淄博GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)的拓展應用

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)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)的拓展應用

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)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)運營現(xiàn)狀的基礎上，圍繞系統(tǒng)優(yōu)勢，以張店區(qū)為實驗區(qū)，通過控制網(wǎng)聯(lián)測與坐標轉換處理，進行應用拓展探討。

淄博GNSS；CORS系統(tǒng)；連續(xù)運行參考站；控制測量；坐標轉換

1 系統(tǒng)簡介

淄博GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)，簡稱ZBCORS，是現(xiàn)代衛(wèi)星定位技術、計算機網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)通訊技術集成的結晶，由12個連續(xù)運行的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，精密差分RTK定位精度達到平面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)采用徠卡設備和技術，以GSM/GPRS/CDMA等方式向授權用戶適時播發(fā)網(wǎng)絡RTK改正數(shù)據(jù)，穩(wěn)定可靠?？蛻舳思嫒輳瓶ㄏ盗辛鲃诱尽⑻鞂?700/ 5800/R8、Topcon、Thales和國產的南方S82－2000、中海達等流動站，只需具備RTK功能，具備RTCM標準格式(RTCM V2.3或V3)，具備GSM手機或GPRS手機或CDMA手機或專用撥號模塊來接收網(wǎng)絡RTK改正數(shù)。

2 應用開發(fā)思路

2.1 應用現(xiàn)狀

淄博GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)應時而生，在淄博市城鎮(zhèn)地籍調查、淄博市第二次土地調查農村土地調查、淄博市礦業(yè)權實地核查等項目中大顯身手，以其高精度、高效率、高覆蓋率、全天候的優(yōu)點成為測繪人的利器。其應用主要在以下方面:

(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制對中、整平并獨立觀測兩次，在較差不超限的情況下取中數(shù)使用的辦法，可以為項目提供滿足圖根精度控制點的三維坐標成果。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流動站結合手簿編碼功能，不但可以與傳統(tǒng)RTK一樣，實現(xiàn)開闊區(qū)域的碎部測量、編碼測圖、點位放樣，無需后視，適時測量，精度均勻，誤差不累積，而且減少了基準站的設備、人員等成本。

2.2 應用局限

淄博GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)建設初衷是為地籍測量服務的，因此設計時僅提供1980西安坐標系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。

在淄博市的實際測繪工作中，目前還存在多種坐標系統(tǒng)并存、同一坐標系統(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年淄博城市坐標系，市國土局采用1954年北京坐標系，開發(fā)區(qū)國土局采用張店城建坐標系，還有以國家等級三角點起算的1980西安坐標系等。

由于各部門的業(yè)務少有交叉，各系統(tǒng)間少有聯(lián)系，因此未進行統(tǒng)一的轉換關系解算。對后4種坐標系統(tǒng)而言，甚至都沒有與WGS－84坐標系之間的精確轉換關系。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成了障礙。

2.3 解決思路

通過對各系統(tǒng)網(wǎng)間控制點聯(lián)測，在外業(yè)聯(lián)測與解算分析的基礎上，提出一個較嚴密的轉換辦法。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，布設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，組成精度均勻的聯(lián)測網(wǎng)，解算出各點在各系統(tǒng)中的坐標。

(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)測量技術規(guī)范》(GB/T 18314－2009)對D級GPS控制測量的要求測設。

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

(4)CORS聯(lián)測:對于淄博GNSS系統(tǒng)，考慮站點的分布及站點精密數(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。

