城市基礎(chǔ)測繪的坐標(biāo)系統(tǒng)選用問題研究

徐安民

山丹縣自然資源局山丹縣地質(zhì)礦產(chǎn)與地理信息中心 甘肅張掖 734100

數(shù)字城市建設(shè)促進(jìn)了城市基礎(chǔ)測繪設(shè)施的改善，2000 國家大地坐標(biāo)系的開放加速了城市平面獨立坐標(biāo)系的建設(shè)和轉(zhuǎn)型。但是，根據(jù)國臺辦發(fā)〔2017〕30 號文的規(guī)定，許多人提出在城市基礎(chǔ)測繪中也應(yīng)采用2000 國家坐標(biāo)系，以避免多坐標(biāo)系的混淆[1]。但持相反意見的人建議，按照《城市測量規(guī)范》（CJJ/j8-2011）的有關(guān)規(guī)定，在城市建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)采用原有的地方坐標(biāo)系。

1 城市獨立坐標(biāo)系概述

1.1 地方坐標(biāo)系

目前常用的高斯-克魯格投影是正形投影（保角投影），它具有長度和面積的變形，即在曲面上測得的長度和面積與對應(yīng)地圖曲面的長度和面積略有不同。當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離投射區(qū)的中央子午線時，這種差異會增大。但是，通過選擇合適的中央子午線和限制投影區(qū)的寬度，可以改善投影區(qū)的形狀變化，使其在可接受的范圍內(nèi)變化。因此，在平面控制測量中，當(dāng)長度變形不大于25mm/km 時，應(yīng)采用高斯-克魯格投影統(tǒng)一3°帶的平面直角坐標(biāo)系，否則應(yīng)建立補償投影[2]。

1.2 廈門地方坐標(biāo)系

廈門位于國家標(biāo)準(zhǔn)投影帶39 號帶邊緣，距帶中心子午線約115km，投影變形約1/6000，遠(yuǎn)高于1/40000 技術(shù)規(guī)范要求。因此，廈門地方坐標(biāo)系建立于上世紀(jì)50 年代，至今仍在使用。廈門地方坐標(biāo)系以54 橢球體為基準(zhǔn)，中心子午線118°30'，投影面高程0米，建于20 世紀(jì)50 年代末，1992 年重建，2010 年優(yōu)化。它是廈門空間框架中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。1992 年以來，廈門地方坐標(biāo)系被稱為廈門92 坐標(biāo)系。

1.3 坐標(biāo)系統(tǒng)選用準(zhǔn)則

城市獨立坐標(biāo)系主要用于城市測量和工程放樣過程中，將地面長度減少到橢圓體長度并將其投影到高斯平面上。工程勘測規(guī)范將此差異（AS）限制為2.5cm/km，相對誤差為1：40000。在大比例尺數(shù)字測圖和工程測量領(lǐng)域，采用國家坐標(biāo)系還是地方坐標(biāo)系，取決于測量的方便性。如果坐標(biāo)系選擇不當(dāng)，儀器測得的距離（光電測距、鋼尺測邊）與拉深面上表示的距離相差過大[3]。如果直接用于測圖而不進(jìn)行投影修改，投影差會不均勻，圖面會被擠壓或撕裂，這與地形圖的科學(xué)原理背道而馳；如果每一個測點或每一個測邊都必須改變成平面圖，則工作效率低、效率高錯誤率高，給現(xiàn)場測量帶來很大不便。

2 城市獨立坐標(biāo)系建立的準(zhǔn)備工作

隨著中國城市化進(jìn)程的發(fā)展，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，土地（區(qū)）的拆除模式和城市建設(shè)已形成。此外，農(nóng)村人口涌入大城市刺激了城市面積的擴(kuò)大。根據(jù)小城鎮(zhèn)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，需要高精度、變形小的測量和工程建設(shè)。由此進(jìn)行測量的準(zhǔn)備工作如下：

