浅谈重庆市现代测绘基准体系建设

杨本廷，谢征海

(重庆市勘测院，重庆 400020)

1 引言

重庆市现有测绘基准体系存在较多问题，如:在重庆的大部分区县使用的坐标系统不统一，有些地方采用假设和近似高程系统。已有控制点施测时间久远、整体精度低、现势性差、成果资料陈旧、标志破坏严重、服务能力不断弱化，已不能满足经济和社会建设的需要。

为解决全国的这些类似问题，20世纪90年代以来，我国不断改造传统测绘基准体系。2001年建成的新一代高精度高分辨率的中国似大地水准面(CQG2000)，仅能满足我国小于等于 1∶10000比例尺测图和其他类似精度需求的高程测定工作。2003年建成新一代国家重力基准—2000国家重力基本网;2003年～2004年先后建成了由2500余点组成的2000国家GPS大地控制网和由近5万点组成的2000国家大地控制网，并于2008年7月1日启用了2000国家大地坐标系。目前国家采用的黄海1985国家高程系统，主要由国家第二期一、二等水准网所构成的国家高程控制网来实现，该水准网使用至今已有二十余年。目前正在实施国家第三期一等水准网，但一等水准点的平均密度也仅为1/(30 km×30 km)。国家的平面和高程控制的密度、现势性不能完全满足地方经济建设的需要，因此需要各个地方根据自己的情况建立区域性的现代测绘基准体系。同时，国家测绘地理信息局已于2012年6月启动了国家现代测绘基准体系基础设施建设一期工程。

区域性测绘基准建设要求既要有高精度的平面和高程基准，又要进行区域似大地水准面精化，还要有实时的CORS。目前全国部分省市如北京、上海、广东、浙江、武汉、南宁等已建立了区域性的测绘基准体系。重庆市现代测绘基准体系建设目标是:采用当今测绘新技术，建成以CQCORS、似大地水准面为核心技术的区域现代测绘基准体系，逐步摆脱以传统测量标志维持测绘基准的模式，实现高精度、三维和动态的测绘。

2 平面基准

重庆市平面基准采用CORS(A级GPS)和B级GPS控制网来建立和维护覆盖全重庆区域的与全国三维地心坐标框架相一致的地方参考框架，同时建立各区县城市首级平面控制网(C级GPS网)。

2.1 CQCORS

在全重庆市范围内建立35个A级GPS连续运行参考站(ChongQing Continuously Operating Reference，CQCORS)，CQCORS站间距约 50 km～60 km。CQCORS于2010年7月全部建成，实现了重庆市域范围8.24万km2全覆盖，如图1所示。该系统现已向重庆市各政府部门和测绘单位提供综合服务。

图1 建成后的CQCORS分布图

2.2 B级GPS网

在全重庆市范围内建设由60个B级GPS点组成的B级GPS网，点间距离约 30 km～55 km，同35个A级GPS连续运行参考站共同组成重庆市测绘基准参考框架。B级GPS点采用GPS、水准共用标石，并联测二等水准。

2.3 C级GPS网

在重庆市GPS框架网的基础上，除都市区外的各区县城市规划区内布设105个C级GPS点，作为各区县城市首级平面控制网，其中中心城市不少于5点，其余城市不少于3点。C级GPS点既是平面控制点，又是似大地水准面精化点，采用GPS、水准共用标石，并联测二等水准。在重庆都市区结合地形变化布设220个GPS精化点，按C级GPS标准执行。精化点平均间距 6 km～8 km，均联测二等水准。

GPS的选埋除满足《区域似大地水准面精化基本技术规定》、《全球定位系统(GPS)测量规范》等规范外，还必须考虑山地城市高差起伏大的特点、地形变化、便于水准联测、方便使用、标志保护等原则，其观测严格按规范执行，如图2所示。

GPS数据处理采用美国麻省理工学院研制的高精度数据处理软件GAMIT/GLOBK 10.40，平差采用逐级控制的原则进行。在2000国家大地坐标系(ITRF2000、ITRF2005参考框架，观测瞬时历元)下，首先约束LUZH、WUHN等9个国家连续运行站点，做三维约束平差，求出35个A级GPS点坐标;然后约束A级GPS点，做三维约束平差，求出60个B级GPS点坐标;最后约束A、B级GPS点，做三维约束平差，求出C级GPS点坐标。数据处理后各项成果的精度均达到规范要求，其精度统计见表1。

