姚任平，廖文兵

(1.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢430079;2.國(guó)家測(cè)繪局大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心，陜西西安710054)

基于MapInfo軟件的GPS控制網(wǎng)點(diǎn)位設(shè)計(jì)

姚任平1，2，廖文兵2

(1.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢430079;2.國(guó)家測(cè)繪局大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心，陜西西安710054)

控制測(cè)量點(diǎn)位設(shè)計(jì)一般基于我國(guó)1∶50 000地形圖或更大比例尺地形圖，而這些地形圖資料一方面因年代久遠(yuǎn)，地形、地貌變化較大等原因給外業(yè)選點(diǎn)、埋石帶來(lái)交通上的不便;另一方面因這些地形圖資料為國(guó)家基本地形資料，屬機(jī)密資料，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。介紹基于MapInfo軟件的城市道路交通圖上控制網(wǎng)點(diǎn)位設(shè)計(jì)的方法和步驟，利用該方法可以避免以上兩大缺陷。通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證該方法可以應(yīng)用于城市控制網(wǎng)的布設(shè)，并取得了良好的效果。

控制測(cè)量;MapInfo軟件;道路交通圖;城市控制網(wǎng);點(diǎn)位設(shè)計(jì)

一、前 言

城市控制測(cè)量點(diǎn)位設(shè)計(jì)一般基于我國(guó)1∶50 000地形圖或更大比例尺地形圖［1］。而這些地形圖資料一方面因年代久遠(yuǎn)，地形、地貌變化較大等原因給外業(yè)選點(diǎn)、埋石帶來(lái)交通上的不便;另一方面由于這些地形圖資料為國(guó)家基本地形資料，屬機(jī)密資料，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。本文介紹的基于MapInfo軟件的城市道路交通圖上的控制網(wǎng)點(diǎn)位設(shè)計(jì)方法可以避免以上兩大缺陷，且在點(diǎn)位設(shè)計(jì)完成后，即可直接得到設(shè)計(jì)點(diǎn)位于WGS-84坐標(biāo)系下的點(diǎn)位坐標(biāo)。通過(guò)導(dǎo)航型手持接收機(jī)的導(dǎo)航功能，即可完成新布設(shè)點(diǎn)位的選點(diǎn)、埋石工作。

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)要求，各級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)位應(yīng)均勻分布，相鄰點(diǎn)間距離最大不宜超過(guò)該網(wǎng)平均點(diǎn)間距的2倍。本文在分析各種誤差的基礎(chǔ)上，說(shuō)明了基于道路交通圖上的點(diǎn)位選埋具有很強(qiáng)的操作性，不會(huì)降低選埋點(diǎn)間距的可靠性。

二、MapInfo Professional控制網(wǎng)點(diǎn)位圖制作

1.MapInfo Professional介紹

MapInfo Professional是桌面地理信息系統(tǒng)軟件，其可視化地理分析功能可在數(shù)據(jù)庫(kù)中不同數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)，并在同一環(huán)境下顯示。MapInfo Professional以表的形式組織所有屬性信息和圖形信息，每一個(gè)表可理解為一層，可以對(duì)表進(jìn)行查詢、瀏覽、維護(hù)等操作;可以進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和編輯、數(shù)據(jù)投影轉(zhuǎn)換、圖形操作、顯示、生成專題圖、數(shù)據(jù)查詢、代碼匹配、空間分析、制圖與輸出等基本GIS功能操作［2］;可以識(shí)別gif、jpg、bmp、pcx等柵格圖像，并在打開柵格圖像后，會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)以原主文件名為名，后綴為*.tab的MapInfo柵格圖層［3］。

2.展點(diǎn)圖制作流程

利用MapInfo Professional制作展點(diǎn)圖的流程如圖1所示。整個(gè)技術(shù)流程主要包括以下幾個(gè)部分。

圖1 控制網(wǎng)制作流程圖

(1)規(guī)劃展點(diǎn)圖

在創(chuàng)建展點(diǎn)圖前，先確定所要制作展點(diǎn)圖的底圖、組成元素、展點(diǎn)圖上要顯示的數(shù)據(jù)(即變量)以及它們之間的組織關(guān)系。根據(jù)目的選擇適當(dāng)?shù)脑?，確定展點(diǎn)圖要顯示的變量值的范圍、等級(jí)符號(hào)、點(diǎn)密度、要顯示變量的個(gè)數(shù)及顯示的邏輯關(guān)系。

(2)底圖的配賦

將柵格圖像矢量化，創(chuàng)建要素表需要進(jìn)行底圖配賦。輸入3個(gè)以上控制點(diǎn)，MapInfo將為每個(gè)控制點(diǎn)顯示一個(gè)誤差計(jì)算。根據(jù)誤差大小調(diào)節(jié)控制點(diǎn)的位置直到道路交通圖不扭曲、不變形為止。

(3)主題元素的創(chuàng)建

在矢量化的城市道路交通圖上創(chuàng)建離散的控制點(diǎn)，包括已有控制點(diǎn)的展點(diǎn)和新點(diǎn)位的設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)點(diǎn)位坐標(biāo)的提取。

