淺談重慶市現代測繪基準體系建設

楊本廷，謝征海

(重慶市勘測院，重慶 400020)

1 引言

重慶市現有測繪基準體系存在較多問題，如:在重慶的大部分區縣使用的坐標系統不統一，有些地方采用假設和近似高程系統。已有控制點施測時間久遠、整體精度低、現勢性差、成果資料陳舊、標志破壞嚴重、服務能力不斷弱化，已不能滿足經濟和社會建設的需要。

為解決全國的這些類似問題，20世紀90年代以來，我國不斷改造傳統測繪基準體系。2001年建成的新一代高精度高分辨率的中國似大地水準面(CQG2000)，僅能滿足我國小于等于 1∶10000比例尺測圖和其他類似精度需求的高程測定工作。2003年建成新一代國家重力基準—2000國家重力基本網;2003年～2004年先后建成了由2500余點組成的2000國家GPS大地控制網和由近5萬點組成的2000國家大地控制網，并于2008年7月1日啟用了2000國家大地坐標系。目前國家采用的黃海1985國家高程系統，主要由國家第二期一、二等水準網所構成的國家高程控制網來實現，該水準網使用至今已有二十余年。目前正在實施國家第三期一等水準網，但一等水準點的平均密度也僅為1/(30 km×30 km)。國家的平面和高程控制的密度、現勢性不能完全滿足地方經濟建設的需要，因此需要各個地方根據自己的情況建立區域性的現代測繪基準體系。同時，國家測繪地理信息局已于2012年6月啟動了國家現代測繪基準體系基礎設施建設一期工程。

區域性測繪基準建設要求既要有高精度的平面和高程基準，又要進行區域似大地水準面精化，還要有實時的CORS。目前全國部分省市如北京、上海、廣東、浙江、武漢、南寧等已建立了區域性的測繪基準體系。重慶市現代測繪基準體系建設目標是:采用當今測繪新技術，建成以CQCORS、似大地水準面為核心技術的區域現代測繪基準體系，逐步擺脫以傳統測量標志維持測繪基準的模式，實現高精度、三維和動態的測繪。

2 平面基準

重慶市平面基準采用CORS(A級GPS)和B級GPS控制網來建立和維護覆蓋全重慶區域的與全國三維地心坐標框架相一致的地方參考框架，同時建立各區縣城市首級平面控制網(C級GPS網)。

2.1 CQCORS

在全重慶市范圍內建立35個A級GPS連續運行參考站(ChongQing Continuously Operating Reference，CQCORS)，CQCORS站間距約 50 km～60 km。CQCORS于2010年7月全部建成，實現了重慶市域范圍8.24萬km2全覆蓋，如圖1所示。該系統現已向重慶市各政府部門和測繪單位提供綜合服務。

圖1 建成后的CQCORS分布圖

2.2 B級GPS網

在全重慶市范圍內建設由60個B級GPS點組成的B級GPS網，點間距離約 30 km～55 km，同35個A級GPS連續運行參考站共同組成重慶市測繪基準參考框架。B級GPS點采用GPS、水準共用標石，并聯測二等水準。

2.3 C級GPS網

在重慶市GPS框架網的基礎上，除都市區外的各區縣城市規劃區內布設105個C級GPS點，作為各區縣城市首級平面控制網，其中中心城市不少于5點，其余城市不少于3點。C級GPS點既是平面控制點，又是似大地水準面精化點，采用GPS、水準共用標石，并聯測二等水準。在重慶都市區結合地形變化布設220個GPS精化點，按C級GPS標準執行。精化點平均間距 6 km～8 km，均聯測二等水準。

GPS的選埋除滿足《區域似大地水準面精化基本技術規定》、《全球定位系統(GPS)測量規范》等規范外，還必須考慮山地城市高差起伏大的特點、地形變化、便于水準聯測、方便使用、標志保護等原則，其觀測嚴格按規范執行，如圖2所示。

GPS數據處理采用美國麻省理工學院研制的高精度數據處理軟件GAMIT/GLOBK 10.40，平差采用逐級控制的原則進行。在2000國家大地坐標系(ITRF2000、ITRF2005參考框架，觀測瞬時歷元)下，首先約束LUZH、WUHN等9個國家連續運行站點，做三維約束平差，求出35個A級GPS點坐標;然后約束A級GPS點，做三維約束平差，求出60個B級GPS點坐標;最后約束A、B級GPS點，做三維約束平差，求出C級GPS點坐標。數據處理后各項成果的精度均達到規范要求，其精度統計見表1。