图2 建成后的GPS点分布图

GPS成果精度统计 表1

我国先后建立有1954年北京坐标系、1980西安坐标系，重庆中西部建立有重庆市独立坐标系，并以此生产了大量的测绘产品。为了充分利用已有成果，GPS网分别联测了1954年北京坐标系、1980西安坐标系、重庆市独立坐标系、各区县坐标系(万州、黔江、永川、垫江、开县、忠县、梁平、彭水、涪陵等区县的地方坐标系控制点)的已知点。选用三维七参数坐标转换模型确定了重庆区域2000国家大地坐标系与1954年北京坐标系、1980西安坐标系之间坐标转换关系，其坐标转换点位残差中误差分别为±0.15 m、±0.58 m;选用二维四参数坐标转换模型确定了重庆中西部区域2000国家大地坐标系与重庆市独立坐标系之间坐标转换关系，其坐标转换点位残差中误差±0.062 m。

3 高程基准

目前国家采用黄海1985国家高程系统，其高程的提供主要是采用传统的测量方法，即通过与国家高程控制点的水准联测来传递高程。2001年建成的中国似大地水准面(CQG2000)，精度±0.3 m ～±0.6 m，仅能满足我国小于等于 1∶10000比例尺测图和其他类似精度需求的高程测定工作，对于更高的高程精度要求，还必须建立厘米级精度的似大地水准面。因此，现代化高程系统除了有高精度的高程控制网外，还应有高精度、高分辨率的似大地水准面。

重庆市的高程基准采用二等水准，1985国家高程基准，采用建设传统的高程控制网和精化似大地水准面相结合，即在全重庆建立二等水准控制网，同时在都市圈进行厘米级精度似大地水准面精化。

3.1 二等水准网

重庆市二等水准控制网分为框架网和精化网，框架网主要是维护重庆市的高程参考框架，精化网主要是为了进行似大地水准面精化而进行的A、B、C级GPS点的水准联测。

重庆市二等水准框架网由18个结点、长约6443 km的覆盖全重庆市二等水准网组成，如图3所示，共埋设水准点约 1100余点。

图3 二等水准框架网示意图

重庆市二等水准精化网是为A、B、C级GPS点联测水准高程。在二等水准路线上的GPS点，纳入二等水准路线，采用闭合或附合方式联测二等水准。距离二等水准路线超出 5 km的GPS点，使用二等水准支线方法施测。对于在楼顶上的GPS点，采用自由悬挂钢尺法进行楼顶GPS点的二等水准联测。GPS点二等水准支线215条，路线长 2235 km，联测GPS点426个。

二等水准布设原则:区域内原有一、二等水准线路一般不再布设新的水准，个别破坏严重的线路重新布设水准线路;A、B级GPS点和埋设于公路附近的C级GPS点，纳入二等水准路线中联测;新布设普通水准点的点间距，城建区平均 3 km，非城建区平均 6 km，平均间距 5 km;在GPS点附近要增加埋设1个二等准点，便于GPS点的水准联测;二等水准应尽量利用其路线上保存完好并且符合要求的一、二等水准点，全网共利用已有国家一、二等水准点位共203点。

二等水准测量分三期实施，2008年5月～2009年12月完成外业工作，二等水准观测及连测按《国家一、二等水准测量规范》要求，采用 Lieca DNA03、蔡司NI002等电子水准仪和条形码因瓦尺进行单路线往返观测，5处跨河水准观测方法采用测距三角高程法，场地布设成大地四边形。

二等水准观测高差经过了标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、固体潮改正、环线闭合差改正。二等水准平差以重庆主城区的“重庆基岩点”作为高程起算点，采用间接平差法平差，以待定结点高程为未知数，按路线测站数定权，当结点高程及路线高差改正量计算完成后，采用附合路线平差的方法推求其他各水准点的高程。

