千寻知寸在工程测量中的应用

孔润生

（陕西启祥勘测科技有限公司 陕西西安 710016）

1 引言

千寻位置网络有限公司由中国兵器工业集团和阿里巴巴集团合资成立，以“互联网+位置”为理念，通过全国北斗地基增强一张网的整合建设，基于卫星定位、云计算和大数据技术，构建高精度位置服务云平台，可提供亚米级的千寻跬步、厘米级的千寻知寸、静态毫米级的千寻见微等高精度定位服务，为北斗导航加入了全新的互联网基因，有效助推了卫星导航产业的发展。千寻位置按照统一规划、统一标准、共建共享的原则，构建全国北斗地基增强一张网，实现部门间、地区间、用户间的资源统筹和数据共享，在交通、国土、测绘、物流、农业等行业得到了广泛应用。目前，该系统已建设完成全国1800个卫星导航参考站，全部使用国产设备且核心技术、芯片、算法全部自主可控，同时支持北斗、GPS和GLONASS。用户通过互联网即可全天候不间断地获取数据支持，服务冗余技术保证了差分数据的稳定性，是全球最大的地基增强系统。

千寻位置建立了统一的时空基准，可实现跨地域无缝衔接，把高精度定位变成触手可及、随需而用、低门槛的公共服务，成为智能社会的重要时空基础设施。亚米级的千寻跬步已覆盖全国，实时厘米级的千寻知寸和静态毫米级的千寻见微已覆盖江苏、安徽、湖南、湖北等25个经济发达省市和全国主要公路干道、河道及二级以上城市。千寻位置地基增强参考站呈网格化分布，提供广域厘米级定位服务，相比于精度随距离增加而递减的单基站模式更加稳定可靠，具有全覆盖、高可靠、快响应、低成本、易推广的特点。本文详细介绍千寻知寸的技术参数，重点阐述千寻知寸在工程测量中的使用方法，通过应用实例检测了千寻知寸的测量精度。

2 实时厘米级的千寻知寸

千寻知寸基于网络RTK的差分定位原理，依托遍布全国的卫星定位地基增强站，融合各类定位技术，以互联网方式提供7×24小时高可用差分播发，面向全国31个省市范围的各类终端和应用系统，提供实时厘米级精度的位置纠偏数据服务。千寻知寸在全国有1800个地基增强站、14万个VRS虚拟点，每隔5公里会切换基站，基站切换时RTK将重新初始化，由于基线较短，瞬时可达到固定解。在定位环境良好的情况下，水平精度为1-5cm，高程精度为水平精度的1-1.5倍。

2.1 千寻知寸技术参数

千寻知寸服务器域名为rtk.ntrip.qxwz.com，服务器地址为 60.205.8.49，提供 8001、8002、8003 三个端口，采用Ntrip Client1.0差分服务协议，以RTCM3.2、RTCM3.0电文格式播发差分数据，其中三星设备（BDS+GPS+GLONASS）使用RTCM32_GGB源节点（RTCM3.2格式），双星设备（GPS+GLONASS）使用RTCM30_GG源节点（RTCM3.0格式），并支持位置数据（GGA）上传，相关参数见表1[1]。

表1 千寻知寸技术参数

千寻知寸基于一秒一播、三星双频的差分数据，对于RTCM3.2电文格式，网络流量为0.7kb/s。

2.2 千寻知寸坐标检测

千寻知寸提供了三个RTK端口，每个端口对应不同的坐标系统，其中8001端口对应ITRF2008坐标系（2016.0历元）、8002端口对应WGS84坐标系（G1762版本）、8003端口对应 CGCS2000坐标系（ITRF97框架2000.0历元）。为了检测千寻知寸各坐标系统的实际精度，在陕西省某测区选择了三个已知点，其中A-B、A-C、B-C的边长分别为15.9km、29.0km、41.5km。采用千寻知寸对三个端口的数据进行了实地采集，与已知2000国家大地坐标、大地高比较，检测结果见表2。

表2 千寻知寸坐标检测结果

根据表2的检测结果，千寻知寸三个端口的大地高基本一致，平面坐标因框架、历元的不同，存在一定差异，坐标误差平均值分别为0.529m、0.178m、0.043m，其中8003端口与2000国家大地坐标基本一致。

