HBCORS在城市測量中的應用

魏立峰

（1.秦皇島市城市規劃管理信息中心，河北 秦皇島 066001）

HBCORS在城市測量中的應用

魏立峰1

（1.秦皇島市城市規劃管理信息中心，河北 秦皇島 066001）

主要介紹了求解適合研究區域的從HBCORS坐標系統到地方坐標系統轉換參數的方法，為HBCORS在研究區域的應用提供更好的精度支持，以達到充分利用HBCORS優勢為城市測量服務的目的。

HBCORS；坐標轉換參數；城市測量；地方坐標系

連續運行參考站（CORS）相關技術的發展、應用與研究，是測繪地理信息界研究的熱點之一，同時也是GNSS定位技術的應用熱點之一。CORS是一種將GNSS導航定位技術、測繪地理信息技術、現代通信技術、計算機技術等多種技術集成的實用性分布式網絡系統。它不僅能夠提供動態、連續、高精度的空間定位信息服務，還通過GNSS技術建立了統一、連續的空間坐標基準框架，是地理空間信息獲取、處理、共享的基礎，也是城市、地區和國家不可或缺的空間信息基礎設施之一。河北省連續運行參考站（HBCORS）系統在河北省域范圍內通過網絡RTK技術可實時為用戶提供cm級高精度的2000國家大地坐標系下的大地坐標，但由于歷史原因河北很多地區坐標系仍在使用1980西安坐標系和1954北京坐標系，不能直接使用2000國家大地坐標系下的測量成果。若要利用HBCORS系統提供的實時高精度定位服務，就必須將HBCORS系統測量成果轉換為地方坐標系測量成果。本文以秦皇島地區為例，利用數學模型實現了2000國家大地坐標系與地方坐標系的轉換，從而利用HBCORS系統快速獲取了地方坐標系下的測量成果。

1 HBCORS系統坐標與地方坐標系轉換

1.1 GPS網和地面網之間的坐標轉換模型

不同坐標系統的轉換本質上是不同基準間的轉換，不同基準間的轉換方法有很多，兩個空間直角坐標系之間的坐標轉換模型常用的有布爾莎模型、莫洛金斯模型和范士模型等，布爾莎模型更適合GPS網間坐標轉換。本文著重討論采用布爾莎模型進行GPS網與地面網之間的坐標轉換，設點P在原坐標系中的坐標為（Xi', Yi', Zi'），轉換后在新坐標系中的坐標為（Xi, Yi, Zi），根據布爾莎模型則有：

式中，X0、Y0、Z0為3個平移參數；εX、εY、εZ為3個旋轉角參數； k為尺度參數；即布爾莎模型7個參數。

若兩個坐標系之間的7個轉換參數未知，可利用在兩個坐標系中均已知坐標數據的重合點求取轉換參數。求取轉換參數至少需要3個以上在兩個三維坐標系中均已知精確坐標的重合點；當重合點較多時，可對轉換參數作最小二乘估算。

1.2 坐標轉換參數求取

目前秦皇島市規劃部門在城市規劃和城市建設中主要使用1954北京坐標系，中央子午線為120°，為了獲得HBCORS系統下的實時1954北京坐標系坐標，必須先求取2000國家大地坐標系與1954北京坐標系的轉換參數。秦皇島地區有一批2003年施測的三等GNSS點的1954北京坐標系平面坐標，其精度滿足坐標系轉換精度要求，可選取其中部分GNSS點聯測2000國家大地坐標系坐標，再利用布爾莎模型求取兩 個坐標系之間的轉換參數。本文以秦皇島經濟技術開發區為實驗區進行參數求解，區域面積約110 km2。施測方案為：選擇秦皇島經濟技術開發區的5個C級點（圖1），平均邊長約為5 km，采用三等GNSS靜態觀測聯測其2000國家大地坐標系坐標。觀測要求為：衛星高度角≥15°，有效觀測同類衛星數≥4顆，平均重復設站數≥2，時段長度≥60 min，數據采樣間隔為15 s，PDOP值＜6。

根據聯測成果，采用式（1）求取了該區域布爾莎模型的7個轉換參數，其公共點平面坐標點位殘差最大值為 0.15 cm，平面坐標點位中誤差為±0.12 cm。

圖1 開發區坐標轉換參數計算點分布圖

2 精度分析

為了進一步驗證參數的可靠性和精度，選取測區內均勻分布的12個三等GNSS控制點作為檢核點，將已求取的7個參數輸入觀測手薄，在HBCORS系統的網絡RTK定位服務下，按照一級GNSS RTK控制點測量技術要求對檢核點進行測量，可實時獲得檢測點的1954北京坐標系平面坐標，將所測得的平面坐標與原坐標進行比較分析，如表1所示。

表1 參數檢核分析表/m

精度評定模型為：

式中，n為參與計算分析點的個數。

由表1、式（2）計算得到測區檢核點平面坐標點位中誤差為： ms=±1.9 cm 。

由以上分析可知，通過轉換參數，利用HBCORS系統的網絡定位服務進行GNSS RTK測量的精度滿足CJJ/T 73-2010《衛星定位城市測量技術規范》要求：一級GNSS RTK控制點點位中誤差（絕對值）≤5 cm。

3 結 語

實踐研究表明，根據高精度GNSS靜態觀測成果，通過布爾莎模型求取了2000國家大地坐標系與1954北京坐標系的轉換參數，利用該參數可在HBCORS系統RTK定位服務下快速獲得點位的地方坐標系坐標，其精度能滿足一級GNSS RTK平面測量精度要求，解決了HBCORS系統測量成果不能直接應用于城市測量的問題。HBCORS系統RTK測量技術與傳統架設基站的RTK測量技術相比，HBCORS系統具有精度高、可靠性強的優勢，省去傳統RTK架設基站的工作環節，節省了人員設備，擴大了作業活動范圍，大幅提高了工作效率，在城市測量領域具有廣闊的應用前景和研究價值。

[1]CJJ/T 8-2011.城市測量規范[S].

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

[3]CJJ/T 73-2010.衛星定位城市測量技術規范[S].

[4]田摯,吳文壇,王亮,等.連續運行參考站網建設與應用實務[M].西安:西安地圖出版社,2013:208

[5]施一民.現代大地控制測量[M].北京:測繪出版社,2008:279

[6]朱炳政,謝秋,梁仲明.GDCORS在江門市新會區的應用[J].城市勘測,2011(4):103-104

[7]陳琳.HNCORS在懷化市城區控制測量中的應用[J].城市勘測,2015(2):99-101

P228.4

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1672-4623（2017）07-0021-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.006

魏立峰，高級工程師，注冊測繪師，主要從事城市測量及地理信息系統研究工作。

2016-04-07。