基于MapInfo软件的GPS控制网点位设计

姚任平，廖文兵

(1.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉430079;2.国家测绘局大地测量数据处理中心，陕西西安710054)

基于MapInfo软件的GPS控制网点位设计

姚任平1，2，廖文兵2

(1.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉430079;2.国家测绘局大地测量数据处理中心，陕西西安710054)

控制测量点位设计一般基于我国1∶50 000地形图或更大比例尺地形图，而这些地形图资料一方面因年代久远，地形、地貌变化较大等原因给外业选点、埋石带来交通上的不便;另一方面因这些地形图资料为国家基本地形资料，属机密资料，给安全生产带来隐患。介绍基于MapInfo软件的城市道路交通图上控制网点位设计的方法和步骤，利用该方法可以避免以上两大缺陷。通过工程实例验证该方法可以应用于城市控制网的布设，并取得了良好的效果。

控制测量;MapInfo软件;道路交通图;城市控制网;点位设计

一、前 言

城市控制测量点位设计一般基于我国1∶50 000地形图或更大比例尺地形图［1］。而这些地形图资料一方面因年代久远，地形、地貌变化较大等原因给外业选点、埋石带来交通上的不便;另一方面由于这些地形图资料为国家基本地形资料，属机密资料，给安全生产带来隐患。本文介绍的基于MapInfo软件的城市道路交通图上的控制网点位设计方法可以避免以上两大缺陷，且在点位设计完成后，即可直接得到设计点位于WGS-84坐标系下的点位坐标。通过导航型手持接收机的导航功能，即可完成新布设点位的选点、埋石工作。

根据《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2009)要求，各级GPS网点位应均匀分布，相邻点间距离最大不宜超过该网平均点间距的2倍。本文在分析各种误差的基础上，说明了基于道路交通图上的点位选埋具有很强的操作性，不会降低选埋点间距的可靠性。

二、MapInfo Professional控制网点位图制作

1.MapInfo Professional介绍

MapInfo Professional是桌面地理信息系统软件，其可视化地理分析功能可在数据库中不同数据之间建立关联，并在同一环境下显示。MapInfo Professional以表的形式组织所有属性信息和图形信息，每一个表可理解为一层，可以对表进行查询、浏览、维护等操作;可以进行数据输入和编辑、数据投影转换、图形操作、显示、生成专题图、数据查询、代码匹配、空间分析、制图与输出等基本GIS功能操作［2］;可以识别gif、jpg、bmp、pcx等栅格图像，并在打开栅格图像后，会自动建立一个以原主文件名为名，后缀为*.tab的MapInfo栅格图层［3］。

2.展点图制作流程

利用MapInfo Professional制作展点图的流程如图1所示。整个技术流程主要包括以下几个部分。

图1 控制网制作流程图

(1)规划展点图

在创建展点图前，先确定所要制作展点图的底图、组成元素、展点图上要显示的数据(即变量)以及它们之间的组织关系。根据目的选择适当的元素，确定展点图要显示的变量值的范围、等级符号、点密度、要显示变量的个数及显示的逻辑关系。

(2)底图的配赋

将栅格图像矢量化，创建要素表需要进行底图配赋。输入3个以上控制点，MapInfo将为每个控制点显示一个误差计算。根据误差大小调节控制点的位置直到道路交通图不扭曲、不变形为止。

(3)主题元素的创建

在矢量化的城市道路交通图上创建离散的控制点，包括已有控制点的展点和新点位的设计，以及设计点位坐标的提取。

(4)控制网图的修饰

数据处理完成后，需在图上加注记和图例。在创建展点图时，MapInfo会自动创建图例，并解释图中颜色、符号、大小的含义，还可进行图顺序、增加标题、设定字体等的改动，最后进行展点图的整饰、添加图廓和图名，使其成为一幅完整的展点图。

3.道路交通图的配赋

GPS控制网点位的布设应根据其布设目的、精度要求、卫星状况、接收机类型和数据、测区已有的资料、测区地形和交通状况以及作业效率等因素综合考虑，按照优化设计原则进行［1］。点位主要考虑观测环境、交通、密集度及控制范围。而在设计的过程中，观测环境是未知量，在实地勘察前，兼顾密集度及控制范围的情况下首要考虑交通是否便利。因此，一般在室内设计时，点位都分布在国道、省道、县道、乡道及新农村建设的村道附近。城市道路交通旅游地图能反映道路交通线路，而这些图一般在互联网上均可下载，而把栅格图像矢量化，创建要素表就需要进行底图配赋。

底图配赋前，需要在测区范围内选取3个以上控制点，对照控制点的点之记，要求控制点在道路交通图上具有明确的地物目标，如村庄、道路、旅游景点等。且控制点应尽量位于测区范围周边，使其能充分控制整个测区。

输入3个以上控制点，MapInfo将为每个控制点显示一个误差计算。根据误差大小调节控制点的位置。MapInfo Professional自从5.0版本之后，在Windows XP上安装的版本均不能显示误差参数，需要下载MapInfo Professional配准补丁。覆盖安装目录下的文件后，即可显示误差参数，以像素计，根据参数大小，调节配准点位置。配准后的道路交通图要求不扭曲、不变形。

三、外业选埋

道路交通图在通过已有WGS-84坐标系统的控制点配赋后，MapInfo Professional中的坐标系统即为WGS-84坐标系。这样在道路交通图上以刺点方法设计的新点位即具有WGS-84坐标系坐标。将提取的新设计的点位坐标及点号导入具有导航功能的手持GPS接收机内，并配合打印出的控制网图就可以到设计实地进行点位的选择和点位的埋设。

四、选埋精度

根据《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2009)要求，各级GPS网点位应均匀分布，相邻点间距离最大不宜超过该网平均点间距的2倍。各等级城市控制网点间距如表1所示。

