宜昌城区2000 国家大地基准建设

2022-07-04卢立

地理空间信息 2022年6期

卢立

（1. 宜昌市测绘大队，湖北宜昌 443000）

宜昌市按照统一规划、整体设计的原则，以宜昌周边的湖北CORS （HBCORS）和宜昌CORS （YCCORS）基准站为基础，施测高精度GNSS 平面控制网。结合YCCORS和宜昌市中心城区的似大地水准面精化模型，构建基于“CORS+似大地水准面”的宜昌现代测绘基准体系，为“数字宜昌”的建设奠定统一的空间定位基准[1-2]。

1 现状分析

宜昌城市规划建设使用的坐标基准是基于三角测量技术（于80年代建立），平面控制坐标系统采用111°中央子午线3°分带的高斯平面直角坐标系，平面控制归算到1954年北京坐标系，高程归算到1956年黄海高程系统，控制网内面积约165 km2，南部片区使用的坐标系统是基于GPS测量技术于90年代建立，坐标系椭球参数与80年代建设一致，控制网内面积约40 km2。

随着城乡规模化建设的快速发展，上述测绘基准已不适应城市的发展，主要体现为：

1）不同时期、不同项目中建立的控制网不统一，且无法维持。

2）原有控制网覆盖区域有限，控制区外变形大。

3）跨区域的测绘成果精度不一致，给大型项目实施及成果数据的融合增加了大量工作。

不同时期建立的控制网同为1954 年北京坐标系，但未进行联合平差，导致宜昌城区坐标基准被人为切割为两个部分，无法有效统一更新，且区域连接处接边误差大，给基础地理信息数据的管理和使用带来不便[3]。

2 实施方案

2.1 技术路线

按照统一规划、整体设计、兼顾历史成果资料的原则，采用高精度GNSS 定位技术，建立宜昌市基础控制网。具体技术路线如图1。

图1 流程图

2.2 联测方案

宜昌市GNSS 网布设方案包括两个部分：框架网和GNSS C级网。

构建框架网的目的在于通过框架点与全球IGS 跟踪站进行联测，将IGS 跟踪站的高精度坐标传递给整个GNSS C 级网，提高整网的精度。框架网布设利用已建成投入使用的HBCORS和YCCORS基准站。GNSS框架网由13 个均匀分布在宜昌城区周边的基准站组成，包括6个HBCORS基准站和7个YCCORS基准站。

GNSS C级网是市级基础控制网，网的边长最短为907 m，最长为50.8 km，平均19.3 km，总点数65 个。GNSS C 级网与国家GPS B 级网和框架网联测。GNSS C级网布点如图2所示。

图2 宜昌市2000国家大地基准建设布点示意图

2.3 数据处理

顾及到起算坐标的精度和长短基线的处理策略，将本项目的数据处理分成框架网和C级网分别进行处理，框架中通过IGS 站引入高精度的起算坐标，而C级网处理引入框架的结果作为起算坐标。处理完成后，将框架网和C级网进行整体平差处理，获得最终的坐标。数据处理流程如图3所示。

图3 数据处理流程

1）基线处理。通过整理获得的数据，顾及起算坐标精度与长短基线的处理策略，将数据处理分为框架网和C 级网分别进行处理。框架网中引入IGS 站高精度的起算坐标，C 级网中通过引入框架的结果作为起算坐标。数据处理采用GAMIT软件，利用IGS发布的事后精密轨道和钟差等产品确定对应框架和历元下精确的基线结果，如表1所示。

表1 基线向量重复性统计表

2）三维约束平差。三维约束平差采用GLOBK将全面网的所有独立基线向量及其经调整后的协方差阵作为观测量，平差时为消除星历和网的传递误差引起的整网在尺度和方向上的系统性偏差，对全面网加入一个尺度和3 个转换参数。平差之后对结果精度进行分析，对整体网的精度进行检验和评估[4]，点位坐标精度统计如表2所示。

表2 点位精度中误差统计/m

3）二维网平差。为使CORS基准站和C级控制点保持相同参考框架，获得统一基准下的GNSS 点坐标，将CORS 基准站和C 级控制点联合解算基线同时平差。平差时强约束特定的CORS 站作为框架点，利用不同坐标系下CORS 站的精确坐标即可求得对应坐标系下C级点坐标。

4）已知点兼容性检查。为保证成果的精度，一般需对所联测二维控制点成果的兼容性进行检核，控制点成果的兼容性检核采用了剔点法和加点法2种方法[5]。

3 转换关系的确立

不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的转换方法有很多，可以通过空间变换的方法予以实现，也可以通过平面变换的方法予以实现。对于空间变换方法，最常用的有布尔莎模型，又称为七参数转换法[6]。此次对于不同高斯投影平面坐标转换，因范围较小，可考虑采用平面四参数转换模型，它属于两维坐标转换，对于三维坐标，需将坐标通过高斯投影变换得到平面坐标再计算转换参数。转换内符合精度通过转换后坐标与控制点坐标的残差反映[7]。

式中，x0，y0为平移参数；α为旋转参数；m为尺度参数；x2，y2为2000国家大地坐标系下的平面直角坐标系；x1，y1为原坐标系下平面直角坐标，坐标单位为m。

由于宜昌市规划部门现行坐标基准为20 世纪80年代、90 年代分别建立的1954 年北京坐标系，且未进行整体联合平差，存在一定系统误差。具体转换关系转换残差如表3、4所示。

表3 转换内符合残差表

表4 转换外符合残差表

4 数据转换软件

为了实现已有数据资料的基准统一，项目开发了一套坐标转换软件。该软件具备实用、安全、保密、可靠、高效、便捷等特点，同时也需具备扩展性。

矢量数据坐标转换是指将数据中的坐标信息进行转换，而不改变其相关属性。栅格数据是以规则的像元阵列来表示空间地物的数据结构，阵列中的每个数据表示地物的属性特征。一般点是由一个像素来表示，线由相邻的多个像素来表示，面则由连续的一片像素来表示。这种数据一般可以认为“属性明显，位置隐含”。带有地理信息的栅格数据一般是以阵列中某一位置为起点，然后通过其分辨率和像素点在阵列中的位置计算出此点的位置。栅格数据坐标转换是将每一个像素点的坐标转换到目的坐标下。以遥感图像TIF文件为例，一般的TIF文件包括2个文件：图像文件（.tif）和坐标定位文件（.tfw）。转换时，将分别按照下述流程进行转换，如图4、5所示。