GPS(CORS)和地理信息工作站在上海市基礎(chǔ)測(cè)繪中的應(yīng)用

莊玉洋

(吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

基礎(chǔ)測(cè)繪工作在國(guó)家基礎(chǔ)性建設(shè)或其它發(fā)展領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用過程中，需要根據(jù)國(guó)家統(tǒng)一制定的測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)制，最終在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中被廣泛使用。由于我國(guó)人們對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪工作了解非常有限，造成了大家普遍認(rèn)為基礎(chǔ)測(cè)繪就是傳統(tǒng)的地形或地圖測(cè)繪。實(shí)際上地圖測(cè)繪只是基礎(chǔ)測(cè)繪內(nèi)容的一小部分。真正的基礎(chǔ)測(cè)繪是通過各種測(cè)繪儀器或測(cè)繪手段對(duì)空間地理數(shù)據(jù)和地理要素進(jìn)行分類、分組、編輯和繪制。主要工作內(nèi)容是對(duì)模擬性資料的測(cè)制及數(shù)據(jù)性信息的調(diào)查和維護(hù)，并建立數(shù)學(xué)模型，讓資料以數(shù)字化，信息化的形式呈現(xiàn)出來(lái)。所以，基礎(chǔ)測(cè)繪工作的發(fā)展和創(chuàng)新對(duì)于我們城市化建設(shè)、政府的宏觀調(diào)控和預(yù)期性的規(guī)劃發(fā)展都具有重要意義。

目前，隨著我國(guó)GPS(CORS)定位技術(shù)的普及和地理信息工作站的應(yīng)用，它們?cè)诔鞘谢A(chǔ)型建設(shè)中的作用越來(lái)越大，已成為城市空間地理信息應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)。這兩者既必不可少，又密不可分，已經(jīng)成為我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中必不可少的一項(xiàng)工作。

1 上海市基礎(chǔ)測(cè)繪的意義

為了配合上海市城鄉(xiāng)規(guī)劃體系實(shí)施、國(guó)土資源管理和新農(nóng)村建設(shè)，做好上海市基礎(chǔ)測(cè)繪的保障工作，根據(jù)《上海市人民政府關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)本市測(cè)繪工作的實(shí)施意見》的文件精神，上海市測(cè)繪院決定定期開展數(shù)字地形圖成圖區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新工作，不斷提高地形圖現(xiàn)勢(shì)性和信息性，以滿足政府和公眾對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)日益增長(zhǎng)的需求。

首先，對(duì)上海市1∶500、1∶1000數(shù)字地形圖采用野外數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編繪等手段進(jìn)行修實(shí)測(cè)。修實(shí)測(cè)完成后將通過地理信息工作站進(jìn)行對(duì)象屬性和權(quán)屬等信息的錄入和維護(hù)。工作內(nèi)容主要包括房屋及附屬設(shè)施、交通及附屬設(shè)施、科教文衛(wèi)及公共設(shè)施、水系、植被等。最終為建立上海市立體空間地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息數(shù)據(jù)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 GPS(SHCORS)的應(yīng)用

2.1 平面控制

平面控制的坐標(biāo)系統(tǒng)采用上海市獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。由上海市測(cè)繪院布設(shè)的VRS(SHCORS)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制點(diǎn)作為測(cè)區(qū)的起算數(shù)據(jù)。測(cè)量原則上以一個(gè)獨(dú)立工程項(xiàng)目為單位并建立JOB(任務(wù))數(shù)據(jù)文件。建立JOB(任務(wù))數(shù)據(jù)文件后，首先設(shè)定投影和轉(zhuǎn)換，目前僅采用點(diǎn)校正法。將網(wǎng)上下載的Standard2008.dc數(shù)據(jù)模塊復(fù)制到本工程數(shù)據(jù)文件中，并選擇“測(cè)量”-“點(diǎn)校正”菜單項(xiàng)中提供的虛擬控制點(diǎn)為基站參考點(diǎn)，其目的是為了獲取WGS84空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到上海城市坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

