面向服务的城市现代测绘基准体系建设

张云青，王琰开，冉慧敏

（1.常州市测绘院，江苏常州 213003； 2.常州市地理信息智能技术中心，江苏常州 213003）

面向服务的城市现代测绘基准体系建设

张云青1，2∗，王琰开1，2，冉慧敏1，2

（1.常州市测绘院，江苏常州 213003； 2.常州市地理信息智能技术中心，江苏常州 213003）

介绍了现代测绘基准体系的重要性，分析了其建设的作用和意义。以常州市为例，在分析原有测绘基准局限性的基础上，着重介绍了现代测绘基准体系的建设情况，包括基础设施的改造升级、基准成果的管理以及基准成果的应用与共享。

现代测绘基准体系；CZCORS；数字高程基准；基准数据库；综合服务平台

∗ 收稿日期:2016—02—27

作者简介:张云青（1968—），女，注册测绘师，正高职高级工程师，主要从事测绘技术与质量管理。

基金项目：住房城乡建设部2015年科学技术项目计划-软科学研究项目（2015-R2-051）

1 概 述

测绘基准体系是国民经济、社会发展和信息化建设的重要基础［1］。传统测绘基准历经半个世纪的发展，为国民经济、国防和社会的可持续发展提供了及时、适用、可靠的测绘保障［2］。然而，随着测绘地理信息技术的不断发展，原有测绘基准体系提供的成果精度低，现势性差，服务能力不足，相比时代发展步伐已明显滞后。因此，为了满足经济社会发展和信息化建设对测绘基准的要求，我国各省市和地区如武汉市、宁波市、重庆市等［3～6］均已建成了包括高精度平面控制网、精密水准网、城市CORS系统和区域似大地水准面精化模型在内的现代测绘基准体系，其具有三维、高精度、动态、地心、实用等特点［7］。

然而各城市所建立的现代测绘基准体系重点在于基础设施的建设，本文在其基础上进行了扩充和提升，增加了基准管理、基准智能应用和共享的内容。以常州市为例，首先进行基础设施的建设，包括对原有平面与高程控制网及CZCORS系统的改造升级、数字高程基准的建设；其次是测绘基准成果的管理，包括基准数据库和基准管理系统的建设；最后是测绘基准成果的应用和共享，包括基准应用系统和综合服务平台的建设。

2 常州市原有测绘基准

常州市原有测绘基准体系在常州市的规划、建设、国土、地质、水利、勘探等领域发挥了重要的作用。然而，随着经济建设和测绘科技的不断发展，其缺陷和不足日显突出，主要包括以下几方面:①覆盖范围有限，无法实现市域的全覆盖；②常州市区与下辖金坛市、溧阳市的测绘基准体系不统一；③已有控制点破坏严重；④平面和高程成果分离，不便于使用；⑤低等级的水准测量制约生产力和生产效率的提高；⑥CZCORS的时间和空间可用性不足；⑦基准成果管理不规范，应用不智能；⑧缺少基准成果的共享平台和共享机制。

为解决上述问题，本文构建了新一代的测绘基准体系，从而有助于提升常州市的测绘服务水平，为信息化测绘奠定基础。

3 常州市现代测绘基准体系建设

常州市现代测绘基准体系建设本着兼顾传统、立足当下、面向未来的原则，充分利用原有资源，满足当前生产需要，着眼未来发展趋势。项目主要包括以下几部分的内容:①基础设施建设（原有平面控制网、高程控制网、常州市连续运行卫星定位系统（CZCORS）的改造升级、常州市域数字高程基准的建立）；②测绘基准成果管理（常州市现代测绘基准数据库及管理系统建设）；③测绘基准成果的应用和共享（测绘基准应用系统和综合服务平台（www.czcors.com）建设）。

3.1 基础设施建设

3.1.1 平面控制网改造升级

平面控制网由框架网和全面网组成。框架网由江苏省连续运行卫星定位系统（JSCORS）中的若干参考站和常州市连续运行卫星定位服务系统（CZCORS）中的全部参考站组成，全面网由JSCORS和CZCORS中的溧阳、社渚、金坛、宜兴、东坝、白马6个参考站和50 个C级点组成。

基线解算选取了9个全球IGS基准站作为起算点，与框架网进行了联合基线处理，基线向量重复性统计图表1所示；三维无约束平差显示基线分量的改正数均在±3 cm以内，说明基线解算和整网的内符合精度较高；三维约束平差结果显示点位精度平面优于5 mm，高程优于 1 cm。

