潛江市現代測繪基準體系建設

黃濤，孫偉，婁坤，柯亨松

(1.潛江市勘測設計研究院，湖北 潛江 433199； 2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

“數字潛江地理空間框架”于2008年隨“數字潛江”項目建設完成，覆蓋范圍僅有 320 km2，距現今已有十年，隨著潛江市城市建設發展及城市規劃管理區不斷擴大，當時布設的基礎控制點大多數都被破壞，很多區域已經無法滿足潛江市重大工程及城市發展規劃建設的測繪保障需要。此外，根據國家對新一代大地坐標系——2000國家大地坐標系(CGCS2000)在全國范圍的逐步推廣與使用的規定及要求，各省、市地區都需要在建設和管理等工作中盡快啟用CGCS2000坐標系，并且完成現有地理信息成果數據向CGCS2000的轉換。按國家相關要求，必須在2018年7月之前完成此項工作。

目前，潛江市所使用的地理信息成果均屬于1980西安坐標系，要實現向CGCS2000坐標系的轉換，就需要建立現有坐標系與CGCS2000坐標系之間的轉換關系，其前提是在市域均勻分布的、具有較高精度的、兼容性較好的上述兩套坐標系成果的公共點。因此，建設覆蓋潛江全市域、科學統一、與國家現代化測繪基準保持一致的基準站網、三維控制網以及高精度水準網、區域似大地水準面精化等工作是潛江市測繪基準現代化的首要任務。

2 潛江市測繪基準體系現代化建設

潛江市測繪基準體系現代化建設，綜合利用了包含衛星定位技術、地球重力場在內的多種大地測量技術手段，將潛江市原有的參心、靜態、小范圍的測繪基準體系，改建為具有高精度、全市域、動態、三維地心、與2000國家大地坐標系(CGCS2000)相一致的測繪基準框架。現將其各組成部分建設情況分述如下：

2.1 QJCORS系統

潛江市連續運行衛星定位服務系統(QJCORS)由基準站子系統、網絡通信子系統和數據中心子系統組成，在原有單基站系統的基礎上擴建、升級完成。根據相關規定和技術設計，主要完成了一系列建設工作：基準站選址測試、觀測墩土建施工、防雷工程、觀測室布置及布線、通信線路建設及網絡測試、基準站設備安裝調試、數據中心軟件平臺集成、系統外業測試等。

在保留潛江城區原單基站的基礎上，在潛江市境內另新建4個基準站，均勻布設，構建了由5個基準站組成的、獨立運行的基準站子系統，相鄰平均站間距 24.1 km，圖1為其中2個新建基準站觀測墩的現場圖，圖2為基準站防雷接地施工圖。網絡通信方面，分別采用中國移動PTN(2M)專網、GPRS VPN(2M)作為基準站與數據中心有線傳輸和軟件平臺數據發播的通信方式，確保QJCORS數據通信信道的安全性、穩定性和可擴展性。

圖1基準站觀測墩現場圖圖2基準站防雷接地施工圖

根據技術設計，潛江市現代測繪基準體系整體建設完成后(包括QJCORS系統建設、建立不同坐標系之間的轉換關系、區域似大地水準面精化等工作)，組織實施了利用QJCORS進行網絡RTK測量的各項系統測試。定位精度測試中，在全市域范圍內采用網絡RTK方式采集測試了13點，用以全面反映QJCORS系統與城市坐標系統的兼容程度和不同區域分布對系統定位結果可能的影響，測試結果如表1所示。在空間可用性測試中，采用車跑并記錄網絡RTK測試結果方式進行，在距離潛江市邊界20余公里的沙洋、江陵等地區仍可以輕松獲取固定解。多項測試結果表明，QJCORS系統可以向用戶提供實時、厘米級的定位服務，可以有效覆蓋潛江全市域及周邊地區。

QJCORS網絡RTK定位精度測試情況 表1

2.2 潛江市高精度GNSS控制網

潛江市高精度GNSS控制網由兩級共67點組成、測設：框架網由5個QJCORS基準站點構成，基本網由62個C級GNSS點組成。基本網按潛江市規劃管理區 5 km～7 km、城鄉村落等地 8 km～10 km進行相鄰點間距布設。下載對應的事后SP3精密星歷后，對框架網和基本網分別進行了基線解算處理(GAMIT V10.40)、網平差處理(CosaGPS V5.21)。

(1)CGCS2000坐標系下的數據處理

框架網數據處理時，聯測了位于我國境內的7個IGS國際跟蹤站(武漢站、北京站、上海站、拉薩站等)，加入了潛江市周邊的2個其他城市CORS站進行計算檢核。數據處理后，框架網共有91條重復基線，基本網450條。解算了框架網14個同步時段，基線解nrms最小值0.178、最大值0.191、平均值0.185，計算了基本網30個同步時段，nrms最小值0.178、最大值0.215、平均值0.199。框架網、基本網基線向量重復性檢驗統計情況如表2所示。

