大型廠區GNSS 控制網復測與坐標轉換

高源

（南京市測繪勘察研究院股份有限公司，南京210000）

1 引言

為滿足經濟社會發展的需要，2008 年7 月1 日，我國全面啟用2000 國家大地坐標系（CGCS2000），各地方逐步建立了基于CGCS2000 的新地方坐標系，逐步停止使用1954 北京坐標系、1980 西安坐標系和其他地方坐標系。大型廠區工程建設周期長，需要對控制網定期復測，保證控制點成果的現勢性和準確性，建立施工控制網與新地方坐標系的坐標轉換關系[1]，從而滿足工程建設規劃報建、竣工驗收的需要。

2 原地方坐標系下GNSS 控制網的復測

2.1 GNSS 控制網的概述

遵循“分級布設，逐級控制”的原則，揚子石化巴斯夫控制網分2 級布設，布設四等GNSS 控制網，意在控制整個揚巴建設廠區，一級GNSS 控制網是在四等GNSS 控制網的基礎上發展而來，滿足日常的工程建設和裝置監測的工作[2]。控制網坐標系統為92 南京地方坐標系（原南京地方坐標系）。

2.2 GNSS 控制網復測的原則

揚子石化巴斯夫廠區規劃建設周期長，跨度大，在經歷了十多年的控制網和監測網復測后，已趨于穩定。但由于施工和車輛通行擾動，會造成點位的沉降與變位，為了保證后續建設和監測，需每年對控制網復測一次，對衛星定位控制點的穩定性進行分析，并及時更新最新成果。

揚子石化巴斯夫廠區各級控制網復測采用的起算點和控制網觀測方案與原測量一致。復測采用的儀器設備、觀測方法、觀測精度、數據處理和成果精度宜與原測量一致，保證了復測與原測量精度的一致性。

2.3 GNSS 控制網復測的實施

由于揚子石化巴斯夫廠區生產裝置、配套設備多及管廊密集，部分點位視場內障礙物的高度角大于15°，易造成衛星信號遮擋干擾。依據控制網觀測方案，為了提高觀測質量，選取標稱精度5 mm+1ppm（即5 mm+1 mm/km）的Trimble 雙頻接收機；通過增加觀測時長，增加平均重復設站率，增加數據可信度；控制網平差選取獨立基線組成三角形構環，利用邊連接的形式構網，檢核條件多，保證了整網的精度質量。測量作業中大部分觀測指標優于規范要求，控制網觀測指標見表1[3]。

表1 外業觀測實施技術指標表

2.4 GNSS 控制網復測的精度評定

經統計，GNSS 控制網復測中基線相對精度、重復基線較差、異步環閉合差等精度指標均遠優于CJJ/T 73—2019《衛星定位城市測量技術規范》[4]中的限差要求，對上述指標的最差情況進行了統計，見表2。

表2 GNSS 控制網成果精度統計表

2.5 點位穩定性判斷

2.5.1 復測成果判定原則

1）本期復測值與上期值互差絕對值＜m0（6.6 mm）時,測量誤差影響；

2）本期復測值與上期值互差絕對值≥m0（6.6 mm）且≤2m0（13.2 mm）時，測量誤差有影響，點位位移可能有影響；

3）本期復測值與上期值互差絕對值＞2m0（13.2 mm）時，點位存在位移。

當復測與原測量成果坐標較差的極限誤差小于2m0時，應采用原測量成果；大于2m0時，利用全站儀進行邊角關系檢核，查明原因及時補測或修測，并應滿足與相鄰控制點的相對點位中誤差要求[5]。

2.5.2 復測成果比較與分析

與上期成果相比，成果較差最小值為1 mm，最大值為18 mm。點位較差小于6.6 mm 的占61.1%，點位較差大于或等于6.6 mm 且小于13.2 mm 的占36.1%，大于13.2 mm 的占2.8%。通過對復測成果比較與分析，除極個別點位存在少量位移外，其余點位均相對穩定。

3 新地方坐標系下GNSS 控制網的建立

南京市地處國家標準投影帶6 度帶117°和3 度帶120°的邊緣，投影長度變形值超出國家規范允許值25 mm/km，因此，根據實際情況選擇基于CGCS2000 的任意帶（118°50′）投影的方式確立了2008 南京地方坐標系。南京于2018 年7 月1 日起全面啟用2008 南京地方坐標系，建設工程規劃報建、竣工驗收的平面成果統一為2008 南京地方坐標系。