圖2 建成后的GPS點分布圖

GPS成果精度統計 表1

我國先后建立有1954年北京坐標系、1980西安坐標系，重慶中西部建立有重慶市獨立坐標系，并以此生產了大量的測繪產品。為了充分利用已有成果，GPS網分別聯測了1954年北京坐標系、1980西安坐標系、重慶市獨立坐標系、各區縣坐標系(萬州、黔江、永川、墊江、開縣、忠縣、梁平、彭水、涪陵等區縣的地方坐標系控制點)的已知點。選用三維七參數坐標轉換模型確定了重慶區域2000國家大地坐標系與1954年北京坐標系、1980西安坐標系之間坐標轉換關系，其坐標轉換點位殘差中誤差分別為±0.15 m、±0.58 m;選用二維四參數坐標轉換模型確定了重慶中西部區域2000國家大地坐標系與重慶市獨立坐標系之間坐標轉換關系，其坐標轉換點位殘差中誤差±0.062 m。

3 高程基準

目前國家采用黃海1985國家高程系統，其高程的提供主要是采用傳統的測量方法，即通過與國家高程控制點的水準聯測來傳遞高程。2001年建成的中國似大地水準面(CQG2000)，精度±0.3 m ～±0.6 m，僅能滿足我國小于等于 1∶10000比例尺測圖和其他類似精度需求的高程測定工作，對于更高的高程精度要求，還必須建立厘米級精度的似大地水準面。因此，現代化高程系統除了有高精度的高程控制網外，還應有高精度、高分辨率的似大地水準面。

重慶市的高程基準采用二等水準，1985國家高程基準，采用建設傳統的高程控制網和精化似大地水準面相結合，即在全重慶建立二等水準控制網，同時在都市圈進行厘米級精度似大地水準面精化。

3.1 二等水準網

重慶市二等水準控制網分為框架網和精化網，框架網主要是維護重慶市的高程參考框架，精化網主要是為了進行似大地水準面精化而進行的A、B、C級GPS點的水準聯測。

重慶市二等水準框架網由18個結點、長約6443 km的覆蓋全重慶市二等水準網組成，如圖3所示，共埋設水準點約 1100余點。

圖3 二等水準框架網示意圖

重慶市二等水準精化網是為A、B、C級GPS點聯測水準高程。在二等水準路線上的GPS點，納入二等水準路線，采用閉合或附合方式聯測二等水準。距離二等水準路線超出 5 km的GPS點，使用二等水準支線方法施測。對于在樓頂上的GPS點，采用自由懸掛鋼尺法進行樓頂GPS點的二等水準聯測。GPS點二等水準支線215條，路線長 2235 km，聯測GPS點426個。

二等水準布設原則:區域內原有一、二等水準線路一般不再布設新的水準，個別破壞嚴重的線路重新布設水準線路;A、B級GPS點和埋設于公路附近的C級GPS點，納入二等水準路線中聯測;新布設普通水準點的點間距，城建區平均 3 km，非城建區平均 6 km，平均間距 5 km;在GPS點附近要增加埋設1個二等準點，便于GPS點的水準聯測;二等水準應盡量利用其路線上保存完好并且符合要求的一、二等水準點，全網共利用已有國家一、二等水準點位共203點。

二等水準測量分三期實施，2008年5月～2009年12月完成外業工作，二等水準觀測及連測按《國家一、二等水準測量規范》要求，采用 Lieca DNA03、蔡司NI002等電子水準儀和條形碼因瓦尺進行單路線往返觀測，5處跨河水準觀測方法采用測距三角高程法，場地布設成大地四邊形。

二等水準觀測高差經過了標尺長度誤差改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正、環線閉合差改正。二等水準平差以重慶主城區的“重慶基巖點”作為高程起算點，采用間接平差法平差，以待定結點高程為未知數，按路線測站數定權，當結點高程及路線高差改正量計算完成后，采用附合路線平差的方法推求其他各水準點的高程。

二等水準路線長 8678 km，構成71個閉合環，如圖4所示，按環閉合差計算的二等水準測量每千米全中誤差為±0.83 mm，滿足規范±2.0 mm的限差要求。

圖4 建成后的二等水準網示意圖

3.2 區域似大地水準面

在當前GNSS定位時代，精化似大地水準面和建設傳統的高程控制網同等重要。因此，重慶市高程基準體系除了有高精度的高程控制網外，還應有高精度、高分辨率的似大地水準面。利用GNSS衛星定位技術取代傳統的、低精度的水準測量工作，因此需確定重慶區域似大地水準面。