3 千寻知寸的应用方法

千寻知寸提供实时厘米级的定位服务，能够快速、方便、精确地得到坐标和高程成果，满足现代测绘工程的需求，广泛应用于工程测量中的地理信息采集、定桩放样等。因工程项目常采用独立的参心坐标系，需要计算GNSS与工程坐标的转换参数。

3.1 参数转换方法

在应用GNSS空间定位技术进行测量时，往往需要进行不同基准间的转换，如空间定位技术所采用的全球基准与地面网所采用的局部基准间的转换。进行基准转换的算法很多，较为常用的有布尔沙-沃尔夫和莫洛金斯基模型，其中前者更适合于全球或较大范围的基准转换。布尔沙-沃尔夫模型简称布尔沙模型，又称七参数转换或七参数赫尔墨特变换[2]，计算模型如下：

式中：［XAYAZA］为局部基准的空间直角坐标；

［XBYBZB］为统一基准的空间直角坐标；

［TXTYTZ］为不同基准的平移参数；

ωX、ωY、ωZ为不同基准的旋转参数（欧拉角）；

m为不同基准的尺度参数。

3.2 转换精度评定及外部检核

（1）参数转换精度，依据计算转换参数的重合点的转换残差中误差进行评定[3]，转换残差中误差的计算公式如下：

式中：v为重合点转换残差；

n为参数转换的重合点个数。

（2）设立外部检核点，是验证参数转换精度的有效方法[4]，外部检核中误差的计算公式如下：

式中：Δ为外部检核结果与已知成果的差值；

N为外部检核点的个数。

参数转换精度应通过重合点转换残差和外部检核点误差进行全面衡量，当外部检核中误差与转换残差中误差数值接近时，可认为是参数转换的实际精度[5]。

3.3 工程测量应用

为满足投影长度变形值不大于2.5cm/km的要求[6]，工程项目多采用独立的参心坐标系统，部分工程使用了CORS技术。因工程项目采用的基准与千寻知寸的统一时空基准不一致，应按七参数转换方法进行基准转换。

（1）无转换参数工程项目

对无转换参数工程项目，使用千寻知寸联测3个以上的控制点，点位须均匀分布覆盖整个测区，当测区面积较大时应增加联测点。按七参数转换方法求取转换参数，将千寻知寸的测量结果转换为工程成果。

（2）静态三维自由网平差项目

对静态三维自由网平差项目，因控制点地心坐标成果不唯一，需使用千寻知寸联测3个以上的连接点，按七参数转换方法将三维自由网平差结果转换至千寻知寸的统一时空基准。根据基准转换后的控制点地心坐标，按七参数转换方法求取转换参数，将千寻知寸的测量结果转换为工程成果。

（3）静态三维约束平差项目

对静态三维约束平差项目，因控制点地心坐标的基准多为CGCS2000，与千寻知寸8003端口的基准一致，不同地域存在少许差异，可使用点校验法修正转换参数的平移量。根据修正后的转换参数，将千寻知寸的测量结果转换为工程成果。

4 应用实例

陕西省某城市坐标系是基于1980西安坐标系建立的独立参心坐标系统，投影面为平均高程面，基础控制网为GNSS C级网；高程采用1985国家高程基准，成果等级为四等水准。为确保该测区工程测量工作的顺利实施，使用千寻知寸FindCM联测了5个均匀分布的GNSS C级点，控制面积约106km2。按七参数转换方法求取转换参数，转换残差见表3。

对表3的转换残差分析可知，该测区千寻知寸参数转换坐标残差平均值为0.015m、中误差为0.006m，高程残差平均值为0.020m、中误差为0.012m，七参数转换结果与基础控制网符合良好，转换误差符合规范要求。

表3 某测区千寻知寸七参数转换残差统计

5 结论

本文结合千寻知寸高精度定位服务在工程测量中的实际应用，通过对陕西省某测区工程测量的应用实例进行分析，主要结论如下：

（1）千寻知寸是由千寻位置提供的实时厘米级定位服务，具有全覆盖、高可靠、快响应、低成本、易推广的特点，经应用实例验证，千寻知寸的转换误差符合规范要求，满足工程测量的使用需求。

（2）布尔沙-沃尔夫模型是精度较高的基准转换模型，七参数转换方法能够保持GNSS测量成果的高精度。

（3）GNSS定位精度和可靠性受多路径、障碍物、卫星几何位置和大气条件等外界因素的影响，在使用千寻知寸的过程中，应选择无明显电磁干扰和多路径影响的环境，避免建筑物遮挡、墙边阳台等复杂地带，并加强外部检核。