基于NBCORS的寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果融合應(yīng)用研究

施立群，張旭東

(寧波市測繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315042)

1 前言

寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)是寧波市基礎(chǔ)測繪“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，起步于2007年，2009年全部建成。其總體建設(shè)的目標(biāo)是:綜合運(yùn)用衛(wèi)星導(dǎo)航定位、大地水準(zhǔn)面精化、數(shù)字水準(zhǔn)測量等現(xiàn)代測繪科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新成果、新理論、新儀器;通過實(shí)施“建設(shè)寧波市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(“NBCORS”)”、“復(fù)測全市基本高程控制網(wǎng)”、“精化全市似大地水準(zhǔn)面”、“聯(lián)測2000國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理”4個(gè)基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目;實(shí)現(xiàn)了寧波市平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、空間定位網(wǎng)、似大地水準(zhǔn)面及其坐標(biāo)系統(tǒng)的一體化改造，建立了覆蓋寧波全市統(tǒng)一的、高精度、三維、地心、動(dòng)態(tài)、與國際接軌、實(shí)用的新一代寧波市現(xiàn)代化大地基準(zhǔn)(包括了平面控制基準(zhǔn)、高程控制基準(zhǔn)、空間定位基準(zhǔn)以及似大地水準(zhǔn)面)。

但是，由于4個(gè)基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目的實(shí)施順序先后不同，規(guī)模較大，造成了單一基準(zhǔn)成果的孤立性，基準(zhǔn)與基準(zhǔn)之間缺乏緊密的聯(lián)系，而且NBCORS系統(tǒng)建立的是一個(gè)動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)框架。因此，如何將寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)中的平面、高程、似大地水準(zhǔn)面以及CGCS2000建設(shè)成果集成一體應(yīng)用，如何通過NBCORS系統(tǒng)有效的、自動(dòng)的、便捷的將各種基準(zhǔn)成果提供給普通用戶服務(wù)，是目前我國大地測量技術(shù)應(yīng)用研究的新熱點(diǎn)。

2 現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果

寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果由空間定位網(wǎng)、平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)以及似大地水準(zhǔn)面4個(gè)部分組成，從而形成了寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系的平面和高程基準(zhǔn)，在建立平面基準(zhǔn)的同時(shí)，獲取了寧波市的CGCS2000坐標(biāo)成果，在應(yīng)用高程基準(zhǔn)的同時(shí)，確定了寧波市似大地水準(zhǔn)面。

圖1 寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果結(jié)構(gòu)圖

寧波市空間定位網(wǎng)是通過NBCORS項(xiàng)目的實(shí)施，通過建立寧波市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位參考站網(wǎng)(NBCORS框架網(wǎng))，進(jìn)行中國區(qū)域分布的具有精確CGCS2000坐標(biāo)的 IGS站的聯(lián)測，從而獲取了CGCS2000成果，并建立了寧波市動(dòng)態(tài)CORS基準(zhǔn)框架。項(xiàng)目于2007年～2009年完成。

寧波市平面控制網(wǎng)是基于NBCORS框架網(wǎng)，通過聯(lián)測寧波市域分布的具有寧波市獨(dú)立坐標(biāo)、1954年北京坐標(biāo)、1980西安坐標(biāo)的平面控制點(diǎn)，從而獲取了各種坐標(biāo)系下的精確成果，并由此建立了包含CGCS2000在內(nèi)的各種坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系;項(xiàng)目于2009年實(shí)施完成。

寧波市高程控制網(wǎng)是通過寧波市基本高程控制網(wǎng)的三期復(fù)測，聯(lián)測國家一等水準(zhǔn)點(diǎn)，獲取并更新了寧波市市區(qū)分布的二、三等水準(zhǔn)點(diǎn)的高程成果，從而建立了寧波市1985國家高程基準(zhǔn);項(xiàng)目于2007年實(shí)施完成。

寧波市似大地水準(zhǔn)面是通過構(gòu)建寧波市的高程異常控制網(wǎng)，通過一體化建立高程異常點(diǎn)的GPS控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，綜合運(yùn)用GPS、水準(zhǔn)、重力和DTM等數(shù)據(jù)，采用嚴(yán)密的顧及地球曲率的陸海統(tǒng)一算法，并利用第二類Helmert凝集法，從而確定了寧波市高精度的似大地水準(zhǔn)面;項(xiàng)目的實(shí)施分為兩個(gè)步驟，其一是2007年規(guī)劃區(qū)的似大地水準(zhǔn)面精化，其二是2010年的全市似大地水準(zhǔn)面精化。

