)，組織實施了利用QJCORS進行網(wǎng)絡RTK測量的各項系統(tǒng)測試。定位精度測試中，在全市域范圍內采用網(wǎng)絡RTK方式采集測試了13點，用以全面反映QJCORS系統(tǒng)與城市坐標系統(tǒng)的兼容程度和不同區(qū)域分布對系統(tǒng)定位結果可能的影響，測試結果如表1所示。在空間可用性測試中，采用車跑并記錄網(wǎng)絡RTK測試結果方式進行，在距離潛江市邊界20余公里的沙洋、江陵等地區(qū)仍可以輕松獲取固定解。多項測試結果表明，QJCORS系統(tǒng)可以向用戶提供實時、厘米級的定位服務，可以有效覆蓋潛江全市域及周邊地區(qū)。

QJCORS網(wǎng)絡RTK定位精度測試情況 表1

2.2 潛江市高精度GNSS控制網(wǎng)

潛江市高精度GNSS控制網(wǎng)由兩級共67點組成、測設：框架網(wǎng)由5個QJCORS基準站點構成，基本網(wǎng)由62個C級GNSS點組成?；揪W(wǎng)按潛江市規(guī)劃管理區(qū) 5 km～7 km、城鄉(xiāng)村落等地 8 km～10 km進行相鄰點間距布設。下載對應的事后SP3精密星歷后，對框架網(wǎng)和基本網(wǎng)分別進行了基線解算處理(GAMIT V10.40)、網(wǎng)平差處理(CosaGPS V5.21)。

(1)CGCS2000坐標系下的數(shù)據(jù)處理

框架網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時，聯(lián)測了位于我國境內的7個IGS國際跟蹤站(武漢站、北京站、上海站、拉薩站等)，加入了潛江市周邊的2個其他城市CORS站進行計算檢核。數(shù)據(jù)處理后，框架網(wǎng)共有91條重復基線，基本網(wǎng)450條。解算了框架網(wǎng)14個同步時段，基線解nrms最小值0.178、最大值0.191、平均值0.185，計算了基本網(wǎng)30個同步時段，nrms最小值0.178、最大值0.215、平均值0.199?？蚣芫W(wǎng)、基本網(wǎng)基線向量重復性檢驗統(tǒng)計情況如表2所示。

高精度GNSS控制網(wǎng)基線向量重復性統(tǒng)計表 表2

框架網(wǎng)三維約束平差取IGS跟蹤站武漢站、北京站、上海站等3點CGCS2000下的坐標進行約束?？蚣芫W(wǎng)平均邊長為 41.9 km，最弱邊相對精度 0.05 ppm，邊長 19.0 km?？蚣芫W(wǎng)水平方向精度取平均 ±0.001 3 m，大地高方向 ±0.003 4 m。最弱點水平精度 ±0.001 3 m，大地高精度 ±0.003 6 m。檢核點與原有成果在X、Y、Z三個方向上的較差均小于 ±5 mm。

基本網(wǎng)三維約束平差以均勻分布在全市域的5個框架網(wǎng)點為起算?；揪W(wǎng)平均邊長 13.6 km，平均相對精度 0.08 ppm。最弱邊相對精度 1.99 ppm，邊長為 0.65 km。邊長相對中誤差區(qū)間分布統(tǒng)計如表3所示?；揪W(wǎng)水平方向精度取平均 ±0.000 9 m，大地高方向 ±0.002 8 m。最弱點水平精度 ±0.002 5 m，大地高精度 ±0.008 2 m，平差后點位精度統(tǒng)計情況如表4、表5所示。