基线向量重复性统计表 表1

通过控制网的布设、观测、基线解算和网平差，得到了覆盖常州市域的平面控制网的CGCS 2000坐标成果，从而完成了对原有平面控制网的改造升级，首次在常州市域建立了2000国家大地坐标系。

3.1.2 高程控制网改造升级

针对高程控制网的改造升级和今后高程基准的维持，新建了3座基岩标，分别位于市测绘院（CZ01）、圩塘中学（CZ02）和南夏墅初级中学（CZ03）。

新布设的精密水准网共包含水准点331个，控制面积 4 383 km2，线路总长 1 428 km。为了提高二等水准测量的精度，在数据处理中考虑了如下5项改正:往返测标尺长度改正、水准标尺温度改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、往返测固体潮改正，并且提出了一种新的固体潮改正的算法。水准网平差结果显示水准路线共形成75个闭合环，最大环闭合差±11.1 mm（限差为±35.2 mm），最小环闭合差0（限差为 ±13.5 mm），精度统计如表2所示。

闭合环精度统计表 表2

通过精密水准网的布设、观测和数据处理，得到了覆盖常州市域的高程控制网的1985国家高程基准成果，从而完成了对原有高程控制网的改造升级，首次在常州市域建立了1985国家高程基准。

3.1.3 CZCORS改造升级

（1）新建参考站

在原有CZCORS的基础上新建5个参考站以解决某些区域内获得固定解较慢或无法获得固定解的问题，新建成的CZCORS包含9个参考站，如图1所示，可以有效覆盖常州全市域。

图1　CZCORS参考站分布图

（2）系统升级

充分利用原有CZCORS的基础设施进行了软硬件设备的系统升级，建立了兼容北斗的三星系统。新建成的系统既可以采用三星定位，同时也支持单北斗定位，用户在使用过程中可根据自身需要进行卫星系统的选择和切换（如图2所示）。即使在GPS不可用的情况下，系统依然可以保证各项生产任务的顺利实施。

图2　卫星系统选择和切换界面

对新建成的三星系统进行的性能测试显示系统功能和连续自动运行能力较强，时间可用性、空间可用性和定位服务时效性都得到了明显的提高，但系统的定位精度与传统的双星系统相当，并没有得到明显的提高。

3.1.4 数字高程基准的建立

数字高程基准即似大地水准面数值模型。常州市域似大地水准面精化采用了48个GPS水准数据，计算平均空间重力异常时采用了 1 623个点重力数据，计算格网布格改正、地形改正和均衡改正时在陆地部分采用了SRTM的空间飞行任务数据库7.5″×7.5″的DTM资料。

采用陆地2′´2′格网空间重力异常作为输入数据，以EIGEN05C作为参考重力场模型。似大地水准面的计算采用了第二类Helmert凝集法，考虑了地球曲率影响的严密球面积分公式。计算地形的直接和间接影响的积分半径均采用 300 km。

48个GPS水准点与重力似大地水准面的差值最大、最小值分别为0.024 m、-0.019 m，标准差为±0.010 m。利用球冠谐调和分析方法将重力似大地水准面与GPS水准进行拟合得到的2′´2′的似大地水准面数值模型与GPS水准比较的标准差为±0.007 m，最大值和最小值分别为 0.018 m、-0.020 m。

利用高精度、高分辨率的似大地水准面数值模型可以将GNSS定位获得的大地高快速准确地转换为正常高，从而改变传统的高程测量作业模式，取代低等级水准测量，真正实现GNSS技术在几何和物理意义上的三维定位功能。

3.2 测绘基准成果的管理

3.2.1 测绘基准数据库

建立测绘基准数据库的目的是实现对常州市历史基准数据的全生命周期管理，便于今后的调用和查询。数据库建设遵循数据和应用分离的基本原则，所有数据资源集中管理、集中维护、分布使用。空间数据、非空间数据分开存储，空间数据和非空间数据之间通过相关特征进行关联和体现，实现数据间的动态互访。数据库中的数据包括测绘基准数据、元数据和业务数据。

3.2.2 基准管理系统

基准管理系统采用C/S架构，基于AutoCAD 2010平台，采用Oracle数据库直连方式进行数据的调取与入库，便于基准管理人员进行各项常规管理操作（如图3所示）。管理系统具有的功能模块主要包括:

图3　CAD基准管理系统

（1）图面展点:将基准数据库中的数据展绘到CAD图中；

（2）数据质检:对将要入库的基准数据进行质检，确保数据的正确性；

（3）监理入库:将新增的基准数据及点之记等图片数据入库；

（4）属性查询:查询基准数据的属性信息，如点名、点号、类型等；

（5）条件查询:根据用户自定义的条件查询数据库中的数据。

3.3 测绘基准成果的应用和共享

3.3.1 基准应用系统

基准应用系统基于Android平台研发，便于外业测绘人员通过手机等移动端设备使用（如图4所示），应用系统具有的功能模块主要包括:

（1）图层选择:用户可以选择地形图、影像图、专题地图等图层；（2）用户定位:用户可以实时确定自己当前的位置；（3）基准点查询:用户可以根据距离查询离自己最近的平面和高程控制点；

（4）路径分析:用户选择了控制点，系统会选择最优路径，并通过导航的方式指引用户前往。

图4　移动端基准应用系统

3.3.2 综合服务平台

为了方便各类用户快速、便捷地使用建设成果，实现测绘基准的“一站式”服务，建立了测绘基准综合服务平台［8］（如图5所示），通过互联网向公众发布。

图5　综合服务平台

平台提供的常规功能包括用户资费查询、观测条件与参考站信息动态更新、新闻公告与业务下载等；平台提供的核心功能主要包括以下几方面:

（1）数据下载

系统可供下载的数据包括全球IGS基准站数据（观测文件、广播星历、精密星历）和CZCORS参考站数据（观测数据、星历数据）。

（2）数据后处理服务

用户需提供GPS接收机类型、天线类型、天线高等必要信息，并上传观测数据，系统数据处理完毕后将结果反馈给用户。

（3）软件定制

系统提供的可定制软件主要包括三类:①平面基准转换软件；②高程系统转换软件；③测绘信息管理与应用软件。

4 结 论

常州市高精度平面与高程控制网、三星CORS系统和数字高程基准构成了常州市现代测绘基准体系的基础设施，基准数据库的搭建和管理系统的建设完成实现了对测绘基准成果的管理，基准应用系统和综合服务平台的建设完成实现了基准成果的共享和发布。常州市现代测绘基准体系的建成有助于加快推进测绘智慧化进程，提升测绘地理信息的生产力和服务水平，提高测绘地理信息在促进常州市现代化建设中的能力和作用，也必将取得巨大的经济和社会效益。

［1］张全德，张燕平.测绘基准体系建设的探讨［J］.测绘通报，2005（4）：1～4.

［2］陈俊勇.面向数字中国建设中国的现代测绘基准［J］.测绘通报，2001（3）：1～3.

［3］肖建华，王厚之，李江卫等.武汉市现代测绘基准体系建设［J］.城市勘测，2007（6）：11～14.

［4］曹学礼、张旭东、金颂伟等.宁波市现代测绘基准体系的构建［J］.城市勘测，2008（2）：6～9.

［5］杨本廷，谢征海.浅谈重庆市现代测绘基准体系建设［J］.城市勘测，2013（3）：70～73.

［6］马祥，李华平.芜湖市现代测绘基准体系的建立［J］.城市勘测，2013（4）：83～86.

［7］陈俊勇，党亚民，张鹏.建设我国现代化测绘基准体系的思考［J］.测绘通报，2009（7）：1～5.

［8］许超钤，姚宜斌，张豹等.现代测绘基准综合管理服务系统的研究与构建［J］.测绘地理信息，2014（6）：62～65.

The construction of Service-Oriented Fundamental System for Modern Surveying and Mapping for City

Zhang Yunqing1，2，Wang Yankai1，2，Ran Huimin1，2
（1.Changzhou Surveying and Mapping Institute，Changzhou 213003，China；
2.Changzhou City Geographic Information Technology Center，Changzhou 213003，China）

This paper introduced the importance of fundamental system for modern surveying and mapping，then analyzed the function and significance of the construction.Taking Changzhou city as an example，this paper mainly introduced the construction of fundamental system for modern surveying and mapping on the basis of the analysis of the original fundament，including the reform and upgrade of the infrastructure，the management offundamental achievements，as well as the application and sharing.

fundamentalsystem for modern surveying and mapping；CZCORS；digital elevation fundament；fundamental data base；integrated service platform

1672-8262（2016）02-15-04中图分类号：P223

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