2.1 測試區(qū)位置及起算點

試驗地點位于廈門市翔安區(qū)內(nèi)厝鎮(zhèn)徐厝村。2018 年，市基礎(chǔ)測繪項目完成全村e 級GPS 網(wǎng)布測。網(wǎng)中各控制點計算廈門92坐標(biāo)結(jié)果。該項目已通過福建省測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗部門檢驗，產(chǎn)品合格。使用x18e0034 和x18e0035 的兩組坐標(biāo)結(jié)果作為測試的起始數(shù)據(jù)，如圖1 所示。x18e0034 與x18e0035 之間的空間通視，距離約500m，海拔約14m；待測地物位于圖1 目標(biāo)區(qū)，為2 層磚房，轉(zhuǎn)角規(guī)則，房屋距離兩側(cè)控制點約260m。

2.2 儀器及任務(wù)

本試驗所用儀器為RTK 和全站儀。RTK 通過移動網(wǎng)絡(luò)接入xmcors，通過配置不同參數(shù)，對現(xiàn)有控制點成果和輔助起點（J34、j35）的2000 個國家坐標(biāo)和廈門92 坐標(biāo)進(jìn)行校核；全站儀用于導(dǎo)線測量和目標(biāo)地物坐標(biāo)測量的連接。RTK 使用的儀器為徠卡atx1230（GG）（動態(tài)測量平面標(biāo)稱精度為10mm+1ppm），全站儀為leicatcr702（標(biāo)稱測距精度為2mm+2ppm），任務(wù)是基于廈門92 坐標(biāo)系進(jìn)行目標(biāo)表面測量。

2.3 基于廈門92 坐標(biāo)系的目標(biāo)地物測繪

通過參數(shù)配置，RTK 工作在廈門92 坐標(biāo)系模式下，利用網(wǎng)絡(luò)RTK 檢查起點x18e0034、x18e0035 坐標(biāo)，測量廈門92 輔助控制點J34、j35 的坐標(biāo)；全站儀測量地面控制點（x18e0035、x18e0035）之間的水平距離比較廈門92 坐標(biāo)反算距離與這兩點實測值的差異，從x18e0035（后視圖j35）開始，通過導(dǎo)線測量將控制引至目標(biāo)區(qū)域附近，然后測量目標(biāo)建筑物，然后將其附在x18e0034-j34 上；從x18e0034（后視圖J34）開始，通過導(dǎo)線測量將控制引至目標(biāo)區(qū)域附近，確定同一目標(biāo)建筑物，然后將其附回到x18e0035-j35 上，最后比較目標(biāo)建筑物兩次測量結(jié)果的位置差。

3 結(jié)果與分析

基于廈門92 坐標(biāo)系。①檢查起點的正確性。在訪問xmcors后，利用RTK（leicaatx1230（GG））對x18e0034 和x18e0035的152 個測量和空間地理信息進(jìn)行了測量，確定了廈門市2020 年的92 個坐標(biāo)。與靜態(tài)GPS 測量結(jié)果對比見表1。

表1 廈門92 坐標(biāo)系下R TK 檢測已知點點位

從表1 可以看出，所引用的靜態(tài)GPS 坐標(biāo)是可靠的，可以作為本次試驗的起始數(shù)據(jù)。

②距離比較。全站儀設(shè)置在x18e0035，棱鏡設(shè)置在x18e0034。兩點間的水平距離用光電測距法測量。見表2。

表2 廈門92 坐標(biāo)系下檢測已知點間距

由表2 可知，實測水平間距為489.306m，與廈門92 坐標(biāo)結(jié)果相差7mm，相對誤差為1/70000，符合較好。兩次測量的建筑物平均點位差為3.2cm，兩張圖紙基本吻合，無明顯“重影”現(xiàn)象。

4 結(jié)語

現(xiàn)場測繪實驗表明，城市基礎(chǔ)測繪領(lǐng)域中廈門92 坐標(biāo)系的構(gòu)建適合于地理位置。在用于日常工程測量（坐標(biāo)測量，放樣）和大型測量的工作中。其不僅可以照常工作，由于無需對詳細(xì)的測量點或光電范圍進(jìn)行額外的投影失真校正，所以比2000 國家坐標(biāo)系更方便和更適合。