(5)坐標轉換:通過有各系統(tǒng)坐標成果的公共點，解算坐標轉換參數(shù)。

3 聯(lián)測網(wǎng)的建立與處理

3.1 聯(lián)測網(wǎng)的測設

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

聯(lián)測網(wǎng)約束點統(tǒng)計表 表1

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

圖1 控制網(wǎng)形及約束點分布圖

對于城市建設規(guī)模擴大，原控制網(wǎng)未達到覆蓋轄區(qū)的系統(tǒng)，如張店城建坐標系，約束點盡量選取網(wǎng)中外圍的點位，并在約束網(wǎng)平差時采用多點的辦法，以達到與歷史數(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接收機隨機軟件TGOffice 1.63進行基線解算、網(wǎng)平差和精度估算。按照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量技術規(guī)范》(GB/T 18314－2009)進行了各項限差檢驗，均滿足要求，然后采用點鳳凰山在2000國家大地坐標系中的三維坐標進行自由網(wǎng)平差，平差后最弱點點位中誤差為0.005 m，最弱邊相對中誤差為1∶444 265。

在此基礎上，設定好各坐標系統(tǒng)的橢球參數(shù)，采用聯(lián)測的已知點進行加權點約束，這樣就得到了全網(wǎng)29個點在張店區(qū)5個坐標系統(tǒng)中的平面坐標成果。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 坐標轉換

目前業(yè)界對坐標轉換的研究比較多，也比較成熟、實用，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，并被進行了很多改進，開發(fā)的轉換軟件也比較多。同時由于轉換模型對高程并不敏感，轉換出來的平面坐標不會因大地高不準確而受大的影響，用水準高代替大地高，進行坐標系之間的轉換計算與參數(shù)解算。本文通過TGO 1.63的坐標轉換模塊，以ZBCORS所采用的1980西安坐標系與1994年淄博城市坐標系為例進行轉換及分析。

(1)轉換模型驗證:

為了對轉換模型進行驗證，公共點采用“大由家莊”、“鳳凰山”、“天乙莊”、“寶山”、“礦山小學”、“灃水橋”、“臥眉山”和“西劉征南”8個點，其余點作為驗算點。

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

公共點轉換殘差統(tǒng)計表(單位/m) 表3

利用以上公共點求得的參數(shù)組(dX，dY，dZ，RX，RY，RZ，M)，對驗證點進行轉換。轉換后，驗算點的轉換成果與已知成果的較差統(tǒng)計如表4所示。

驗算點的轉換成果與已知成果較差表(單位/m) 表4

由表4可以看出，轉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，證明轉換模型及轉換參數(shù)可靠。

這樣，依此即可對任意兩套坐標系間進行坐標轉換并獲取參數(shù)，并能建立淄博GNSS連續(xù)運營參考站系統(tǒng)WGS－84坐標和以上各平面坐標系之間的嚴密的坐標轉換關系。

(2)轉換成果檢驗:

為了進一步把握轉換效果，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以上等級控制點進行了抽檢，抽檢比例為10%，根據(jù)坐標轉換關系解算成果。表5為抽檢的1994年淄博城市坐標系控制點成果與原控制點成果比較較差表。

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個控制點中，扣除可以認為是粗差的5號、34號點，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。因此可以得出結論，較差在該系統(tǒng)精密差分RTK測量精度范圍內，轉換手段及效果適用、可靠。

(3)轉換成果應用

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

②利用轉換參數(shù)，在GPS流動站作業(yè)手簿軟件中進行相應的投影參數(shù)、基準轉換參數(shù)和校正參數(shù)的設置，即可輕松地進行RTK和DGPS作業(yè)，并直接得到所需要系統(tǒng)的坐標值。同時可以將現(xiàn)有成果轉換到CORS的坐標系統(tǒng)，直接進行點位、線路放樣，達到節(jié)約人力物力的效果。

4 展望

通過拓展，利用淄博GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以直接進行范圍內所有的測繪業(yè)務，大大減少了重復工作量，節(jié)約了測量成本，提高了各坐標系統(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)絡信號強的優(yōu)勢，為淄博市所有的測繪項目和測繪相關部門服務。

[1] 劉經南，劉暉.建立我國衛(wèi)星定位連續(xù)運行站網(wǎng)的若于思考[J].武漢大學學報:信息科學版，2003(S1):27～31

[2] 過靜珺，王麗，張鵬.國內外連續(xù)運行基準站網(wǎng)新進展和應用展望[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。