綜上可知，在項(xiàng)目實(shí)施的順序上、成果使用的期限上以及成果覆蓋的范圍上，寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果之間的關(guān)聯(lián)并不是十分緊密，而成果的孤立性也使得其難以推廣應(yīng)用，同時(shí)考慮到寧波市CGCS2000成果的啟用，必須統(tǒng)一到2010年剛剛確立的CGCS2000省CORS框架中。因此，基于 NBCORS系統(tǒng)，將各種成果整體的融合應(yīng)用則是我們考慮的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 成果融合建設(shè)思路

基于上述的分析，寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果的融合應(yīng)用其總體思路設(shè)計(jì)如下:

首先，以浙江省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(ZJCORS)為基礎(chǔ)，將NBCORS納入全省的ZJCORS框架網(wǎng)中，由浙江省組織實(shí)施，聯(lián)測2000國家GPS大地控制網(wǎng)中的GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站和國家GPS A、B級點(diǎn)，使用ZJCORS參考站連續(xù)運(yùn)行的GNSS測量數(shù)據(jù)，精確解算并確定浙江省 GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站的CGCS2000坐標(biāo)，從而也精確獲取并建立NBCORS的CGCS2000坐標(biāo)框架基準(zhǔn)成果。

其次，基于NBCORS的CGCS2000坐標(biāo)框架，組織實(shí)施寧波市似大地水準(zhǔn)面精化項(xiàng)目，通過建立高程異常控制網(wǎng)——即一體化同步建立基于NBCORS框架網(wǎng)的全市基本平面控制網(wǎng)(GPS C級網(wǎng))以及全市基本高程控制網(wǎng)(二等水準(zhǔn)網(wǎng))，從而建立覆蓋全市的平面和高程基準(zhǔn)，再通過綜合運(yùn)用GPS、重力、水準(zhǔn)和DTM等數(shù)據(jù)，由此確定寧波市似大地水準(zhǔn)面。

這一步不僅將寧波市的基本平面控制網(wǎng)和似大地水準(zhǔn)面成果統(tǒng)一歸屬到基于NBCORS建立的CGCS2000大地坐標(biāo)框架，而且保障了NBCORS與國家和ZJCORS的CGCS2000大地坐標(biāo)框架的統(tǒng)一。同時(shí)，同步有效地將CGCS2000成果和高程成果聯(lián)合應(yīng)用建立了基于NBCORS的似大地水準(zhǔn)面高程基準(zhǔn)。

其三，基于全市基本控制網(wǎng)(GPS C級網(wǎng))，建立CGCS2000大地坐標(biāo)系、寧波市獨(dú)立坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系以及1980西安坐標(biāo)系之間的精確的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

其四、基于NBCORS系統(tǒng)，集成各坐標(biāo)系間的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和似大地水準(zhǔn)面模型的高程轉(zhuǎn)換成果，建立寧波市三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)、自動(dòng)、動(dòng)態(tài)的提供網(wǎng)絡(luò)RTK定位及其成果轉(zhuǎn)換應(yīng)用技術(shù)，其成功的融合應(yīng)用，顯示了寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)成果的服務(wù)保障能力。

圖2 寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果融合應(yīng)用總體建設(shè)思路

4 成果融合應(yīng)用研究

4.1 提供在線控制測量成果查詢

首先，寧波市近幾年研制了控制測量成果系統(tǒng)，但為了方便用戶的使用，能夠及時(shí)獲取和查詢相關(guān)的寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果的最新信息，避免使用破壞的、廢棄的、錯(cuò)誤的控制點(diǎn)成果。特別是對于成果更新后沒有及時(shí)獲知的、發(fā)生沉降和位移點(diǎn)位的最新監(jiān)測成果不清楚的、控制點(diǎn)位的成果等級升級或降低后不了解的，對于用戶的使用有著非常大的經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量影響。

為此，向用戶提供寧波市控制基準(zhǔn)建設(shè)的最新成果信息，無疑是十分必要的。研制在線控制測量成果的查詢則很好滿足了用戶的需求，這也是現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果的融合應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)之一。

4.2 在線三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的研制

由于新建并逐步啟用了寧波市的2000國家大地坐標(biāo)系成果、同時(shí)更新了寧波市的1954年北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系成果。因此，本應(yīng)用研究重建了寧波市的各種坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。如圖3所示，在目前寧波市現(xiàn)存的4種坐標(biāo)系之間存在6種不同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