正確設(shè)置天線高、數(shù)據(jù)單位、尺度因子、IP地址端口、網(wǎng)絡(luò)差分服務(wù)用戶名密碼等參數(shù)。其中，經(jīng)、緯度取位設(shè)置到0.00001”，平面坐標(biāo)和高程取位設(shè)置到1mm，RTK平面收斂閾值應(yīng)<2cm、垂直收斂閾值應(yīng)<3cm；流動(dòng)站的衛(wèi)星截止高度角設(shè)置不低于10°。SHCORS系統(tǒng)參數(shù)見表1。

表1 (SHCORS)系統(tǒng)參數(shù)

根據(jù)規(guī)范要求RTK測(cè)量PDOP值應(yīng)≤6，并且持續(xù)顯示固定解，方可用于生產(chǎn)作業(yè)。平面控制測(cè)量(測(cè)圖導(dǎo)線起算點(diǎn)、地形測(cè)站點(diǎn))應(yīng)采用架設(shè)三角架方式進(jìn)行流動(dòng)站測(cè)量，并應(yīng)在流動(dòng)站持續(xù)顯示固定解后開始觀測(cè)，每點(diǎn)觀測(cè)應(yīng)獨(dú)立初始化二次，每次采集二組觀測(cè)數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)采集的時(shí)間不少于10→15s，4組數(shù)據(jù)的平面點(diǎn)位較差<2cm時(shí)可取其中任一組數(shù)據(jù)或平均值(建議平均值)。RTK平面控制測(cè)量在同一測(cè)區(qū)布點(diǎn)不得少于3→4點(diǎn)，便于平面控制點(diǎn)的檢查和校正。對(duì)所測(cè)的成果應(yīng)有10%左右的重復(fù)抽樣檢查。技術(shù)要求見表2。

表2 (RTK)平面控制點(diǎn)檢核測(cè)量技術(shù)要求

注：1.相對(duì)困難地區(qū)相鄰點(diǎn)間邊長(zhǎng)相對(duì)較差應(yīng)<2cm；2.d為相鄰點(diǎn)間距離。

2.2 高程控制

2.3 平面碎部測(cè)量

RTK平面碎部測(cè)量可采用帶圓氣泡的對(duì)中桿架設(shè)流動(dòng)站天線進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)采集時(shí)圓氣泡應(yīng)穩(wěn)定居中。然后進(jìn)行流動(dòng)站觀測(cè)，觀測(cè)顯示持續(xù)固定解后開始測(cè)定，每組數(shù)據(jù)采集的觀測(cè)時(shí)間不少于10s，連續(xù)觀測(cè)采集20組數(shù)據(jù)后，需重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化，并進(jìn)行數(shù)據(jù)重合差驗(yàn)證，重合差檢測(cè)精度為小于相應(yīng)等級(jí)精度要求的2倍。否則應(yīng)查明原因，剔除超限點(diǎn)，重新測(cè)量。具體技術(shù)要求見表3。

表3 (RTK)高程測(cè)量技術(shù)要求

3 地形測(cè)量精度要求

由于上海市數(shù)字地形圖的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過多年的矢量化及數(shù)字化形式獲得，所以測(cè)區(qū)內(nèi)整體數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)精度不統(tǒng)一。雖然在實(shí)際生產(chǎn)過程中修實(shí)測(cè)的精度已有了顯著的提高，但是，針對(duì)不同地物和不同的修測(cè)方法也做了不同的精度要求(圖上精度)要求標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)利用布設(shè)圖根控制修、實(shí)測(cè)的地物：主要地物≤±0.05mm，次要地物≤±0.15mm。

(2)利用原有地形地物進(jìn)行自由設(shè)站法修測(cè)的地物：主要地物≤±0.75mm，次要地物≤±1.0mm。

(3)利用丈量法修測(cè)的與鄰近老地物的較差為：主要地物≤±1.0mm，次要地物≤±1.4mm。

(4)地面高程注記點(diǎn)相對(duì)于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差在穩(wěn)固堅(jiān)實(shí)地面不得大于±5.0cm，其它地面不得大于±10.0cm。