(4)控制網(wǎng)圖的修飾

數(shù)據(jù)處理完成后，需在圖上加注記和圖例。在創(chuàng)建展點(diǎn)圖時(shí)，MapInfo會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建圖例，并解釋圖中顏色、符號(hào)、大小的含義，還可進(jìn)行圖順序、增加標(biāo)題、設(shè)定字體等的改動(dòng)，最后進(jìn)行展點(diǎn)圖的整飾、添加圖廓和圖名，使其成為一幅完整的展點(diǎn)圖。

3.道路交通圖的配賦

GPS控制網(wǎng)點(diǎn)位的布設(shè)應(yīng)根據(jù)其布設(shè)目的、精度要求、衛(wèi)星狀況、接收機(jī)類型和數(shù)據(jù)、測(cè)區(qū)已有的資料、測(cè)區(qū)地形和交通狀況以及作業(yè)效率等因素綜合考慮，按照優(yōu)化設(shè)計(jì)原則進(jìn)行［1］。點(diǎn)位主要考慮觀測(cè)環(huán)境、交通、密集度及控制范圍。而在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，觀測(cè)環(huán)境是未知量，在實(shí)地勘察前，兼顧密集度及控制范圍的情況下首要考慮交通是否便利。因此，一般在室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，點(diǎn)位都分布在國(guó)道、省道、縣道、鄉(xiāng)道及新農(nóng)村建設(shè)的村道附近。城市道路交通旅游地圖能反映道路交通線路，而這些圖一般在互聯(lián)網(wǎng)上均可下載，而把柵格圖像矢量化，創(chuàng)建要素表就需要進(jìn)行底圖配賦。

底圖配賦前，需要在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)選取3個(gè)以上控制點(diǎn)，對(duì)照控制點(diǎn)的點(diǎn)之記，要求控制點(diǎn)在道路交通圖上具有明確的地物目標(biāo)，如村莊、道路、旅游景點(diǎn)等。且控制點(diǎn)應(yīng)盡量位于測(cè)區(qū)范圍周邊，使其能充分控制整個(gè)測(cè)區(qū)。

輸入3個(gè)以上控制點(diǎn)，MapInfo將為每個(gè)控制點(diǎn)顯示一個(gè)誤差計(jì)算。根據(jù)誤差大小調(diào)節(jié)控制點(diǎn)的位置。MapInfo Professional自從5.0版本之后，在Windows XP上安裝的版本均不能顯示誤差參數(shù)，需要下載MapInfo Professional配準(zhǔn)補(bǔ)丁。覆蓋安裝目錄下的文件后，即可顯示誤差參數(shù)，以像素計(jì)，根據(jù)參數(shù)大小，調(diào)節(jié)配準(zhǔn)點(diǎn)位置。配準(zhǔn)后的道路交通圖要求不扭曲、不變形。

三、外業(yè)選埋

道路交通圖在通過(guò)已有WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的控制點(diǎn)配賦后，MapInfo Professional中的坐標(biāo)系統(tǒng)即為WGS-84坐標(biāo)系。這樣在道路交通圖上以刺點(diǎn)方法設(shè)計(jì)的新點(diǎn)位即具有WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)。將提取的新設(shè)計(jì)的點(diǎn)位坐標(biāo)及點(diǎn)號(hào)導(dǎo)入具有導(dǎo)航功能的手持GPS接收機(jī)內(nèi)，并配合打印出的控制網(wǎng)圖就可以到設(shè)計(jì)實(shí)地進(jìn)行點(diǎn)位的選擇和點(diǎn)位的埋設(shè)。

四、選埋精度

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)要求，各級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)位應(yīng)均勻分布，相鄰點(diǎn)間距離最大不宜超過(guò)該網(wǎng)平均點(diǎn)間距的2倍。各等級(jí)城市控制網(wǎng)點(diǎn)間距如表1所示。

表1 各等級(jí)控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)間距

根據(jù)表1中點(diǎn)間距參數(shù)，計(jì)算出在實(shí)地選點(diǎn)過(guò)程選埋點(diǎn)位與設(shè)計(jì)點(diǎn)位距離一般不應(yīng)超過(guò)1.5 km。

從道路交通圖的配準(zhǔn)到實(shí)際點(diǎn)位選埋過(guò)程中誤差主要有3方面的來(lái)源:配準(zhǔn)點(diǎn)概略坐標(biāo)誤差、道路交通圖配準(zhǔn)誤差和選埋定位誤差。

1.配準(zhǔn)點(diǎn)概略坐標(biāo)誤差

配準(zhǔn)點(diǎn)一般選取測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的國(guó)家GPS點(diǎn)或三角點(diǎn)。GPS點(diǎn)概略坐標(biāo)一般由手持GPS在外業(yè)選埋過(guò)程中直接得到，而國(guó)家三角點(diǎn)在利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，采用七參數(shù)法變換比較準(zhǔn)確，誤差在±(0.2″～0.7″)之間［5］。利用子午圈曲率半徑可以粗略地估算出子午線弧長(zhǎng)偏差約20 m。子午圈曲率半徑計(jì)算公式為

