潜江市现代测绘基准体系建设

黄涛，孙伟，娄坤，柯亨松

(1.潜江市勘测设计研究院，湖北 潜江 433199； 2.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

1 引 言

“数字潜江地理空间框架”于2008年随“数字潜江”项目建设完成，覆盖范围仅有 320 km2，距现今已有十年，随着潜江市城市建设发展及城市规划管理区不断扩大，当时布设的基础控制点大多数都被破坏，很多区域已经无法满足潜江市重大工程及城市发展规划建设的测绘保障需要。此外，根据国家对新一代大地坐标系——2000国家大地坐标系(CGCS2000)在全国范围的逐步推广与使用的规定及要求，各省、市地区都需要在建设和管理等工作中尽快启用CGCS2000坐标系，并且完成现有地理信息成果数据向CGCS2000的转换。按国家相关要求，必须在2018年7月之前完成此项工作。

目前，潜江市所使用的地理信息成果均属于1980西安坐标系，要实现向CGCS2000坐标系的转换，就需要建立现有坐标系与CGCS2000坐标系之间的转换关系，其前提是在市域均匀分布的、具有较高精度的、兼容性较好的上述两套坐标系成果的公共点。因此，建设覆盖潜江全市域、科学统一、与国家现代化测绘基准保持一致的基准站网、三维控制网以及高精度水准网、区域似大地水准面精化等工作是潜江市测绘基准现代化的首要任务。

2 潜江市测绘基准体系现代化建设

潜江市测绘基准体系现代化建设，综合利用了包含卫星定位技术、地球重力场在内的多种大地测量技术手段，将潜江市原有的参心、静态、小范围的测绘基准体系，改建为具有高精度、全市域、动态、三维地心、与2000国家大地坐标系(CGCS2000)相一致的测绘基准框架。现将其各组成部分建设情况分述如下：

2.1 QJCORS系统

潜江市连续运行卫星定位服务系统(QJCORS)由基准站子系统、网络通信子系统和数据中心子系统组成，在原有单基站系统的基础上扩建、升级完成。根据相关规定和技术设计，主要完成了一系列建设工作：基准站选址测试、观测墩土建施工、防雷工程、观测室布置及布线、通信线路建设及网络测试、基准站设备安装调试、数据中心软件平台集成、系统外业测试等。

在保留潜江城区原单基站的基础上，在潜江市境内另新建4个基准站，均匀布设，构建了由5个基准站组成的、独立运行的基准站子系统，相邻平均站间距 24.1 km，图1为其中2个新建基准站观测墩的现场图，图2为基准站防雷接地施工图。网络通信方面，分别采用中国移动PTN(2M)专网、GPRS VPN(2M)作为基准站与数据中心有线传输和软件平台数据发播的通信方式，确保QJCORS数据通信信道的安全性、稳定性和可扩展性。

图1基准站观测墩现场图图2基准站防雷接地施工图

根据技术设计，潜江市现代测绘基准体系整体建设完成后(包括QJCORS系统建设、建立不同坐标系之间的转换关系、区域似大地水准面精化等工作)，组织实施了利用QJCORS进行网络RTK测量的各项系统测试。定位精度测试中，在全市域范围内采用网络RTK方式采集测试了13点，用以全面反映QJCORS系统与城市坐标系统的兼容程度和不同区域分布对系统定位结果可能的影响，测试结果如表1所示。在空间可用性测试中，采用车跑并记录网络RTK测试结果方式进行，在距离潜江市边界20余公里的沙洋、江陵等地区仍可以轻松获取固定解。多项测试结果表明，QJCORS系统可以向用户提供实时、厘米级的定位服务，可以有效覆盖潜江全市域及周边地区。

QJCORS网络RTK定位精度测试情况 表1

2.2 潜江市高精度GNSS控制网

潜江市高精度GNSS控制网由两级共67点组成、测设：框架网由5个QJCORS基准站点构成，基本网由62个C级GNSS点组成。基本网按潜江市规划管理区 5 km～7 km、城乡村落等地 8 km～10 km进行相邻点间距布设。下载对应的事后SP3精密星历后，对框架网和基本网分别进行了基线解算处理(GAMIT V10.40)、网平差处理(CosaGPS V5.21)。

(1)CGCS2000坐标系下的数据处理

框架网数据处理时，联测了位于我国境内的7个IGS国际跟踪站(武汉站、北京站、上海站、拉萨站等)，加入了潜江市周边的2个其他城市CORS站进行计算检核。数据处理后，框架网共有91条重复基线，基本网450条。解算了框架网14个同步时段，基线解nrms最小值0.178、最大值0.191、平均值0.185，计算了基本网30个同步时段，nrms最小值0.178、最大值0.215、平均值0.199。框架网、基本网基线向量重复性检验统计情况如表2所示。

高精度GNSS控制网基线向量重复性统计表 表2

框架网三维约束平差取IGS跟踪站武汉站、北京站、上海站等3点CGCS2000下的坐标进行约束。框架网平均边长为 41.9 km，最弱边相对精度 0.05 ppm，边长 19.0 km。框架网水平方向精度取平均 ±0.001 3 m，大地高方向 ±0.003 4 m。最弱点水平精度 ±0.001 3 m，大地高精度 ±0.003 6 m。检核点与原有成果在X、Y、Z三个方向上的较差均小于 ±5 mm。