(5)接邊限差為上述限差的1.5倍。接邊差小于限差時(shí)可平均配賦，限差超過的應(yīng)到實(shí)地進(jìn)行檢查糾正。

從上述精度的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)GPS(SHCORS)的數(shù)學(xué)單點(diǎn)定位精度無(wú)論作為圖根級(jí)平面控制還是作為高程控制，都已經(jīng)完全的滿足了基礎(chǔ)測(cè)繪中的精度要求。從作業(yè)方式上減輕了導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、架設(shè)GPS基站等繁重的外業(yè)工作強(qiáng)度，不但節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，而且在生產(chǎn)過程中也為用戶提供了更方便的技術(shù)服務(wù)。

圖1 (MDO)數(shù)據(jù)拼接

4 地理信息工作站數(shù)據(jù)形式

4.1 MDO數(shù)據(jù)拼接

上海市基礎(chǔ)測(cè)繪任務(wù)生產(chǎn)一律采用(上海版)地理信息工作站平臺(tái)作業(yè)，作業(yè)前首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接。區(qū)域內(nèi)有經(jīng)過上一年驗(yàn)收合格后的MDO數(shù)據(jù)，由地理信息工作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)調(diào)入，每個(gè)作業(yè)區(qū)塊由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的1∶1000或1∶500圖幅組成，按照單幅圖幅從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)。操作過程：菜單項(xiàng)“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換-MDO數(shù)據(jù)調(diào)入”然后可在目錄中批量選取需要拼接的圖幅，將整個(gè)作業(yè)區(qū)劃分成若干個(gè)作業(yè)區(qū)塊進(jìn)行作業(yè)。數(shù)據(jù)拼接如圖1所示。

在數(shù)據(jù)調(diào)入的過程中可根據(jù)測(cè)區(qū)情況進(jìn)行隨性化拼接，拼接過程中將自動(dòng)化執(zhí)行數(shù)據(jù)的屬性合并和統(tǒng)一，便于數(shù)據(jù)的整體管理，信息化的統(tǒng)計(jì)和入庫(kù)。拼接好的圖塊數(shù)據(jù)都具有獨(dú)立的空間地理屬性信息。

4.2 地理要素的對(duì)象信息構(gòu)成

地理信息工作站的地理要素對(duì)象信息主要由以下幾部分組成：

(1)要素編碼信息(Featurecode):實(shí)體對(duì)象的分類標(biāo)識(shí)代碼，即地形要素編碼。

(2)圖形特征信息(Graphics):描述實(shí)體對(duì)象的地理空間位置與基本幾何形狀的信息(骨架線)，如點(diǎn)狀地物的空間位置與方向；線狀或面狀地物的空間位置及基本幾何形狀(點(diǎn)位置間的連接關(guān)系)。

(3)屬性信息(Attribute):描述該實(shí)體對(duì)象自身的信息特征以及社會(huì)應(yīng)用等相關(guān)的質(zhì)量化、數(shù)量化、狀態(tài)化的描述性信息。如房屋的結(jié)構(gòu)、層數(shù)、權(quán)屬、年代等數(shù)據(jù)信息。

(4)符號(hào)化信息(Symbolizing):基于骨架線的地理要素動(dòng)態(tài)符號(hào)化時(shí)所需的特征參數(shù)信息，如轉(zhuǎn)折點(diǎn)、間斷點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)等與空間點(diǎn)位相關(guān)的標(biāo)識(shí)信息，調(diào)整面狀數(shù)據(jù)效果的參數(shù)等。

(5)數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)信息(FeatureGUID):實(shí)體對(duì)象在數(shù)據(jù)空間中的唯一性標(biāo)識(shí)信息，數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)一旦生成，在數(shù)據(jù)生命周期內(nèi)保持不變。

