GPS(CORS)和地理信息工作站在上海市基础测绘中的应用

庄玉洋

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130012)

基础测绘工作在国家基础性建设或其它发展领域实际应用过程中，需要根据国家统一制定的测绘标准进行测制，最终在国民经济社会发展中被广泛使用。由于我国人们对基础测绘工作了解非常有限，造成了大家普遍认为基础测绘就是传统的地形或地图测绘。实际上地图测绘只是基础测绘内容的一小部分。真正的基础测绘是通过各种测绘仪器或测绘手段对空间地理数据和地理要素进行分类、分组、编辑和绘制。主要工作内容是对模拟性资料的测制及数据性信息的调查和维护，并建立数学模型，让资料以数字化，信息化的形式呈现出来。所以，基础测绘工作的发展和创新对于我们城市化建设、政府的宏观调控和预期性的规划发展都具有重要意义。

目前，随着我国GPS(CORS)定位技术的普及和地理信息工作站的应用，它们在城市基础型建设中的作用越来越大，已成为城市空间地理信息应用的发展热点。这两者既必不可少，又密不可分，已经成为我们国民经济和社会发展中必不可少的一项工作。

1 上海市基础测绘的意义

为了配合上海市城乡规划体系实施、国土资源管理和新农村建设，做好上海市基础测绘的保障工作，根据《上海市人民政府关于进一步加强本市测绘工作的实施意见》的文件精神，上海市测绘院决定定期开展数字地形图成图区域内基础地理信息数据更新工作，不断提高地形图现势性和信息性，以满足政府和公众对基础地理信息数据日益增长的需求。

首先，对上海市1∶500、1∶1000数字地形图采用野外数据采集、内业数据编绘等手段进行修实测。修实测完成后将通过地理信息工作站进行对象属性和权属等信息的录入和维护。工作内容主要包括房屋及附属设施、交通及附属设施、科教文卫及公共设施、水系、植被等。最终为建立上海市立体空间地理信息数据库和地理信息数据平台提供数据依据。

2 GPS(SHCORS)的应用

2.1 平面控制

平面控制的坐标系统采用上海市独立平面直角坐标系统。由上海市测绘院布设的VRS(SHCORS)网络系统控制点作为测区的起算数据。测量原则上以一个独立工程项目为单位并建立JOB(任务)数据文件。建立JOB(任务)数据文件后，首先设定投影和转换，目前仅采用点校正法。将网上下载的Standard2008.dc数据模块复制到本工程数据文件中，并选择“测量”-“点校正”菜单项中提供的虚拟控制点为基站参考点，其目的是为了获取WGS84空间坐标转换到上海城市坐标的转换参数。

正确设置天线高、数据单位、尺度因子、IP地址端口、网络差分服务用户名密码等参数。其中，经、纬度取位设置到0.00001”，平面坐标和高程取位设置到1mm，RTK平面收敛阈值应<2cm、垂直收敛阈值应<3cm；流动站的卫星截止高度角设置不低于10°。SHCORS系统参数见表1。

表1 (SHCORS)系统参数

根据规范要求RTK测量PDOP值应≤6，并且持续显示固定解，方可用于生产作业。平面控制测量(测图导线起算点、地形测站点)应采用架设三角架方式进行流动站测量，并应在流动站持续显示固定解后开始观测，每点观测应独立初始化二次，每次采集二组观测数据，每组数据采集的时间不少于10→15s，4组数据的平面点位较差<2cm时可取其中任一组数据或平均值(建议平均值)。RTK平面控制测量在同一测区布点不得少于3→4点，便于平面控制点的检查和校正。对所测的成果应有10%左右的重复抽样检查。技术要求见表2。

表2 (RTK)平面控制点检核测量技术要求

注：1.相对困难地区相邻点间边长相对较差应<2cm；2.d为相邻点间距离。

2.2 高程控制

2.3 平面碎部测量

RTK平面碎部测量可采用带圆气泡的对中杆架设流动站天线进行测量，数据采集时圆气泡应稳定居中。然后进行流动站观测，观测显示持续固定解后开始测定，每组数据采集的观测时间不少于10s，连续观测采集20组数据后，需重新进行网络初始化，并进行数据重合差验证，重合差检测精度为小于相应等级精度要求的2倍。否则应查明原因，剔除超限点，重新测量。具体技术要求见表3。

