GPS(CORS)和地理信息工作站在上海市基礎測繪中的應用

莊玉洋

(吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130012)

基礎測繪工作在國家基礎性建設或其它發展領域實際應用過程中，需要根據國家統一制定的測繪標準進行測制，最終在國民經濟社會發展中被廣泛使用。由于我國人們對基礎測繪工作了解非常有限，造成了大家普遍認為基礎測繪就是傳統的地形或地圖測繪。實際上地圖測繪只是基礎測繪內容的一小部分。真正的基礎測繪是通過各種測繪儀器或測繪手段對空間地理數據和地理要素進行分類、分組、編輯和繪制。主要工作內容是對模擬性資料的測制及數據性信息的調查和維護，并建立數學模型，讓資料以數字化，信息化的形式呈現出來。所以，基礎測繪工作的發展和創新對于我們城市化建設、政府的宏觀調控和預期性的規劃發展都具有重要意義。

目前，隨著我國GPS(CORS)定位技術的普及和地理信息工作站的應用，它們在城市基礎型建設中的作用越來越大，已成為城市空間地理信息應用的發展熱點。這兩者既必不可少，又密不可分，已經成為我們國民經濟和社會發展中必不可少的一項工作。

1 上海市基礎測繪的意義

為了配合上海市城鄉規劃體系實施、國土資源管理和新農村建設，做好上海市基礎測繪的保障工作，根據《上海市人民政府關于進一步加強本市測繪工作的實施意見》的文件精神，上海市測繪院決定定期開展數字地形圖成圖區域內基礎地理信息數據更新工作，不斷提高地形圖現勢性和信息性，以滿足政府和公眾對基礎地理信息數據日益增長的需求。

首先，對上海市1∶500、1∶1000數字地形圖采用野外數據采集、內業數據編繪等手段進行修實測。修實測完成后將通過地理信息工作站進行對象屬性和權屬等信息的錄入和維護。工作內容主要包括房屋及附屬設施、交通及附屬設施、科教文衛及公共設施、水系、植被等。最終為建立上海市立體空間地理信息數據庫和地理信息數據平臺提供數據依據。

2 GPS(SHCORS)的應用

2.1 平面控制

平面控制的坐標系統采用上海市獨立平面直角坐標系統。由上海市測繪院布設的VRS(SHCORS)網絡系統控制點作為測區的起算數據。測量原則上以一個獨立工程項目為單位并建立JOB(任務)數據文件。建立JOB(任務)數據文件后，首先設定投影和轉換，目前僅采用點校正法。將網上下載的Standard2008.dc數據模塊復制到本工程數據文件中，并選擇“測量”-“點校正”菜單項中提供的虛擬控制點為基站參考點，其目的是為了獲取WGS84空間坐標轉換到上海城市坐標的轉換參數。

正確設置天線高、數據單位、尺度因子、IP地址端口、網絡差分服務用戶名密碼等參數。其中，經、緯度取位設置到0.00001”，平面坐標和高程取位設置到1mm，RTK平面收斂閾值應<2cm、垂直收斂閾值應<3cm；流動站的衛星截止高度角設置不低于10°。SHCORS系統參數見表1。

表1 (SHCORS)系統參數

根據規范要求RTK測量PDOP值應≤6，并且持續顯示固定解，方可用于生產作業。平面控制測量(測圖導線起算點、地形測站點)應采用架設三角架方式進行流動站測量，并應在流動站持續顯示固定解后開始觀測，每點觀測應獨立初始化二次，每次采集二組觀測數據，每組數據采集的時間不少于10→15s，4組數據的平面點位較差<2cm時可取其中任一組數據或平均值(建議平均值)。RTK平面控制測量在同一測區布點不得少于3→4點，便于平面控制點的檢查和校正。對所測的成果應有10%左右的重復抽樣檢查。技術要求見表2。

表2 (RTK)平面控制點檢核測量技術要求

注：1.相對困難地區相鄰點間邊長相對較差應<2cm；2.d為相鄰點間距離。

2.2 高程控制

2.3 平面碎部測量

RTK平面碎部測量可采用帶圓氣泡的對中桿架設流動站天線進行測量，數據采集時圓氣泡應穩定居中。然后進行流動站觀測，觀測顯示持續固定解后開始測定，每組數據采集的觀測時間不少于10s，連續觀測采集20組數據后，需重新進行網絡初始化，并進行數據重合差驗證，重合差檢測精度為小于相應等級精度要求的2倍。否則應查明原因，剔除超限點，重新測量。具體技術要求見表3。