高精度GNSS控制網基線向量重復性統計表 表2

框架網三維約束平差取IGS跟蹤站武漢站、北京站、上海站等3點CGCS2000下的坐標進行約束。框架網平均邊長為 41.9 km，最弱邊相對精度 0.05 ppm，邊長 19.0 km。框架網水平方向精度取平均 ±0.001 3 m，大地高方向 ±0.003 4 m。最弱點水平精度 ±0.001 3 m，大地高精度 ±0.003 6 m。檢核點與原有成果在X、Y、Z三個方向上的較差均小于 ±5 mm。

基本網三維約束平差以均勻分布在全市域的5個框架網點為起算。基本網平均邊長 13.6 km，平均相對精度 0.08 ppm。最弱邊相對精度 1.99 ppm，邊長為 0.65 km。邊長相對中誤差區間分布統計如表3所示。基本網水平方向精度取平均 ±0.000 9 m，大地高方向 ±0.002 8 m。最弱點水平精度 ±0.002 5 m，大地高精度 ±0.008 2 m，平差后點位精度統計情況如表4、表5所示。

基本網三維約束邊長相對中誤差區間分布統計 表3

基本網三維約束點位精度統計 表4

基本網三維約束點位精度區間分布統計 表5

(2)1980西安坐標系下的網平差

潛江市現用存檔和當前生產的測繪地理信息成果數據均采用1980西安坐標系成果。因此，GNSS網的二維平差工作在1980西安坐標系下開展，其目的是以潛江市原有的高等級城市控制點為約束基準，將1980西安坐標系下的坐標成果傳遞至全網，達到覆蓋全市域的高精度平面控制目的。為保證GNSS網與潛江市原坐標基準相融合，共聯測了國家等級三角點10個。網平差時，檢驗了所聯測的國家三角控制點成果的兼容性，并進行了約束平差方案的優化比選，選取最佳的約束平差方案。

平差結果顯示，最弱點精度為x方向 ±0.002 8 m，y方向 ±0.002 4 m，平面精度 ±0.003 7 m；最弱邊邊長相對精度 1/728 000(1.37 ppm)，平差精度統計如表6、表7所示。

二維約束平差點位精度區間分布統計 表6

二維約束平差點位精度統計 表7

2.3 潛江市二等水準網

潛江市二等水準網覆蓋了整個市域，由81個水準點(聯測了全部C級GNSS點)，34條水準路線組成，形成9個閉合環、13條附合路線，水準路線總長 628.1 km。數據處理基于1985國家高程基準，經過外業概算后，進行了嚴密間接網平差計算，精度統計如表8所示。

二等水準網平差精度統計 表8

2.4 區域似大地水準面精化

在潛江市區域似大地水準面精化融合計算中，61點GNSS/水準點成果、1 396個重力點成果數據參與計算。計算出的潛江市GNSS/水準似大地水準面與重力似大地水準面成果獨立進行比較的精度是0.028 m，經定權融合計算得出的似大地水準面精化精度略有提高，精度0.024 m，為2′2′分辨率格網。在完成區域似大地水準面精化的基礎上，同期研制了精化成果實時應用軟件，配合QJCORS軟件平臺同時向用戶提供實時的精化高程。上述2.1節中介紹的QJCORS定位精度測試中獲取的高程值即是利用軟件精化后的高程成果。

2.5 坐標轉換參數的獲取

一旦啟用CGCS2000坐標系，為避免重復測繪，潛江市現存的海量的地理信息成果數據在相當長的一段時間周期內仍然需要使用，因此就必須將其轉換至新測繪基準體系下。建立CGCS2000與現用1980西安坐標系在潛江市域內嚴密的相互聯系和轉換關系，是推廣CGCS2000應用的前置條件。利用前述基準建設所取得的成果，精確計算求取了新老坐標系間的三維7參、二維4參等2套轉換參數，研制了轉換工具模塊。從利用建成后的QJCORS進行實時網絡RTK測試的成果精度來看，以上轉換參數完全滿足潛江全市域厘米級定位、成果數據轉換的需求。

3 結 語

潛江市現代測繪基準體系建立了覆蓋潛江全市域、統一的、與CGCS200相一致的高精度GNSS控制網、二等水準網、區域精化似大地水準面以及QJCORS系統等，其成果將為全市各項測繪工作提供精確的位置信息和定位服務，將全面提高地理信息數據采集的效率和測繪保障服務能力。同時，將為潛江市推廣CGCS2000坐標系應用，改造潛江市現有平面坐標系統，建立和啟用基于CGCS2000的潛江相對獨立地方平面坐標系打下堅實的基礎。

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