重慶市似大地水準面精化過程中，收集了國家測繪地理信息局館藏重慶市范圍內及周邊地區 90617個加密重力點，重慶市范圍內426個GPS/水準點以及相鄰省市的104個GPS/水準點，重慶市范圍內的 1∶1萬CGCS 2000地形數據DEM成果、重慶市范圍外的1∶5萬CGCS 2000地形數據DEM成果。利用這些資料，應用多種擬合模型，確定了重慶市高精度、高分辨率的似大地水準面模型，其等值線圖見圖5。似大地水準面模型精度采用空點法進行檢核，在都市區內空點精度達到 ±1.6 cm，都市區外空點精度達到 ±1.9 cm。

圖5 似大地水準面等值線圖

4 重慶市地方坐標系改造

在重慶市38個區縣各自都使用自己的坐標體系，建立方法不統一，等級精度不一致，給全市的統一應用帶來困難。因此，必須對重慶市地方坐標系進行改造，建立統一、科學的坐標系。

重慶位于東經105°17'～110°11'、北緯 28°10'～32°13'，東西長約 500 km，市域面積8.24萬km2，高差起伏較大，因此不宜采用單一的坐標系統，應分別在重慶的中西部和東部建立獨立坐標系(見圖6)，來對全市兩個區域的坐標系統進行統一。獨立坐標系的建立采用具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標系。

圖6 新建地方坐標系覆蓋范圍圖

在重慶中西部已建立有重慶市獨立坐標系，該坐標系基于克拉索夫斯基橢球，設置3個投影帶，采用同一個高程投影面。該坐標系符合相關規定要求，因此，該區域直接采用該獨立坐標系，不再建立新的獨立坐標系。

在重慶東部新建立重慶市東部獨立坐標系，將渝東北、渝東南的17個區縣統一到重慶市東部獨立坐標系。該獨立坐標系基于CGCS 2000橢球，采用橢球膨脹法，投影方式為高斯－克呂格，設置3個投影帶，帶寬各不相等，每個區縣的行政區域均處于同一個投影帶。由于該區域高差起伏較大，故采用兩個高程投影面。

建立的重慶地方坐標系統，分別與國家平面坐標系統建立了聯系，選用三維七參數坐標轉換模型確定了2000國家大地坐標系與重慶市獨立坐標系、重慶市東部獨立坐標系之間坐標轉換關系。同時，為充分利用原已有的成果，在布設重慶市C級GPS網時，聯測了各區縣原坐標系的控制點，實現了原有區縣坐標系與新建立的獨立坐標系的相互轉換。

5 結語

近幾年，由于測繪新技術的廣泛應用，區域經濟的發展對測繪的迫切需求，一些地區和城市以GPS技術建立了地方區域性現代測繪基準體系。在區域性現代測繪基準體系的建設進程中，由于地區差異和經濟發展的不平衡，出現了東部經濟發達地區的省份和城市較中西部地區的進展快，城市比省(市)精度高等現象。重慶作為西部地區，經濟較為落后，其現代測繪基準體系建設于2007年才啟動建設，目前已建成，形成了適合重慶實際情況的CQCORS、高精度GPS控制網、精密水準網、高精度高分辨率區域似大地水準面成果，建立了覆蓋全重慶市的統一、動態、連續的現代測繪基準，從而滿足我市的經濟和社會發展的需要。

［1］GB/T 18314－2009.全球定位系統(GPS)測量規范［S］.

［2］GB/T 12897－2006.國家一、二等水準測量規范［S］.

［3］CH/T 2008－2005.全球導航衛星系統連續運行參考站網建設規范［S］.

［4］GB/T 23709－2009.區域似大地水準面精化基本技術規定［S］.

［5］黨亞民，成英燕，薛樹強.大地坐標系統及其應用［M］.北京:測繪出版社，2010，110 ～127.

［6］呂志平，喬書波.大地測量學基礎［M］.北京:測繪出版社，2010:37～88.

［7］施一民.現代大地控制測量［M］.北京:測繪出版社，2008:257～279.

［8］董鴻聞，李國智，陳士銀等.地理空間定位基準及其應用［M］.北京:測繪出版社，2004.