表3 (RTK)高程測量技術要求

3 地形測量精度要求

由于上海市數字地形圖的原始數據經過多年的矢量化及數字化形式獲得，所以測區內整體數據數學精度不統一。雖然在實際生產過程中修實測的精度已有了顯著的提高，但是，針對不同地物和不同的修測方法也做了不同的精度要求(圖上精度)要求標準如下：

(1)利用布設圖根控制修、實測的地物：主要地物≤±0.05mm，次要地物≤±0.15mm。

(2)利用原有地形地物進行自由設站法修測的地物：主要地物≤±0.75mm，次要地物≤±1.0mm。

(3)利用丈量法修測的與鄰近老地物的較差為：主要地物≤±1.0mm，次要地物≤±1.4mm。

(4)地面高程注記點相對于鄰近圖根點的高程中誤差在穩固堅實地面不得大于±5.0cm，其它地面不得大于±10.0cm。

(5)接邊限差為上述限差的1.5倍。接邊差小于限差時可平均配賦，限差超過的應到實地進行檢查糾正。

從上述精度的各項指標來看，網絡GPS(SHCORS)的數學單點定位精度無論作為圖根級平面控制還是作為高程控制，都已經完全的滿足了基礎測繪中的精度要求。從作業方式上減輕了導線測量、水準測量、架設GPS基站等繁重的外業工作強度，不但節省了人力、物力和財力，而且在生產過程中也為用戶提供了更方便的技術服務。

圖1 (MDO)數據拼接

4 地理信息工作站數據形式

4.1 MDO數據拼接

上海市基礎測繪任務生產一律采用(上海版)地理信息工作站平臺作業，作業前首先要進行數據拼接。區域內有經過上一年驗收合格后的MDO數據，由地理信息工作平臺進行作業區塊的數據調入，每個作業區塊由多個標準的1∶1000或1∶500圖幅組成，按照單幅圖幅從數據庫中提取數據。操作過程：菜單項“數據轉換-MDO數據調入”然后可在目錄中批量選取需要拼接的圖幅，將整個作業區劃分成若干個作業區塊進行作業。數據拼接如圖1所示。

在數據調入的過程中可根據測區情況進行隨性化拼接，拼接過程中將自動化執行數據的屬性合并和統一，便于數據的整體管理，信息化的統計和入庫。拼接好的圖塊數據都具有獨立的空間地理屬性信息。

4.2 地理要素的對象信息構成

地理信息工作站的地理要素對象信息主要由以下幾部分組成：

(1)要素編碼信息(Featurecode):實體對象的分類標識代碼，即地形要素編碼。

(2)圖形特征信息(Graphics):描述實體對象的地理空間位置與基本幾何形狀的信息(骨架線)，如點狀地物的空間位置與方向；線狀或面狀地物的空間位置及基本幾何形狀(點位置間的連接關系)。

(3)屬性信息(Attribute):描述該實體對象自身的信息特征以及社會應用等相關的質量化、數量化、狀態化的描述性信息。如房屋的結構、層數、權屬、年代等數據信息。

(4)符號化信息(Symbolizing):基于骨架線的地理要素動態符號化時所需的特征參數信息，如轉折點、間斷點、關鍵點等與空間點位相關的標識信息，調整面狀數據效果的參數等。

(5)數據標識信息(FeatureGUID):實體對象在數據空間中的唯一性標識信息，數據標識一旦生成，在數據生命周期內保持不變。

(6)時態信息(Temporal):實體對象的生成、入庫、更新等時間信息。

(7)工程信息(Project):一般指以工程編號為代理的有關數據來源信息，如生產者、檢查者、施測方法、儀器設備等。

通過以上信息項的記錄和生成，使地理要素對象信息的構建框架更完整更詳細更全面。

表4 居民地和垣柵對象信息分層表

4.3 地理空間數據對象信息分層

地理信息工作站對地理空間數據的對象信息進行了詳細的分層，具體數據分層共分九大類，每類作為一個層組存儲，每個層組按對象類型和用途劃分為83個圖層。以“居民地和垣柵”為例見表4。該平臺對數據對象信息的“測量控制點”“居民地和垣柵”“工礦建筑及其他設施”“交通及附屬設施”“境界與政區”“地貌”“植被與土質”等地類都進行了詳細的分層，在實際應用的過程中可以根據數據對象的分層進行批量的篩選、編輯、歸類和附字段屬性等來執行批量的修改和提取。

4.4 地理信息數據庫

為了獲得更豐富，更全面的對象屬性信息，地理信息工作站對地理信息數據進行了詳細的類別劃分，以居民區為例：建筑物的結構、用途、屬主、層高、名稱、街址等信息都設定了窗口錄入模式，可進行詳細的屬性和特性歸類，并創建建筑物功能儲存表。見表5～8。

