城市三維大地測(cè)量基準(zhǔn)的建立探討

茍仁修（貴州省地礦局測(cè)繪院　貴州貴陽(yáng)　550018）

城市三維大地測(cè)量基準(zhǔn)的建立探討

茍仁修
（貴州省地礦局測(cè)繪院貴州貴陽(yáng)550018）

當(dāng)前，我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，如何有效應(yīng)用測(cè)繪技術(shù)，為城市化發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)具有重要意義。其中，建立城市高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)，能夠提供城市平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性和精確性，并及時(shí)更新和保存測(cè)量成果，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠服務(wù)保障。目前，連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)（CORS）憑借著其操作簡(jiǎn)便、精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，在城市測(cè)量中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文即以此為基礎(chǔ)具體探討了城市三維大地測(cè)量基準(zhǔn)的建立。

連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)；城市三維大地測(cè)量基準(zhǔn)；GPS網(wǎng)控制建立

引言

當(dāng)前，隨著GPS測(cè)量技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的不斷發(fā)展，連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)（CORS）逐漸得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)陸續(xù)建立了省、市級(jí)的衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，例如：廣東省深圳市的SZCORS、江蘇省的JSCORS、浙江省的ZJCORS等。基于CORS框架建立城市三維大地測(cè)量基準(zhǔn)成為城市測(cè)繪發(fā)展的重要方向。

1　建立高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)的意義

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市建設(shè)速度也不斷提高，這也就使得傳統(tǒng)的城市平面控制系統(tǒng)難以滿足城市空間地理信息的采集和工程建設(shè)的需要，只有建立高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)，才能為數(shù)字城市建設(shè)提供高精度且均勻的測(cè)繪數(shù)據(jù)服務(wù)。其中，連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）是城市、地區(qū)和國(guó)家重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，利用CORS系統(tǒng)建立區(qū)域級(jí)別的動(dòng)態(tài)的連續(xù)參考框架的方法，可以結(jié)合本區(qū)域內(nèi)精化大地水準(zhǔn)面成果，向測(cè)繪及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域提供高精度的、連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的、三維的空間坐標(biāo)參考框架。CORS系統(tǒng)的基本工作原理是在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)大體均勻地布設(shè)若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站，利用計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)，實(shí)時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心通過(guò)對(duì)各個(gè)基準(zhǔn)站所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行整體解算，獲得本區(qū)域的誤差改正數(shù)，并自動(dòng)地向用戶發(fā)送改正數(shù)據(jù)，用戶只需一臺(tái)GPS接收機(jī)，即可快速實(shí)時(shí)定位或者事后定位。

2　高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)建立

2.1建立高精度的GPS控制網(wǎng)

在現(xiàn)代城市三維大地測(cè)量基準(zhǔn)中，GPS控制網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)合理的建立，能夠在整個(gè)測(cè)量工作中獲取到極為準(zhǔn)確的測(cè)量精度并提升整體的工作效率。GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)具有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性強(qiáng)、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合厘米級(jí)大地水準(zhǔn)面的建立，為城市規(guī)劃提供全方位、全天候的數(shù)字信息服務(wù)。由基準(zhǔn)站（參考站）、系統(tǒng)中心、呼叫中心、數(shù)據(jù)通信、用戶應(yīng)用等子系統(tǒng)組成建立GPS控制網(wǎng)需要的硬件設(shè)施有：基站配備電腦及調(diào)制解調(diào)器、基站固定電話線、手機(jī)及手機(jī)卡，軟件設(shè)施有：數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、基站狀態(tài)監(jiān)控模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)布模塊數(shù)據(jù)通訊管理模塊；最后還有接受GPS信息的RTK接收機(jī)。