基本網(wǎng)三維約束邊長相對中誤差區(qū)間分布統(tǒng)計 表3

基本網(wǎng)三維約束點位精度統(tǒng)計 表4

基本網(wǎng)三維約束點位精度區(qū)間分布統(tǒng)計 表5

(2)1980西安坐標系下的網(wǎng)平差

潛江市現(xiàn)用存檔和當前生產(chǎn)的測繪地理信息成果數(shù)據(jù)均采用1980西安坐標系成果。因此，GNSS網(wǎng)的二維平差工作在1980西安坐標系下開展，其目的是以潛江市原有的高等級城市控制點為約束基準，將1980西安坐標系下的坐標成果傳遞至全網(wǎng)，達到覆蓋全市域的高精度平面控制目的。為保證GNSS網(wǎng)與潛江市原坐標基準相融合，共聯(lián)測了國家等級三角點10個。網(wǎng)平差時，檢驗了所聯(lián)測的國家三角控制點成果的兼容性，并進行了約束平差方案的優(yōu)化比選，選取最佳的約束平差方案。

平差結果顯示，最弱點精度為x方向 ±0.002 8 m，y方向 ±0.002 4 m，平面精度 ±0.003 7 m；最弱邊邊長相對精度 1/728 000(1.37 ppm)，平差精度統(tǒng)計如表6、表7所示。

二維約束平差點位精度區(qū)間分布統(tǒng)計 表6

二維約束平差點位精度統(tǒng)計 表7

2.3 潛江市二等水準網(wǎng)

潛江市二等水準網(wǎng)覆蓋了整個市域，由81個水準點(聯(lián)測了全部C級GNSS點)，34條水準路線組成，形成9個閉合環(huán)、13條附合路線，水準路線總長 628.1 km。數(shù)據(jù)處理基于1985國家高程基準，經(jīng)過外業(yè)概算后，進行了嚴密間接網(wǎng)平差計算，精度統(tǒng)計如表8所示。

二等水準網(wǎng)平差精度統(tǒng)計 表8

2.4 區(qū)域似大地水準面精化

在潛江市區(qū)域似大地水準面精化融合計算中，61點GNSS/水準點成果、1 396個重力點成果數(shù)據(jù)參與計算。計算出的潛江市GNSS/水準似大地水準面與重力似大地水準面成果獨立進行比較的精度是0.028 m，經(jīng)定權融合計算得出的似大地水準面精化精度略有提高，精度0.024 m，為2′2′分辨率格網(wǎng)。在完成區(qū)域似大地水準面精化的基礎上，同期研制了精化成果實時應用軟件，配合QJCORS軟件平臺同時向用戶提供實時的精化高程。上述2.1節(jié)中介紹的QJCORS定位精度測試中獲取的高程值即是利用軟件精化后的高程成果。

2.5 坐標轉換參數(shù)的獲取

一旦啟用CGCS2000坐標系，為避免重復測繪，潛江市現(xiàn)存的海量的地理信息成果數(shù)據(jù)在相當長的一段時間周期內仍然需要使用，因此就必須將其轉換至新測繪基準體系下。建立CGCS2000與現(xiàn)用1980西安坐標系在潛江市域內嚴密的相互聯(lián)系和轉換關系，是推廣CGCS2000應用的前置條件。利用前述基準建設所取得的成果，精確計算求取了新老坐標系間的三維7參、二維4參等2套轉換參數(shù)，研制了轉換工具模塊。從利用建成后的QJCORS進行實時網(wǎng)絡RTK測試的成果精度來看，以上轉換參數(shù)完全滿足潛江全市域厘米級定位、成果數(shù)據(jù)轉換的需求。

3 結 語

潛江市現(xiàn)代測繪基準體系建立了覆蓋潛江全市域、統(tǒng)一的、與CGCS200相一致的高精度GNSS控制網(wǎng)、二等水準網(wǎng)、區(qū)域精化似大地水準面以及QJCORS系統(tǒng)等，其成果將為全市各項測繪工作提供精確的位置信息和定位服務，將全面提高地理信息數(shù)據(jù)采集的效率和測繪保障服務能力。同時，將為潛江市推廣CGCS2000坐標系應用，改造潛江市現(xiàn)有平面坐標系統(tǒng)，建立和啟用基于CGCS2000的潛江相對獨立地方平面坐標系打下堅實的基礎。

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