大型厂区GNSS 控制网复测与坐标转换

高源

（南京市测绘勘察研究院股份有限公司，南京210000）

1 引言

为满足经济社会发展的需要，2008 年7 月1 日，我国全面启用2000 国家大地坐标系（CGCS2000），各地方逐步建立了基于CGCS2000 的新地方坐标系，逐步停止使用1954 北京坐标系、1980 西安坐标系和其他地方坐标系。大型厂区工程建设周期长，需要对控制网定期复测，保证控制点成果的现势性和准确性，建立施工控制网与新地方坐标系的坐标转换关系[1]，从而满足工程建设规划报建、竣工验收的需要。

2 原地方坐标系下GNSS 控制网的复测

2.1 GNSS 控制网的概述

遵循“分级布设，逐级控制”的原则，扬子石化巴斯夫控制网分2 级布设，布设四等GNSS 控制网，意在控制整个扬巴建设厂区，一级GNSS 控制网是在四等GNSS 控制网的基础上发展而来，满足日常的工程建设和装置监测的工作[2]。控制网坐标系统为92 南京地方坐标系（原南京地方坐标系）。

2.2 GNSS 控制网复测的原则

扬子石化巴斯夫厂区规划建设周期长，跨度大，在经历了十多年的控制网和监测网复测后，已趋于稳定。但由于施工和车辆通行扰动，会造成点位的沉降与变位，为了保证后续建设和监测，需每年对控制网复测一次，对卫星定位控制点的稳定性进行分析，并及时更新最新成果。

扬子石化巴斯夫厂区各级控制网复测采用的起算点和控制网观测方案与原测量一致。复测采用的仪器设备、观测方法、观测精度、数据处理和成果精度宜与原测量一致，保证了复测与原测量精度的一致性。

2.3 GNSS 控制网复测的实施

由于扬子石化巴斯夫厂区生产装置、配套设备多及管廊密集，部分点位视场内障碍物的高度角大于15°，易造成卫星信号遮挡干扰。依据控制网观测方案，为了提高观测质量，选取标称精度5 mm+1ppm（即5 mm+1 mm/km）的Trimble 双频接收机；通过增加观测时长，增加平均重复设站率，增加数据可信度；控制网平差选取独立基线组成三角形构环，利用边连接的形式构网，检核条件多，保证了整网的精度质量。测量作业中大部分观测指标优于规范要求，控制网观测指标见表1[3]。

表1 外业观测实施技术指标表

2.4 GNSS 控制网复测的精度评定

经统计，GNSS 控制网复测中基线相对精度、重复基线较差、异步环闭合差等精度指标均远优于CJJ/T 73—2019《卫星定位城市测量技术规范》[4]中的限差要求，对上述指标的最差情况进行了统计，见表2。

表2 GNSS 控制网成果精度统计表

2.5 点位稳定性判断

2.5.1 复测成果判定原则

1）本期复测值与上期值互差绝对值＜m0（6.6 mm）时,测量误差影响；

2）本期复测值与上期值互差绝对值≥m0（6.6 mm）且≤2m0（13.2 mm）时，测量误差有影响，点位位移可能有影响；

3）本期复测值与上期值互差绝对值＞2m0（13.2 mm）时，点位存在位移。

当复测与原测量成果坐标较差的极限误差小于2m0时，应采用原测量成果；大于2m0时，利用全站仪进行边角关系检核，查明原因及时补测或修测，并应满足与相邻控制点的相对点位中误差要求[5]。

2.5.2 复测成果比较与分析

与上期成果相比，成果较差最小值为1 mm，最大值为18 mm。点位较差小于6.6 mm 的占61.1%，点位较差大于或等于6.6 mm 且小于13.2 mm 的占36.1%，大于13.2 mm 的占2.8%。通过对复测成果比较与分析，除极个别点位存在少量位移外，其余点位均相对稳定。

3 新地方坐标系下GNSS 控制网的建立

南京市地处国家标准投影带6 度带117°和3 度带120°的边缘，投影长度变形值超出国家规范允许值25 mm/km，因此，根据实际情况选择基于CGCS2000 的任意带（118°50′）投影的方式确立了2008 南京地方坐标系。南京于2018 年7 月1 日起全面启用2008 南京地方坐标系，建设工程规划报建、竣工验收的平面成果统一为2008 南京地方坐标系。

