太原GPS空间基准网优化及应用开发

刘胜山西省测绘产品质量监督检检站

太原GPS空间基准网优化及应用开发

刘胜
山西省测绘产品质量监督检检站

为了做好太原市第二次土地调查工作，“2012太原独立坐标系”的优化和应用开发是太原市第二次城镇土地调查工作必须要解决的问题，本文在研究太原市城市控制基准网的而基础上，对太原市空间基准网的优化和管理系统做了深入地研究和探索，对太原市空间基准网的优化具有积极的指导意义。

空间基准网；第二次土地调查；优化；管理系统

一、概述

为了做好太原市第二次土地调查（2013年）工作，保障第二次土地调查工作的顺利进行，保证调查成果的可靠性和准确性，使调查成果符合第二次全国土地调查技术规程和第二次全国土地调查成果成图的检查验收标准的要求，“2012太原独立坐标系”的优化和应用开发是太原市第二次城镇土地调查工作必须要解决的问题。

由山西省工程测绘院建设完成的“2012太原独立坐标系”是国家测绘局进行GPSC级网测绘暨华北地区精化水准面项目的延伸，可以满足全省小比例尺1：5万——1：1万航测地形图的要求，在太原市东西宽130公里、南北长120公里范围内布设的131个GPSC级控制点，覆盖了包括阳曲县、古交市、娄烦县、清徐县在内全市行政区域范围，成果的投影面为1985国家高程基准面，城区长度变形为-12.6cm/Km，已经不符合第二次土地调查规定执行城市测量规范的要求,大大超出《城市测量规范》规定每公里长度变形值不大于2.5cm的规定，这种坐标系在第二次城镇土地现状调查中是不允许的，所有成果将不能通过国家检查验收的。

二、太原市城市控制基准网的概况

太原原有城市测量控制网是由原华北测量队于1954建立，后经1957年和1980年两次扩大，控制太原市东西宽20公里、南北长约50公里的范围。坐标系原点利用原狄村三角点，坐标定为X= 60000m，Y=20000m，同时在狄村观测天文方位角确定北方向，高程系统采用起始点与铁路上的水准点进行联测，建立了太原市大沽高程系，将高程起始面（大沽平均海水面上）作为测量的距离投影面，由此，建立了1954年太原市城市独立坐标系。该坐标系的长度投影差改正值-0.126m/Km，（设太原市城区的高程平均为800m）。

在92年初，太原市规划局和太原市勘察测绘研究院邀请该中心第4次扩建和重建太原市控制网。共布设了41个高精度的GPSC级控制点，平均边长为8Km，控制面积达1700平方公里。控制网平差后，最弱点的中误差为±2cm，最弱边的相对精度为1/50万，并由“全国城市GPS应用研究中心提供四种不同系统的坐标：

1、1954年北京坐标系，系统参数：中央子午线L0=111°00′,高程投影面H=0m。

2、高斯任意带城市独立坐标系（海平面成果），系统参数：中央子午线L0=112°30′,高程投影面H=0m。

3、高斯任意带城市独立坐标系（城市平均高程面成果），系统参数：中央子午线L0=112°30′,高程投影面H=840m。

4、太原市地方独立坐标系（1954年太原市城市独立坐标系）。

1992年城区控制面积的扩大后，控制网覆盖范围包括了晋中市榆次区、太原市清徐县、阳曲县。

太原市还在1998年应用GPS对原控制网进行扩网，建立东山地区和西山地区、南郊区，并与1992年控制网并网。高等级GPS点达到100多个。近十几年来，太原市勘察测绘研究院以科技兴院，与时俱进，建设“数字太原”作了大量工作，完成了建成区1：500地形图数字化图8000余幅，面积约400平方公里，1：2000上千幅，面积约900平方公里，1；5000地形图334幅，约1670平方公里。2005年用航测方法，完成城区土地现状调查，并制作4D产品。这些成果都将作为第二次太原市土地现状调查工作提供信息共享的测绘成果资源。