表1 各等级控制网相邻点间距

根据表1中点间距参数，计算出在实地选点过程选埋点位与设计点位距离一般不应超过1.5 km。

从道路交通图的配准到实际点位选埋过程中误差主要有3方面的来源:配准点概略坐标误差、道路交通图配准误差和选埋定位误差。

1.配准点概略坐标误差

配准点一般选取测区范围内的国家GPS点或三角点。GPS点概略坐标一般由手持GPS在外业选埋过程中直接得到，而国家三角点在利用坐标转换过程中，采用七参数法变换比较准确，误差在±(0.2″～0.7″)之间［5］。利用子午圈曲率半径可以粗略地估算出子午线弧长偏差约20 m。子午圈曲率半径计算公式为

式中，e为地球椭球第一偏心率;M为子午圈曲率半径，单位为m;B为三角点的大地纬度，单位为弧度; a为地球椭球长半轴，单位为m。

子午圈曲率半径与大地纬度的对应关系如表2所示。

由子午弧长偏差计算公式dx=MdB可计算当M取最大为6 383 561 m，且 dB取0.7″时，dx为2 1.7 m。

表2 子午圈曲率半径与大地纬度对应表［4］

2.道路交通图配准误差

输入3个以上控制点后，MapInfo将为每个控制点显示一个误差计算。如图2所示。

图2 图像配准误差统计

图像配准误差要尽可能小，零误差值表示控制点放置正确。大于零的误差值表示控制点放置不正确。数值误差代码指示控制点的距离(以象素计)，该距离为点在MapInfo中的匹配位置与真实位置的偏差。配准误差属于设计网外部误差，不影响点位设计基线长度。在选埋过程中，可以通过实际的不匹配性来重新调整道路交通图。

3.选埋定位误差

目前市场上手持接收机均采用单点动态绝对定位，其误差包括卫星星历误差和手持接收机误差。而单点定位动态绝对定位的精度为±(10～40)m［5］。高端手持机定位误差为米级，一般手持接收机定位误差为10 m到几十米左右。

以上说明，从道路交通图上的点位设计到实际选埋过程中的误差均在几十米范围内，相比规范要求的1.5 km而言，误差非常小，留给外业选点人员的选择空间较大，一般均能满足设计要求。

五、案 例

西安市第二次土地调查基础控制网是西安市基础测绘“十一五”规划的重要组成部分，测区范围位于东经107°49'～109°40'，北纬33°39'～34°45'，地处黄河流域中部的关中平原。

榆林市城市坐标系统建设项目范围位于东经109°30'～109°48'，北纬38°05'～38°22'，地貌以风沙草滩区和黄土丘陵沟壑区为主。

宁德市高精度三维控制网的建立及似大地水准面精化项目范围位于东经119°10'～120°44'，北纬26°30'～27°42'。地形以丘陵山地兼沿海小平原相结合为特点。

以上3个GPS控制网的设计均基于MapInfo平台的道路交通图上，室内设计点间距参数和实际选埋点间距参数如表3所示。

表3 3个控制网设计点间距与实际点间距对照表

六、结束语

本文详细介绍了基于MapInfo软件平台的道路交通图上的GPS控制网点位设计方法和步骤，并通过3个实例说明该方法可以应用于实际工程设计，并取得了良好的效果。与传统的1∶50 000地形图及更大比例尺地形图上的点位设计方法相比，具有如下几个优点:

1)设计完成的点位能在同一平台上显示，并可以丈量其设计间距。操作简单、方便、直观。点号按照经纬度关系能按照从小到大的方式正确编号。能满足一般工程作业人员进行点位的设计、变动。

2)套用的道路交通图可以从互联网上直接下载最新用图，给选点、埋石工作提供准确的道路交通信息，省时、省力。

3)点位设计图具有公开性，较原有的地形图更具有适用性。在外业生产中不会因为地形图的丢失而造成重大安全隐患。

4)通过在MapInfo软件平台上新设计的点位可以直接具有WGS-84坐标系下的坐标，通过导航型手持接收机可以达到距离设计点位几十米范围内。无需结合地形图判别地物、地貌，降低了对作业人员的要求。

但在实际应用中会因为道路交通图配赋的不准确性，导致道路交通图的扭曲，从而造成交通路线的不准确，这就需要通过工地发现错误所在，并重新配赋道路交通图，直到交通图尽量与实际最接近为止。

［1］ 国家测绘局.CB/T 18314—2009全球定位系统(GPS)测量规范［S］.北京:测绘出版社，2009.

［2］ 邓跃明，翟娅娟，刘治枝.基于MapInfo的专题地图制作［J］.测绘通报，2001(7):17-18.

［3］ 费立凡，颜辉武，马晨燕，等.MapInfo基础教程［M］.北京:测绘出版社，2005:52.

［4］ 孔祥元，郭际明，刘宗泉.大地测量学基础［M］.武汉:武汉大学出版社，2001:70.

［5］ 杨玉华，郭圣权.WGS-84坐标与BJ-54坐标之间的坐标转换问题［J］.科技情报开发与经济，2004(14): 165-167.

［6］ 徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及方法［M］.武汉:武汉大学出版社，2003:57.

［7］ 国家测绘局大地测量数据处理中心.西安市第二次土地调查基础控制网技术报告(外业部分)［R］.西安:国家测绘局大地测量数据处理中心，2008.

Point Position Design of GPS Control Network Based on the MapInfo Professional Software

YAO Renping，LIAO Wenbing

0494-0911(2011)06-0015-03

P228.4

B

2011-01-27

姚任平(1970—)，男，陕西蒲城人，高级工程师，主要从事大地测量和信息化测绘研究工作。