表3 (RTK)高程测量技术要求

3 地形测量精度要求

由于上海市数字地形图的原始数据经过多年的矢量化及数字化形式获得，所以测区内整体数据数学精度不统一。虽然在实际生产过程中修实测的精度已有了显著的提高，但是，针对不同地物和不同的修测方法也做了不同的精度要求(图上精度)要求标准如下：

(1)利用布设图根控制修、实测的地物：主要地物≤±0.05mm，次要地物≤±0.15mm。

(2)利用原有地形地物进行自由设站法修测的地物：主要地物≤±0.75mm，次要地物≤±1.0mm。

(3)利用丈量法修测的与邻近老地物的较差为：主要地物≤±1.0mm，次要地物≤±1.4mm。

(4)地面高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差在稳固坚实地面不得大于±5.0cm，其它地面不得大于±10.0cm。

(5)接边限差为上述限差的1.5倍。接边差小于限差时可平均配赋，限差超过的应到实地进行检查纠正。

从上述精度的各项指标来看，网络GPS(SHCORS)的数学单点定位精度无论作为图根级平面控制还是作为高程控制，都已经完全的满足了基础测绘中的精度要求。从作业方式上减轻了导线测量、水准测量、架设GPS基站等繁重的外业工作强度，不但节省了人力、物力和财力，而且在生产过程中也为用户提供了更方便的技术服务。

图1 (MDO)数据拼接

4 地理信息工作站数据形式

4.1 MDO数据拼接

上海市基础测绘任务生产一律采用(上海版)地理信息工作站平台作业，作业前首先要进行数据拼接。区域内有经过上一年验收合格后的MDO数据，由地理信息工作平台进行作业区块的数据调入，每个作业区块由多个标准的1∶1000或1∶500图幅组成，按照单幅图幅从数据库中提取数据。操作过程：菜单项“数据转换-MDO数据调入”然后可在目录中批量选取需要拼接的图幅，将整个作业区划分成若干个作业区块进行作业。数据拼接如图1所示。

在数据调入的过程中可根据测区情况进行随性化拼接，拼接过程中将自动化执行数据的属性合并和统一，便于数据的整体管理，信息化的统计和入库。拼接好的图块数据都具有独立的空间地理属性信息。

4.2 地理要素的对象信息构成

地理信息工作站的地理要素对象信息主要由以下几部分组成：

(1)要素编码信息(Featurecode):实体对象的分类标识代码，即地形要素编码。

(2)图形特征信息(Graphics):描述实体对象的地理空间位置与基本几何形状的信息(骨架线)，如点状地物的空间位置与方向；线状或面状地物的空间位置及基本几何形状(点位置间的连接关系)。

(3)属性信息(Attribute):描述该实体对象自身的信息特征以及社会应用等相关的质量化、数量化、状态化的描述性信息。如房屋的结构、层数、权属、年代等数据信息。

(4)符号化信息(Symbolizing):基于骨架线的地理要素动态符号化时所需的特征参数信息，如转折点、间断点、关键点等与空间点位相关的标识信息，调整面状数据效果的参数等。

(5)数据标识信息(FeatureGUID):实体对象在数据空间中的唯一性标识信息，数据标识一旦生成，在数据生命周期内保持不变。

(6)时态信息(Temporal):实体对象的生成、入库、更新等时间信息。

(7)工程信息(Project):一般指以工程编号为代理的有关数据来源信息，如生产者、检查者、施测方法、仪器设备等。

通过以上信息项的记录和生成，使地理要素对象信息的构建框架更完整更详细更全面。

表4 居民地和垣栅对象信息分层表

4.3 地理空间数据对象信息分层

地理信息工作站对地理空间数据的对象信息进行了详细的分层，具体数据分层共分九大类，每类作为一个层组存储，每个层组按对象类型和用途划分为83个图层。以“居民地和垣栅”为例见表4。该平台对数据对象信息的“测量控制点”“居民地和垣栅”“工矿建筑及其他设施”“交通及附属设施”“境界与政区”“地貌”“植被与土质”等地类都进行了详细的分层，在实际应用的过程中可以根据数据对象的分层进行批量的筛选、编辑、归类和附字段属性等来执行批量的修改和提取。

4.4 地理信息数据库

为了获得更丰富，更全面的对象属性信息，地理信息工作站对地理信息数据进行了详细的类别划分，以居民区为例：建筑物的结构、用途、属主、层高、名称、街址等信息都设定了窗口录入模式，可进行详细的属性和特性归类，并创建建筑物功能储存表。见表5～8。