2.2建立厘米級(jí)似大地水準(zhǔn)面

確定厘米級(jí)似大地水準(zhǔn)面需要建立在GPS大地高、水準(zhǔn)高、DTM（數(shù)字地形模型）、重力數(shù)據(jù)這四個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，采用移去回復(fù)法計(jì)算重力似大地水準(zhǔn)面，然后將重力似大地水準(zhǔn)面擬合于GPS水準(zhǔn)得到實(shí)測(cè)似大地水準(zhǔn)面。其精度指標(biāo)也根據(jù)地形變化，平底似大地水準(zhǔn)面精度一般在1cm上下波動(dòng)，而山地似大地水準(zhǔn)面精度在1～3cm精度范圍內(nèi)皆可。由于我國(guó)多丘陵山地，地面高度起伏較大，重力資料獲取困難，為了精確似大地水準(zhǔn)面就只能從嚴(yán)控GPS和水準(zhǔn)測(cè)量的數(shù)據(jù)著手，整體考慮C級(jí)GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的技術(shù)方案和施測(cè)方法，確保GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)方案、點(diǎn)位密度、觀測(cè)方法和似水準(zhǔn)面精化的目標(biāo)一致。

2.3連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)的建立

CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)播發(fā)中心、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)等四個(gè)部分組成。各部分通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)連接，形成一個(gè)局域網(wǎng)。

（1）基準(zhǔn)站網(wǎng)。基準(zhǔn)站網(wǎng)由若干個(gè)均勻分布的基準(zhǔn)站組成，主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集和將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)播發(fā)中心。基準(zhǔn)站應(yīng)具有良好的觀測(cè)環(huán)境。

（2）數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)播發(fā)中心。數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)播發(fā)中心是CORS系統(tǒng)的核心部分，是系統(tǒng)運(yùn)行的保障。它的主要任務(wù)是對(duì)來(lái)自各基準(zhǔn)站的觀測(cè)資料進(jìn)行預(yù)處理和質(zhì)量分析，并進(jìn)行統(tǒng)一解算，實(shí)時(shí)估計(jì)出網(wǎng)內(nèi)各種系統(tǒng)性的殘差，并建立誤差改正模型，然后，通過(guò)數(shù)據(jù)播發(fā)中心將這些信息傳輸給用戶。

（3）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是CORS系統(tǒng)各部分的通道，它由兩部分組成：①基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理中心以及數(shù)據(jù)播發(fā)中心等固定臺(tái)站之間的數(shù)據(jù)通信，其通信采用光纖等方式；②數(shù)據(jù)播發(fā)中心與用戶之間的通信，其通信采用GSM，GPRS，CDMA等方式。

（4）用戶應(yīng)用系統(tǒng)。用戶通過(guò)GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)播發(fā)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)互傳，得到流動(dòng)站差分改正數(shù)據(jù)，解算出坐標(biāo)。

3　某城市連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)（CORS）的建立實(shí)例

3.1系統(tǒng)建立時(shí)間

該城市CORS系統(tǒng)的建立時(shí)間為2012年4～7月。該系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，一直遵循“技術(shù)先進(jìn)、高效可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、方便快捷”的原則，保證項(xiàng)目完工后系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性。

3.2系統(tǒng)要求

①該基準(zhǔn)站做到了無(wú)人值守運(yùn)行，年運(yùn)行的可靠率超過(guò)95%；②在斷電的前提下，基準(zhǔn)站設(shè)備與數(shù)據(jù)中心設(shè)備能夠依靠備用電源連續(xù)工作8h以上；④在數(shù)據(jù)中心建成后，開(kāi)通網(wǎng)絡(luò)RTK等實(shí)時(shí)服務(wù)功能時(shí)應(yīng)達(dá)到可實(shí)時(shí)傳輸基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)雙向通信的能力；④具備系統(tǒng)設(shè)備完好性檢測(cè)功能，定期自動(dòng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行自檢，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)具有報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警能力；⑤支持?jǐn)?shù)據(jù)中心以遠(yuǎn)程方式對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行設(shè)定、控制和檢測(cè)。設(shè)定包括：接收機(jī)參數(shù)；控制包括：接收機(jī)啟動(dòng)與關(guān)閉、接收機(jī)參數(shù)的修改、數(shù)據(jù)傳輸控制。