建立新地方坐标系下的二等GNSS 控制网：由于原四等及一级GNSS 控制网起算点没有2008 南京地方坐标系成果数据，合理利用城市现有CORS 资源作为起算点，布设二等GNSS 控制网，引测并计算出原扬子石化巴斯夫控制网起算点的二等成果，作为下一级控制网的起算数据。利用南京连续运行参考站（B 级）“城建档案”“六合八百”“六合竹镇”“浦口石桥”2008 南京地方坐标系成果作为起算点，原四等控制网起算点3564、GPS1、1901 作为待定点，进行同步观测。保证每个测段的同步观测仪器≥4 台，观测中同步有效卫星数≥4 颗，卫星高度角≥15°，PDOP＜6，观测时段长度≥90 min，重复设站率≥2.0，数据采样间隔为10 s。

建立新地方坐标系下的四等、一级GNSS 控制网，为了减少不同期次观测的测量误差与点位位移引起的误差，给后续坐标转换提供更加匹配的点位成果数据，新地方坐标系下的四等、一级GNSS 控制网使用本次复测的观测数据，挑选与原地方坐标系下平差相同的基线解算数据，保持平差网型一致，只改变椭球参数和起算点成果。

4 新地方坐标系、原地方坐标系、施工坐标系的关系

新地方坐标系：2008 南京地方坐标系。

原地方坐标系：92 南京地方坐标系；

施工坐标系：AB 坐标系（扬子石化建筑坐标系施工坐标系）；

施工坐标系与原地方坐标系的原有转换关系：AB 坐标系由扬子石化化工园区建设初期统一规划，建设方设计部门给出定义，为了方便扬子石化化工园区的施工建设，结合实际地形特点，选取坐标原点和AB 轴线，并在此基础上建立了AB坐标系与92 南京地方坐标系转换公式。

AB 坐标系（A,B）与92 南京地方坐标系（X,Y）的转换公式：

建立施工坐标系与新地方坐标系的转换关系：为了求得AB 坐标系与2008 南京地方坐标系的转换关系，可以利用原有转换关系将本次复测的92 坐标系成果转换为AB 坐标系成果，然后选择部分点位，建立AB 坐标系成果与2008 南京地方坐标系成果坐标转换关系，评定转换精度，利用剩余控制点进行转换验证。

5 新地方坐标系与施工坐标系间坐标转换关系建立及软件编制

5.1 转换模型选择

扬子石化巴斯夫厂区长度约6 km、宽度约2 km，区域较小，一般采用平面四参数模型。其定义如下：对于2 个不同的平面直角系，X′O′Y′和X″O″Y″，存在4 个转换参数，即2 个平移参数（X0，Y0）、1个旋转参数（α）和1 个尺度参数（m）。转换关系如下：

5.2 转换技术路线

AB 坐标系与2008 南京地方坐标系之间的转换利用科傻GPS（CosaGPS）进行四参数模型进行坐标转换，综合点位成果等级、位置、稳定性等情况综合选取，选取GPS1,1901、3764、0435、1909、0182 共计6 个点。选取点位包含起算点、四等点、一级点，点位分布均匀、合理，比较完整的覆盖整个测区，所选点位均基础稳固、受扰动小、多期复测成果稳定。

5.3 软件编制

根据业主坐标转换及时性与计算正确性的需求，为了保证坐标转换的便捷性和易操作性，将AB 坐标系与2008 南京地方坐标系坐转换关系利用Visual Basic 6.0 编辑形成《南京扬子巴斯夫厂区坐标转换系统》。软件可以实现单点转换及批量转换，操作界面及节选部分程序代码如图1 所示[6]。

图1 转换软件操作界面及部分程序代码图

5.4 质量评定与检验

坐标转换中误差为1.3 mm，最大残差点（0182）为2.5 mm；利用《南京扬子巴斯夫厂区坐标转换系统》，将本次复测的46 点点位成果全部进行坐标转换，将转换后所得成果与原坐标系下成果比较，最大较差点为3 mm，满足施工要求。

6 结语

本文以扬子石化巴斯夫厂区平面控制网为例，介绍了大型厂区工程原地方坐标系下控制网的复测、新地方坐标系下控制网的建立测量、新地方坐标系与施工坐标系间坐标转换关系建立及软件编制，将测绘成果在不同坐标系下进行相互转换，满足不同部门之间的用图要求，满足了工程建设的需求。本案例为大型工程控制网坐标系与CGCS2000 建立了联系，实现了资源共享，为减少重复测绘做出了一些有效的探索。