通過上述表格，體現了地理信息工作站強大的地理信息儲備功能。數據對象的分層、分類，使地理數據包括：建筑物的門牌街址、建筑高度、用戶名稱、權屬信息、屬主名稱、結構材料、使用用途等信息一目了然。同時，可以根據數據的特性、屬性或字符檢索等方式進行數據的過濾和導航，在城市空間地理信息大數據搜索和提取的過程中更加便捷，高效。

4.5 空間地理數據框架

為了確保合理利用基礎測繪的空間地理信息數據，更好的進行數據轉換和優化管理，因此，對基礎測繪的空間地理數據進行了數據框架維護。城市空間地理框架數據以基礎地理信息數據庫和其它相關數據為基礎，經提取、加工生成，包括行政區劃面、街坊面、道路中心線和道路面、鐵路中心線、河流水系中心線和河流面等。生成原則如下：

表5 建筑物屬性儲存表

表6 建筑物特性儲存表

表7 建筑物測高儲存表

表8 街址門牌數據儲存表

(1)凡是道路都繪制道路中心線，道路中心線在交叉處設置節點斷開，道路中心線的類型同道路邊線的類型，道路中心線盡量繪制在道路的中間位置。

(2)凡是繪制道路中心線的都必須繪制道路面(鄉村路、內部道路除外)，道路面類型同道路邊線類型(也同道路中心線類型)，道路面與道路面在交叉處要單獨表示，即路口面單獨繪制，其類型同較寬一條道路的面。

(3)鐵路中心線分類：普通鐵路、高速鐵路、電車軌道、輕軌、磁浮列車、輕便軌道等。

(4)水系中心線和水系面有名稱的河流水系都必須繪制水系中心線，水系中心線必須保持貫通，遇橋不斷開，在多條水系交叉處設置節點斷開，水系中心線盡量繪制在河流的中間位置；所有河流都必須繪制水系面，水系面遇橋不斷開，水系面保持主水系的貫通，次水系面斷在主水系的邊線處。

4.6 地理數據合法化檢查

在基礎測繪外業數據采集，內業數據梳理等工作完成以后，需通過地理信息工作站進行地理數據的合法化檢查和數據的質檢平臺檢查。其中包括編碼合法性檢查、層合法性檢查、重疊地物檢查、空間邏輯檢查、自交叉、面交叉檢查等。此項操作為批量或自定義執行，執行后會自動生成檢查記錄索引。可以根據記錄索引符號代碼的屬性和特性通過過濾和導航功能進行數據修改，最終完成地理信息數據的合法化過程檢查。如圖2所示。

圖2 地理信息數據合法化檢查

上述過程體現了地理信息工作站多元化的信息儲備功能和人性化的操作過程，為地理數據的要素成圖、屬性管理、信息管理等方面提供了便捷性。

5 地理信息數據平臺的應用

基礎測繪的數據基本形式是依附于龐大的信息支撐，通過地理信息工作站構建基礎數據框架及空間地理數據平臺。不但可以在城市規劃、水利建設、土地管理等領域內被廣泛的使用，而且在互聯網、云計算等技術的助推下，包括城市洪澇整治、水資源評估、災害預防、土地管理、生態環境改善等領域中也得到了充分的發揮和利用，為各領域的優化發展提供數據依據。存在形式上可以實現數據信息的定量，定位，既可以體現在數字上，又能夠借助圖像、模型等展示其多元性和兼容性。在信息技術的輔助下，通過地理信息工作站的工作空間將“航空數碼攝影”獲得的影像數據加載到相應的空間地理數據內。如圖3所示。

同時也可依靠激光雷達、低空攝影、衛星遙感等手段，對空間地理信息情況進行高精度的監控及測量，實現地理信息的動態化管理。通過地理信息工作站的信息儲備功能和GPS、RS等技術的融合，使基礎地理信息及各類動態數據及時、高效、精準的為城市洪澇、災害預警、水資源調配、生態整治等政府應急性措施提供數據依據和保障。

6 結語

通過上述的論述分析，充分的證明了GPS(CORS)和地理信息工作站在城市基礎測繪和城市地理信息發展中所發揮的重要性。隨著基礎測繪技術的快速發展，對空間地理數據形式也提出了更高的要求，探究空間地理信息與社會科技發展的關聯變的越來越重要，未來發展的前景和意義愈發重大。現階段，我們在數字城市、數字水利、數字農業等多方面已經有了顯著的發展，但是未來的高精3D數據庫、智慧城市、大數據、物聯網、無人機等領域還有待技術突破，更多的測繪科技前沿技術還需要我們努力的去探索，研究，為政府和社會科技的快速進步發展做出更大的貢獻。