3.3系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

①可利用衛(wèi)星數(shù)增加；②建立了穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)站；④減輕了用戶作業(yè)負(fù)擔(dān)；④利用GPRS/CDMA無(wú)線通訊技術(shù)；⑤擴(kuò)大了用戶應(yīng)用領(lǐng)域。

3.4系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

①應(yīng)用范圍半徑≤50km；②系統(tǒng)精度動(dòng)態(tài)≤0.05m；④快速定位≤0.03m；④完好性報(bào)警時(shí)間報(bào)≤6s；⑤誤報(bào)概率≤0.3%。

3.5求解參數(shù)及檢測(cè)精度

利用TGO軟件求解七參數(shù)，將七參數(shù)輸入儀器在對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)精度，參數(shù)平面限差為0.016m，符合精度要求。檢查控制點(diǎn)結(jié)果如表1。

表1　界址點(diǎn)間距核查情況

3.6具體應(yīng)用

3.6.1在地籍測(cè)量中的應(yīng)用

地籍測(cè)量通過(guò)地籍細(xì)部測(cè)量技術(shù)與解析交會(huì)法、圖解交會(huì)法的測(cè)量技術(shù)的集合，不斷提升整個(gè)地籍細(xì)部測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)的測(cè)量效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS土地測(cè)量技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化與整合。主要應(yīng)用：①新征地、發(fā)證測(cè)量；②地籍測(cè)量中臨時(shí)導(dǎo)線的布設(shè)；④核查測(cè)量精度。2012～2013年近一百多宗土地的測(cè)量，充分體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)單基站系統(tǒng)具有省時(shí)、省人力、操作簡(jiǎn)單、方便快捷的特點(diǎn)。

3.6.2在勘測(cè)定界項(xiàng)目中的應(yīng)用

在土地勘測(cè)定界中，有觀測(cè)范圍廣、測(cè)量精度高、測(cè)程遠(yuǎn)、受外界環(huán)境和人為因素影響較小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)外業(yè)工作量、勞動(dòng)強(qiáng)度降低。使用CORS系統(tǒng)可以快速、準(zhǔn)確得到高精度的坐標(biāo)。

3.6.3在土地監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

CORS系統(tǒng)的應(yīng)用，使得國(guó)土資源執(zhí)法監(jiān)察工作實(shí)現(xiàn)信息化、科學(xué)化、規(guī)范化成為了可能。通過(guò)對(duì)疑似閑置土地的核查，充分體現(xiàn)了該系統(tǒng)快速精準(zhǔn)定位，檢查出地塊的位置和坐標(biāo)是否正確。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)城市正趨向于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及信息化發(fā)展，各級(jí)規(guī)劃、國(guó)土和測(cè)繪部門(mén)急需提高其提供基礎(chǔ)地理信息的能力。建立三維測(cè)量基準(zhǔn)能幫助數(shù)字城市規(guī)劃獲得更精準(zhǔn)的測(cè)繪數(shù)字信息，具有傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。

[1]陳文通.基于連續(xù)運(yùn)行GPS基準(zhǔn)站系統(tǒng)的城市三維大地測(cè)量基準(zhǔn)建設(shè)方案探討[J].福建建筑，2009（2）：108～111.

[2]陳中新，奚長(zhǎng)元，朱麗強(qiáng).基于CORS虛擬技術(shù)建立任意圖形結(jié)構(gòu)GPS控制網(wǎng)的研究與實(shí)踐[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2010（5）：49～50.

[3]朱建偉.廣州市測(cè)繪基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)的建立[J].北京測(cè)繪，2010（3）：54～56.

[4]楊奉旺.內(nèi)蒙古現(xiàn)代大地測(cè)量基準(zhǔn)的建立方案探討[J].黑龍江科技信息，2011（15）：33.

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1673-0038（2015）06-0137-02

2014-12-28

茍仁修（1963-），男，貴州鳳岡人，高級(jí)工程師、國(guó)家注冊(cè)測(cè)繪師，大學(xué)，從事大地測(cè)量、工程測(cè)量、攝影測(cè)量與遙感、地理信息工程等方面的研究。