通过上述表格，体现了地理信息工作站强大的地理信息储备功能。数据对象的分层、分类，使地理数据包括：建筑物的门牌街址、建筑高度、用户名称、权属信息、属主名称、结构材料、使用用途等信息一目了然。同时，可以根据数据的特性、属性或字符检索等方式进行数据的过滤和导航，在城市空间地理信息大数据搜索和提取的过程中更加便捷，高效。

4.5 空间地理数据框架

为了确保合理利用基础测绘的空间地理信息数据，更好的进行数据转换和优化管理，因此，对基础测绘的空间地理数据进行了数据框架维护。城市空间地理框架数据以基础地理信息数据库和其它相关数据为基础，经提取、加工生成，包括行政区划面、街坊面、道路中心线和道路面、铁路中心线、河流水系中心线和河流面等。生成原则如下：

表5 建筑物属性储存表

表6 建筑物特性储存表

表7 建筑物测高储存表

表8 街址门牌数据储存表

(1)凡是道路都绘制道路中心线，道路中心线在交叉处设置节点断开，道路中心线的类型同道路边线的类型，道路中心线尽量绘制在道路的中间位置。

(2)凡是绘制道路中心线的都必须绘制道路面(乡村路、内部道路除外)，道路面类型同道路边线类型(也同道路中心线类型)，道路面与道路面在交叉处要单独表示，即路口面单独绘制，其类型同较宽一条道路的面。

(3)铁路中心线分类：普通铁路、高速铁路、电车轨道、轻轨、磁浮列车、轻便轨道等。

(4)水系中心线和水系面有名称的河流水系都必须绘制水系中心线，水系中心线必须保持贯通，遇桥不断开，在多条水系交叉处设置节点断开，水系中心线尽量绘制在河流的中间位置；所有河流都必须绘制水系面，水系面遇桥不断开，水系面保持主水系的贯通，次水系面断在主水系的边线处。

4.6 地理数据合法化检查

在基础测绘外业数据采集，内业数据梳理等工作完成以后，需通过地理信息工作站进行地理数据的合法化检查和数据的质检平台检查。其中包括编码合法性检查、层合法性检查、重叠地物检查、空间逻辑检查、自交叉、面交叉检查等。此项操作为批量或自定义执行，执行后会自动生成检查记录索引。可以根据记录索引符号代码的属性和特性通过过滤和导航功能进行数据修改，最终完成地理信息数据的合法化过程检查。如图2所示。

图2 地理信息数据合法化检查

上述过程体现了地理信息工作站多元化的信息储备功能和人性化的操作过程，为地理数据的要素成图、属性管理、信息管理等方面提供了便捷性。

5 地理信息数据平台的应用

基础测绘的数据基本形式是依附于庞大的信息支撑，通过地理信息工作站构建基础数据框架及空间地理数据平台。不但可以在城市规划、水利建设、土地管理等领域内被广泛的使用，而且在互联网、云计算等技术的助推下，包括城市洪涝整治、水资源评估、灾害预防、土地管理、生态环境改善等领域中也得到了充分的发挥和利用，为各领域的优化发展提供数据依据。存在形式上可以实现数据信息的定量，定位，既可以体现在数字上，又能够借助图像、模型等展示其多元性和兼容性。在信息技术的辅助下，通过地理信息工作站的工作空间将“航空数码摄影”获得的影像数据加载到相应的空间地理数据内。如图3所示。

同时也可依靠激光雷达、低空摄影、卫星遥感等手段，对空间地理信息情况进行高精度的监控及测量，实现地理信息的动态化管理。通过地理信息工作站的信息储备功能和GPS、RS等技术的融合，使基础地理信息及各类动态数据及时、高效、精准的为城市洪涝、灾害预警、水资源调配、生态整治等政府应急性措施提供数据依据和保障。

6 结语

通过上述的论述分析，充分的证明了GPS(CORS)和地理信息工作站在城市基础测绘和城市地理信息发展中所发挥的重要性。随着基础测绘技术的快速发展，对空间地理数据形式也提出了更高的要求，探究空间地理信息与社会科技发展的关联变的越来越重要，未来发展的前景和意义愈发重大。现阶段，我们在数字城市、数字水利、数字农业等多方面已经有了显著的发展，但是未来的高精3D数据库、智慧城市、大数据、物联网、无人机等领域还有待技术突破，更多的测绘科技前沿技术还需要我们努力的去探索，研究，为政府和社会科技的快速进步发展做出更大的贡献。