圖3 寧波市空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系圖

同時(shí)，為了方便用戶的使用，基于NBCORS的本應(yīng)用研究還研制了在線三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，這是一個(gè)以軟件為主、技術(shù)支持為輔的綜合服務(wù)系統(tǒng)，基于寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果建立的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和似大地水準(zhǔn)面正常高轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了平面和高程一體化的在線三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在該系統(tǒng)軟件中加密封裝CGCS2000坐標(biāo)系向?qū)幉ㄊ歇?dú)立坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，并加載了全市似大地水準(zhǔn)面精化模型，可以自動(dòng)的、實(shí)時(shí)地一體化轉(zhuǎn)換平面和高程坐標(biāo)。

在線三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以設(shè)置作業(yè)轉(zhuǎn)換區(qū)域范圍，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度以及類型，滿足用戶各方面的轉(zhuǎn)換需求。

4.3 測繪行政實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用

測繪行政實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究是基于NBCORS提出的。剛開始，我們基于NBCORS開發(fā)了綜合管理信息系統(tǒng)，目的在于有效地實(shí)時(shí)記錄用戶的流動(dòng)站位置信息，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)保障，也便于管理用戶和實(shí)施收費(fèi)，更重要的為用戶提供在線三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并加蓋NBCORS服務(wù)中心的有效電子印章。但同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的特有記錄實(shí)時(shí)位置信息功能，對該信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)和入庫，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)和查詢用戶一段時(shí)間內(nèi)的作業(yè)范圍或測繪軌跡，從而根據(jù)該統(tǒng)計(jì)可以輔助測繪行政管理者判斷用戶的合法測繪范圍，特別是一些涉密和違法測繪區(qū)域，達(dá)到測繪行政實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

而且，我們在每年注冊用戶時(shí)，同時(shí)添加用戶儀器的有效檢校時(shí)間，在用戶使用的儀器超過檢校有效期后，自動(dòng)通知用戶去進(jìn)行儀器檢校，并停止該用戶儀器的賬戶使用，直至重新提交儀器檢校證明才開放賬戶使用，滿足了測繪行政管理中對儀器使用的質(zhì)量管理要求。

4.4 基于NBCORS的其他應(yīng)用研究

顯然，NBCORS系統(tǒng)建設(shè)，重在應(yīng)用，NBCORS提供綜合性的應(yīng)用服務(wù)，把現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)的GPS、高程、似大地水準(zhǔn)面、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等一系列成果進(jìn)行融合，通過向用戶提供網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)、在線三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、在線控制測量成果查詢等應(yīng)用服務(wù)，極大地發(fā)揮了NBCORS應(yīng)有的作用，提高了現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果的服務(wù)保障能力。

目前，我們已經(jīng)基于NBCORS系統(tǒng)延續(xù)開發(fā)了許多系統(tǒng)，包括在線三維坐標(biāo)系統(tǒng)、NBCORS服務(wù)網(wǎng)站、NBCORS綜合管理信息系統(tǒng)等，NBCORS系統(tǒng)可以滿足城市規(guī)劃、地籍管理、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測、安全監(jiān)測、交通控制等不同行業(yè)、不同用戶對精密定位、快速和實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航、氣象服務(wù)、防災(zāi)減震等方面的應(yīng)用需要。

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代大地測量技術(shù)的相互融合，現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)的發(fā)展趨勢是幾何量與物理量能通過不同模型有機(jī)地結(jié)合起來，而不是目前的分離、分類、孤立的描述。寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果，正是在NBCORS系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，全面融合GPS、水準(zhǔn)、重力、DTM、坐標(biāo)系等豐富的測繪資料，在向?qū)崿F(xiàn)真正意義上全市統(tǒng)一、高精度、地心、動(dòng)態(tài)、幾何——物理一體化現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)的建設(shè)道路上邁進(jìn)。特別是基于NBCORS系統(tǒng)建立的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，集平面和高程一體化的網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)，測繪行政實(shí)時(shí)監(jiān)控管理、在線控制測量成果查詢服務(wù)等，體現(xiàn)了寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)成果綜合應(yīng)用服務(wù)的快速保障能力。

［1］曹學(xué)禮，駱躍進(jìn)，史秀保等.淺析區(qū)域性現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系的構(gòu)建［J］.測繪標(biāo)準(zhǔn)化，2008(03).

［2］曹學(xué)禮，張旭東，金頌偉等.寧波市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系的構(gòu)建［J］.城市勘測，2008(02).

［3］肖建華，王厚之，李江衛(wèi)等.武漢市現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系建設(shè).城市勘測，2007(06).

［4］張全德，張燕平.測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)的探討［J］.測繪通報(bào)，2005(04).

［5］陳俊勇.面向數(shù)字中國建設(shè)中國的現(xiàn)代大地測量基準(zhǔn)［J］.地理空間信息，2005(05).