建立新地方坐標系下的二等GNSS 控制網：由于原四等及一級GNSS 控制網起算點沒有2008 南京地方坐標系成果數據，合理利用城市現有CORS 資源作為起算點，布設二等GNSS 控制網，引測并計算出原揚子石化巴斯夫控制網起算點的二等成果，作為下一級控制網的起算數據。利用南京連續運行參考站（B 級）“城建檔案”“六合八百”“六合竹鎮”“浦口石橋”2008 南京地方坐標系成果作為起算點，原四等控制網起算點3564、GPS1、1901 作為待定點，進行同步觀測。保證每個測段的同步觀測儀器≥4 臺，觀測中同步有效衛星數≥4 顆，衛星高度角≥15°，PDOP＜6，觀測時段長度≥90 min，重復設站率≥2.0，數據采樣間隔為10 s。

建立新地方坐標系下的四等、一級GNSS 控制網，為了減少不同期次觀測的測量誤差與點位位移引起的誤差，給后續坐標轉換提供更加匹配的點位成果數據，新地方坐標系下的四等、一級GNSS 控制網使用本次復測的觀測數據，挑選與原地方坐標系下平差相同的基線解算數據，保持平差網型一致，只改變橢球參數和起算點成果。

4 新地方坐標系、原地方坐標系、施工坐標系的關系

新地方坐標系：2008 南京地方坐標系。

原地方坐標系：92 南京地方坐標系；

施工坐標系：AB 坐標系（揚子石化建筑坐標系施工坐標系）；

施工坐標系與原地方坐標系的原有轉換關系：AB 坐標系由揚子石化化工園區建設初期統一規劃，建設方設計部門給出定義，為了方便揚子石化化工園區的施工建設，結合實際地形特點，選取坐標原點和AB 軸線，并在此基礎上建立了AB坐標系與92 南京地方坐標系轉換公式。

AB 坐標系（A,B）與92 南京地方坐標系（X,Y）的轉換公式：

建立施工坐標系與新地方坐標系的轉換關系：為了求得AB 坐標系與2008 南京地方坐標系的轉換關系，可以利用原有轉換關系將本次復測的92 坐標系成果轉換為AB 坐標系成果，然后選擇部分點位，建立AB 坐標系成果與2008 南京地方坐標系成果坐標轉換關系，評定轉換精度，利用剩余控制點進行轉換驗證。

5 新地方坐標系與施工坐標系間坐標轉換關系建立及軟件編制

5.1 轉換模型選擇

揚子石化巴斯夫廠區長度約6 km、寬度約2 km，區域較小，一般采用平面四參數模型。其定義如下：對于2 個不同的平面直角系，X′O′Y′和X″O″Y″，存在4 個轉換參數，即2 個平移參數（X0，Y0）、1個旋轉參數（α）和1 個尺度參數（m）。轉換關系如下：

5.2 轉換技術路線

AB 坐標系與2008 南京地方坐標系之間的轉換利用科傻GPS（CosaGPS）進行四參數模型進行坐標轉換，綜合點位成果等級、位置、穩定性等情況綜合選取，選取GPS1,1901、3764、0435、1909、0182 共計6 個點。選取點位包含起算點、四等點、一級點，點位分布均勻、合理，比較完整的覆蓋整個測區，所選點位均基礎穩固、受擾動小、多期復測成果穩定。

5.3 軟件編制

根據業主坐標轉換及時性與計算正確性的需求，為了保證坐標轉換的便捷性和易操作性，將AB 坐標系與2008 南京地方坐標系坐轉換關系利用Visual Basic 6.0 編輯形成《南京揚子巴斯夫廠區坐標轉換系統》。軟件可以實現單點轉換及批量轉換，操作界面及節選部分程序代碼如圖1 所示[6]。

圖1 轉換軟件操作界面及部分程序代碼圖

5.4 質量評定與檢驗

坐標轉換中誤差為1.3 mm，最大殘差點（0182）為2.5 mm；利用《南京揚子巴斯夫廠區坐標轉換系統》，將本次復測的46 點點位成果全部進行坐標轉換，將轉換后所得成果與原坐標系下成果比較，最大較差點為3 mm，滿足施工要求。

6 結語

本文以揚子石化巴斯夫廠區平面控制網為例，介紹了大型廠區工程原地方坐標系下控制網的復測、新地方坐標系下控制網的建立測量、新地方坐標系與施工坐標系間坐標轉換關系建立及軟件編制，將測繪成果在不同坐標系下進行相互轉換，滿足不同部門之間的用圖要求，滿足了工程建設的需求。本案例為大型工程控制網坐標系與CGCS2000 建立了聯系，實現了資源共享，為減少重復測繪做出了一些有效的探索。