(6)時(shí)態(tài)信息(Temporal):實(shí)體對(duì)象的生成、入庫(kù)、更新等時(shí)間信息。

(7)工程信息(Project):一般指以工程編號(hào)為代理的有關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源信息，如生產(chǎn)者、檢查者、施測(cè)方法、儀器設(shè)備等。

通過以上信息項(xiàng)的記錄和生成，使地理要素對(duì)象信息的構(gòu)建框架更完整更詳細(xì)更全面。

表4 居民地和垣柵對(duì)象信息分層表

4.3 地理空間數(shù)據(jù)對(duì)象信息分層

地理信息工作站對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的對(duì)象信息進(jìn)行了詳細(xì)的分層，具體數(shù)據(jù)分層共分九大類，每類作為一個(gè)層組存儲(chǔ)，每個(gè)層組按對(duì)象類型和用途劃分為83個(gè)圖層。以“居民地和垣柵”為例見表4。該平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象信息的“測(cè)量控制點(diǎn)”“居民地和垣柵”“工礦建筑及其他設(shè)施”“交通及附屬設(shè)施”“境界與政區(qū)”“地貌”“植被與土質(zhì)”等地類都進(jìn)行了詳細(xì)的分層，在實(shí)際應(yīng)用的過程中可以根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)象的分層進(jìn)行批量的篩選、編輯、歸類和附字段屬性等來(lái)執(zhí)行批量的修改和提取。

4.4 地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

為了獲得更豐富，更全面的對(duì)象屬性信息，地理信息工作站對(duì)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的類別劃分，以居民區(qū)為例：建筑物的結(jié)構(gòu)、用途、屬主、層高、名稱、街址等信息都設(shè)定了窗口錄入模式，可進(jìn)行詳細(xì)的屬性和特性歸類，并創(chuàng)建建筑物功能儲(chǔ)存表。見表5～8。

通過上述表格，體現(xiàn)了地理信息工作站強(qiáng)大的地理信息儲(chǔ)備功能。數(shù)據(jù)對(duì)象的分層、分類，使地理數(shù)據(jù)包括：建筑物的門牌街址、建筑高度、用戶名稱、權(quán)屬信息、屬主名稱、結(jié)構(gòu)材料、使用用途等信息一目了然。同時(shí)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的特性、屬性或字符檢索等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的過濾和導(dǎo)航，在城市空間地理信息大數(shù)據(jù)搜索和提取的過程中更加便捷，高效。

4.5 空間地理數(shù)據(jù)框架

為了確保合理利用基礎(chǔ)測(cè)繪的空間地理信息數(shù)據(jù)，更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和優(yōu)化管理，因此，對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪的空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)框架維護(hù)。城市空間地理框架數(shù)據(jù)以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和其它相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)提取、加工生成，包括行政區(qū)劃面、街坊面、道路中心線和道路面、鐵路中心線、河流水系中心線和河流面等。生成原則如下：

表5 建筑物屬性儲(chǔ)存表

表6 建筑物特性儲(chǔ)存表

表7 建筑物測(cè)高儲(chǔ)存表

表8 街址門牌數(shù)據(jù)儲(chǔ)存表

(1)凡是道路都繪制道路中心線，道路中心線在交叉處設(shè)置節(jié)點(diǎn)斷開，道路中心線的類型同道路邊線的類型，道路中心線盡量繪制在道路的中間位置。

(2)凡是繪制道路中心線的都必須繪制道路面(鄉(xiāng)村路、內(nèi)部道路除外)，道路面類型同道路邊線類型(也同道路中心線類型)，道路面與道路面在交叉處要單獨(dú)表示，即路口面單獨(dú)繪制，其類型同較寬一條道路的面。

(3)鐵路中心線分類：普通鐵路、高速鐵路、電車軌道、輕軌、磁浮列車、輕便軌道等。

(4)水系中心線和水系面有名稱的河流水系都必須繪制水系中心線，水系中心線必須保持貫通，遇橋不斷開，在多條水系交叉處設(shè)置節(jié)點(diǎn)斷開，水系中心線盡量繪制在河流的中間位置；所有河流都必須繪制水系面，水系面遇橋不斷開，水系面保持主水系的貫通，次水系面斷在主水系的邊線處。