基本网三维约束平差以均匀分布在全市域的5个框架网点为起算。基本网平均边长 13.6 km，平均相对精度 0.08 ppm。最弱边相对精度 1.99 ppm，边长为 0.65 km。边长相对中误差区间分布统计如表3所示。基本网水平方向精度取平均 ±0.000 9 m，大地高方向 ±0.002 8 m。最弱点水平精度 ±0.002 5 m，大地高精度 ±0.008 2 m，平差后点位精度统计情况如表4、表5所示。

基本网三维约束边长相对中误差区间分布统计 表3

基本网三维约束点位精度统计 表4

基本网三维约束点位精度区间分布统计 表5

(2)1980西安坐标系下的网平差

潜江市现用存档和当前生产的测绘地理信息成果数据均采用1980西安坐标系成果。因此，GNSS网的二维平差工作在1980西安坐标系下开展，其目的是以潜江市原有的高等级城市控制点为约束基准，将1980西安坐标系下的坐标成果传递至全网，达到覆盖全市域的高精度平面控制目的。为保证GNSS网与潜江市原坐标基准相融合，共联测了国家等级三角点10个。网平差时，检验了所联测的国家三角控制点成果的兼容性，并进行了约束平差方案的优化比选，选取最佳的约束平差方案。

平差结果显示，最弱点精度为x方向 ±0.002 8 m，y方向 ±0.002 4 m，平面精度 ±0.003 7 m；最弱边边长相对精度 1/728 000(1.37 ppm)，平差精度统计如表6、表7所示。

二维约束平差点位精度区间分布统计 表6

二维约束平差点位精度统计 表7

2.3 潜江市二等水准网

潜江市二等水准网覆盖了整个市域，由81个水准点(联测了全部C级GNSS点)，34条水准路线组成，形成9个闭合环、13条附合路线，水准路线总长 628.1 km。数据处理基于1985国家高程基准，经过外业概算后，进行了严密间接网平差计算，精度统计如表8所示。

二等水准网平差精度统计 表8

2.4 区域似大地水准面精化

在潜江市区域似大地水准面精化融合计算中，61点GNSS/水准点成果、1 396个重力点成果数据参与计算。计算出的潜江市GNSS/水准似大地水准面与重力似大地水准面成果独立进行比较的精度是0.028 m，经定权融合计算得出的似大地水准面精化精度略有提高，精度0.024 m，为2′2′分辨率格网。在完成区域似大地水准面精化的基础上，同期研制了精化成果实时应用软件，配合QJCORS软件平台同时向用户提供实时的精化高程。上述2.1节中介绍的QJCORS定位精度测试中获取的高程值即是利用软件精化后的高程成果。

2.5 坐标转换参数的获取

一旦启用CGCS2000坐标系，为避免重复测绘，潜江市现存的海量的地理信息成果数据在相当长的一段时间周期内仍然需要使用，因此就必须将其转换至新测绘基准体系下。建立CGCS2000与现用1980西安坐标系在潜江市域内严密的相互联系和转换关系，是推广CGCS2000应用的前置条件。利用前述基准建设所取得的成果，精确计算求取了新老坐标系间的三维7参、二维4参等2套转换参数，研制了转换工具模块。从利用建成后的QJCORS进行实时网络RTK测试的成果精度来看，以上转换参数完全满足潜江全市域厘米级定位、成果数据转换的需求。

3 结 语

潜江市现代测绘基准体系建立了覆盖潜江全市域、统一的、与CGCS200相一致的高精度GNSS控制网、二等水准网、区域精化似大地水准面以及QJCORS系统等，其成果将为全市各项测绘工作提供精确的位置信息和定位服务，将全面提高地理信息数据采集的效率和测绘保障服务能力。同时，将为潜江市推广CGCS2000坐标系应用，改造潜江市现有平面坐标系统，建立和启用基于CGCS2000的潜江相对独立地方平面坐标系打下坚实的基础。

[1] 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.

[2] GB/T28584-2012. 城市坐标系统建设规范[S].

[3] 陈俊勇. 中国现代大地基准——中国大地坐标系统2000(CGCS2000)及其框架[J]. 测绘学报，2008，37(3)：269～271.

[4] 肖建华. 为城市发展构筑动态空间基准框架——武汉市连续运行卫星定位服务系统(WHCORS)建设[J]. 城市勘测，2005(6)：7～12.

[5] 李江卫，肖建华，高光星等. 武汉市连续运行卫星定位服务系统(WHCORS)测试与分析[J]. 城市勘测，2007(1)：9～12.

[6] 孙华，欧阳光辉，刘华等. 关于启动仙桃2000坐标系转换项目的探讨[J]. 城市勘测，2015(2)：86～90.

[7] 黎彬，黄校，李秀龙. 基于CGCS2000建立珠海市城市相对独立坐标系统的探讨[J]. 城市勘测，2014(1)： 17～20.