三优化方案的研讨

1、坐标优化的目的：

解决投影长度变形不大于2.5cm/Km的要求；满足城市各部门各系统要求与原有坐标系统一致，保证原图和资料继续使用，并逐渐在精化和更新中不断改进。

由优化后坐标所完成的成果成图资料，经计算机程序处理后，可达到信息共享，现有成果资料得到利用。特点特别是满足《第二次全国土地调查技术规程》对精度要求，达到第二次全国土地调查对成果、成图的精度和要求，不会因坐标控制点数据的差错而影响成果、成图。

经过优化的坐标系，满足应用GPSRTK作业，直接由WGS84空间坐标直接转换到优化2012太原独立坐标系和1980西安坐标系，提高太原市第二次土地调查技术含量和工作效率。

2、太原市国土局近年来委托山西省工程测绘院完成的控制点成果状况：

WGS84椭球、ITRF97框架、2000历元的太原市GPS空间直角坐标成果和太原市GPS大地坐标成果，共113个点；

1980西安坐标成果，中央子午线111°00′，H0=0（1985国家高程系），113个点；

太原市GPSC级点，2012太原市独立坐标成果，高程为1985国家高程系，113个点；

太原市GPSD级网，2012太原市独立坐标成果，共8个点。

从上述的成果及布网图可以看出，除1980西安坐标系的成果可用于西边地区的农村土地利用现状调查外，其他成果还无法使用，必须进行开发应用研究工作。

四建立2012太原市空间坐标管理系统研究内容

1、从54太原市城市独立坐标系提升到2012太原市独立坐标系中央子午线L0=112°34′01.46″,高程投影面H0=800m，减小边长投影变形-12.6cm/Km，达到全国第二次土地调查和城市测量规范的要求，在城镇调查区内，边长每公里投影变形小于2.5cm/Km的要求，采用什么方案，能做到精度高、控制面积大，简单易行。不但能单点转换而且可批量转换。

2、完成高斯投影带自身的换带计算和正反算，并对三种坐标L0=111°00′,H0=0m(x,y←→L,B)，L0=112°34′01.46″,H0=0m(x,y←→L,B)，L0=114°00′,H0=0m(x,y←→L,B)，结果进行验算，在这个基础上，完成与2006太原独立坐标系的换算。

3、完成由GPS测定WGS84的成果，WGS空间直角坐标，空间大地坐标与高斯投影西安坐标的换算；

4、完成1954年北京坐标系自带的换算计算和正反算，并与1980西安坐标系的换算；

5、用实测太原市的水准点，求太原市大沽高程系与1985国家高程系的换算关系，求GPS大地高与正常高的关系式；

6、建立用户查询系统，界面友好，输出成果有校核，正确。

五结论

1、完成太原市GPS空间基准网的优化和应用开发项目，可保证2012太原独立坐标系将得到广泛应用，首先用于第二次太原市土地现状调查工作，其坐标数据可满足第二次全国土地调查技术规程的要求。

2、太原市GPS空间基准网的优化和应用开发，解决了2012太原独立坐标系控制点少，太原市各部门所完成的测绘成果，达到等级精度的控制点、图纸资料经转换和检查后将得到有效利用。取得不可估量的经济效益和社会效益。

3、完成GPS空间基准网的优化和应用开发项目，为RTK先进的技术得到应用，快速准确的获得各种坐标系统的空间坐标，创造了良好的条件，同时发挥RTK与基准站的作用，大大提高第二次太原市土地调查工作的效率。

4、项目的完成在第二次太原市土地调查中首次启用2012太原独立坐标系，为建立精确测绘坐标成果，成图和土地现状调查档案，对推进太原市城市坐标的统一，向前迈进了一大步。

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作者：刘胜（1964-），男，山西太原人，高工，汉族，本科，研究方向：工程测量。