4.6 地理數(shù)據(jù)合法化檢查

在基礎(chǔ)測(cè)繪外業(yè)數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)梳理等工作完成以后，需通過地理信息工作站進(jìn)行地理數(shù)據(jù)的合法化檢查和數(shù)據(jù)的質(zhì)檢平臺(tái)檢查。其中包括編碼合法性檢查、層合法性檢查、重疊地物檢查、空間邏輯檢查、自交叉、面交叉檢查等。此項(xiàng)操作為批量或自定義執(zhí)行，執(zhí)行后會(huì)自動(dòng)生成檢查記錄索引?？梢愿鶕?jù)記錄索引符號(hào)代碼的屬性和特性通過過濾和導(dǎo)航功能進(jìn)行數(shù)據(jù)修改，最終完成地理信息數(shù)據(jù)的合法化過程檢查。如圖2所示。

圖2 地理信息數(shù)據(jù)合法化檢查

上述過程體現(xiàn)了地理信息工作站多元化的信息儲(chǔ)備功能和人性化的操作過程，為地理數(shù)據(jù)的要素成圖、屬性管理、信息管理等方面提供了便捷性。

5 地理信息數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用

基礎(chǔ)測(cè)繪的數(shù)據(jù)基本形式是依附于龐大的信息支撐，通過地理信息工作站構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)框架及空間地理數(shù)據(jù)平臺(tái)。不但可以在城市規(guī)劃、水利建設(shè)、土地管理等領(lǐng)域內(nèi)被廣泛的使用，而且在互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的助推下，包括城市洪澇整治、水資源評(píng)估、災(zāi)害預(yù)防、土地管理、生態(tài)環(huán)境改善等領(lǐng)域中也得到了充分的發(fā)揮和利用，為各領(lǐng)域的優(yōu)化發(fā)展提供數(shù)據(jù)依據(jù)。存在形式上可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的定量，定位，既可以體現(xiàn)在數(shù)字上，又能夠借助圖像、模型等展示其多元性和兼容性。在信息技術(shù)的輔助下，通過地理信息工作站的工作空間將“航空數(shù)碼攝影”獲得的影像數(shù)據(jù)加載到相應(yīng)的空間地理數(shù)據(jù)內(nèi)。如圖3所示。

同時(shí)也可依靠激光雷達(dá)、低空攝影、衛(wèi)星遙感等手段，對(duì)空間地理信息情況進(jìn)行高精度的監(jiān)控及測(cè)量，實(shí)現(xiàn)地理信息的動(dòng)態(tài)化管理。通過地理信息工作站的信息儲(chǔ)備功能和GPS、RS等技術(shù)的融合，使基礎(chǔ)地理信息及各類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及時(shí)、高效、精準(zhǔn)的為城市洪澇、災(zāi)害預(yù)警、水資源調(diào)配、生態(tài)整治等政府應(yīng)急性措施提供數(shù)據(jù)依據(jù)和保障。

6 結(jié)語(yǔ)

通過上述的論述分析，充分的證明了GPS(CORS)和地理信息工作站在城市基礎(chǔ)測(cè)繪和城市地理信息發(fā)展中所發(fā)揮的重要性。隨著基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)空間地理數(shù)據(jù)形式也提出了更高的要求，探究空間地理信息與社會(huì)科技發(fā)展的關(guān)聯(lián)變的越來(lái)越重要，未來(lái)發(fā)展的前景和意義愈發(fā)重大。現(xiàn)階段，我們?cè)跀?shù)字城市、數(shù)字水利、數(shù)字農(nóng)業(yè)等多方面已經(jīng)有了顯著的發(fā)展，但是未來(lái)的高精3D數(shù)據(jù)庫(kù)、智慧城市、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域還有待技術(shù)突破，更多的測(cè)繪科技前沿技術(shù)還需要我們努力的去探索，研究，為政府和社會(huì)科技的快速進(jìn)步發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。