二等水准路线长 8678 km，构成71个闭合环，如图4所示，按环闭合差计算的二等水准测量每千米全中误差为±0.83 mm，满足规范±2.0 mm的限差要求。

图4 建成后的二等水准网示意图

3.2 区域似大地水准面

在当前GNSS定位时代，精化似大地水准面和建设传统的高程控制网同等重要。因此，重庆市高程基准体系除了有高精度的高程控制网外，还应有高精度、高分辨率的似大地水准面。利用GNSS卫星定位技术取代传统的、低精度的水准测量工作，因此需确定重庆区域似大地水准面。

重庆市似大地水准面精化过程中，收集了国家测绘地理信息局馆藏重庆市范围内及周边地区 90617个加密重力点，重庆市范围内426个GPS/水准点以及相邻省市的104个GPS/水准点，重庆市范围内的 1∶1万CGCS 2000地形数据DEM成果、重庆市范围外的1∶5万CGCS 2000地形数据DEM成果。利用这些资料，应用多种拟合模型，确定了重庆市高精度、高分辨率的似大地水准面模型，其等值线图见图5。似大地水准面模型精度采用空点法进行检核，在都市区内空点精度达到 ±1.6 cm，都市区外空点精度达到 ±1.9 cm。

图5 似大地水准面等值线图

4 重庆市地方坐标系改造

在重庆市38个区县各自都使用自己的坐标体系，建立方法不统一，等级精度不一致，给全市的统一应用带来困难。因此，必须对重庆市地方坐标系进行改造，建立统一、科学的坐标系。

重庆位于东经105°17'～110°11'、北纬 28°10'～32°13'，东西长约 500 km，市域面积8.24万km2，高差起伏较大，因此不宜采用单一的坐标系统，应分别在重庆的中西部和东部建立独立坐标系(见图6)，来对全市两个区域的坐标系统进行统一。独立坐标系的建立采用具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系。

图6 新建地方坐标系覆盖范围图

在重庆中西部已建立有重庆市独立坐标系，该坐标系基于克拉索夫斯基椭球，设置3个投影带，采用同一个高程投影面。该坐标系符合相关规定要求，因此，该区域直接采用该独立坐标系，不再建立新的独立坐标系。

在重庆东部新建立重庆市东部独立坐标系，将渝东北、渝东南的17个区县统一到重庆市东部独立坐标系。该独立坐标系基于CGCS 2000椭球，采用椭球膨胀法，投影方式为高斯－克吕格，设置3个投影带，带宽各不相等，每个区县的行政区域均处于同一个投影带。由于该区域高差起伏较大，故采用两个高程投影面。

建立的重庆地方坐标系统，分别与国家平面坐标系统建立了联系，选用三维七参数坐标转换模型确定了2000国家大地坐标系与重庆市独立坐标系、重庆市东部独立坐标系之间坐标转换关系。同时，为充分利用原已有的成果，在布设重庆市C级GPS网时，联测了各区县原坐标系的控制点，实现了原有区县坐标系与新建立的独立坐标系的相互转换。

5 结语

近几年，由于测绘新技术的广泛应用，区域经济的发展对测绘的迫切需求，一些地区和城市以GPS技术建立了地方区域性现代测绘基准体系。在区域性现代测绘基准体系的建设进程中，由于地区差异和经济发展的不平衡，出现了东部经济发达地区的省份和城市较中西部地区的进展快，城市比省(市)精度高等现象。重庆作为西部地区，经济较为落后，其现代测绘基准体系建设于2007年才启动建设，目前已建成，形成了适合重庆实际情况的CQCORS、高精度GPS控制网、精密水准网、高精度高分辨率区域似大地水准面成果，建立了覆盖全重庆市的统一、动态、连续的现代测绘基准，从而满足我市的经济和社会发展的需要。

［1］GB/T 18314－2009.全球定位系统(GPS)测量规范［S］.

［2］GB/T 12897－2006.国家一、二等水准测量规范［S］.

［3］CH/T 2008－2005.全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范［S］.

［4］GB/T 23709－2009.区域似大地水准面精化基本技术规定［S］.

［5］党亚民，成英燕，薛树强.大地坐标系统及其应用［M］.北京:测绘出版社，2010，110 ～127.

［6］吕志平，乔书波.大地测量学基础［M］.北京:测绘出版社，2010:37～88.

［7］施一民.现代大地控制测量［M］.北京:测绘出版社，2008:257～279.

［8］董鸿闻，李国智，陈士银等.地理空间定位基准及其应用［M］.北京:测绘出版社，2004.