式中，e為地球橢球第一偏心率;M為子午圈曲率半徑，單位為m;B為三角點(diǎn)的大地緯度，單位為弧度; a為地球橢球長(zhǎng)半軸，單位為m。

子午圈曲率半徑與大地緯度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

由子午弧長(zhǎng)偏差計(jì)算公式dx=MdB可計(jì)算當(dāng)M取最大為6 383 561 m，且 dB取0.7″時(shí)，dx為2 1.7 m。

表2 子午圈曲率半徑與大地緯度對(duì)應(yīng)表［4］

2.道路交通圖配準(zhǔn)誤差

輸入3個(gè)以上控制點(diǎn)后，MapInfo將為每個(gè)控制點(diǎn)顯示一個(gè)誤差計(jì)算。如圖2所示。

圖2 圖像配準(zhǔn)誤差統(tǒng)計(jì)

圖像配準(zhǔn)誤差要盡可能小，零誤差值表示控制點(diǎn)放置正確。大于零的誤差值表示控制點(diǎn)放置不正確。數(shù)值誤差代碼指示控制點(diǎn)的距離(以象素計(jì))，該距離為點(diǎn)在MapInfo中的匹配位置與真實(shí)位置的偏差。配準(zhǔn)誤差屬于設(shè)計(jì)網(wǎng)外部誤差，不影響點(diǎn)位設(shè)計(jì)基線長(zhǎng)度。在選埋過(guò)程中，可以通過(guò)實(shí)際的不匹配性來(lái)重新調(diào)整道路交通圖。

3.選埋定位誤差

目前市場(chǎng)上手持接收機(jī)均采用單點(diǎn)動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位，其誤差包括衛(wèi)星星歷誤差和手持接收機(jī)誤差。而單點(diǎn)定位動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位的精度為±(10～40)m［5］。高端手持機(jī)定位誤差為米級(jí)，一般手持接收機(jī)定位誤差為10 m到幾十米左右。

以上說(shuō)明，從道路交通圖上的點(diǎn)位設(shè)計(jì)到實(shí)際選埋過(guò)程中的誤差均在幾十米范圍內(nèi)，相比規(guī)范要求的1.5 km而言，誤差非常小，留給外業(yè)選點(diǎn)人員的選擇空間較大，一般均能滿足設(shè)計(jì)要求。

五、案 例

西安市第二次土地調(diào)查基礎(chǔ)控制網(wǎng)是西安市基礎(chǔ)測(cè)繪“十一五”規(guī)劃的重要組成部分，測(cè)區(qū)范圍位于東經(jīng)107°49'～109°40'，北緯33°39'～34°45'，地處黃河流域中部的關(guān)中平原。

榆林市城市坐標(biāo)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目范圍位于東經(jīng)109°30'～109°48'，北緯38°05'～38°22'，地貌以風(fēng)沙草灘區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)為主。

寧德市高精度三維控制網(wǎng)的建立及似大地水準(zhǔn)面精化項(xiàng)目范圍位于東經(jīng)119°10'～120°44'，北緯26°30'～27°42'。地形以丘陵山地兼沿海小平原相結(jié)合為特點(diǎn)。

以上3個(gè)GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)均基于MapInfo平臺(tái)的道路交通圖上，室內(nèi)設(shè)計(jì)點(diǎn)間距參數(shù)和實(shí)際選埋點(diǎn)間距參數(shù)如表3所示。

表3 3個(gè)控制網(wǎng)設(shè)計(jì)點(diǎn)間距與實(shí)際點(diǎn)間距對(duì)照表

六、結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了基于MapInfo軟件平臺(tái)的道路交通圖上的GPS控制網(wǎng)點(diǎn)位設(shè)計(jì)方法和步驟，并通過(guò)3個(gè)實(shí)例說(shuō)明該方法可以應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)，并取得了良好的效果。與傳統(tǒng)的1∶50 000地形圖及更大比例尺地形圖上的點(diǎn)位設(shè)計(jì)方法相比，具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

1)設(shè)計(jì)完成的點(diǎn)位能在同一平臺(tái)上顯示，并可以丈量其設(shè)計(jì)間距。操作簡(jiǎn)單、方便、直觀。點(diǎn)號(hào)按照經(jīng)緯度關(guān)系能按照從小到大的方式正確編號(hào)。能滿足一般工程作業(yè)人員進(jìn)行點(diǎn)位的設(shè)計(jì)、變動(dòng)。

2)套用的道路交通圖可以從互聯(lián)網(wǎng)上直接下載最新用圖，給選點(diǎn)、埋石工作提供準(zhǔn)確的道路交通信息，省時(shí)、省力。

3)點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖具有公開性，較原有的地形圖更具有適用性。在外業(yè)生產(chǎn)中不會(huì)因?yàn)榈匦螆D的丟失而造成重大安全隱患。

4)通過(guò)在MapInfo軟件平臺(tái)上新設(shè)計(jì)的點(diǎn)位可以直接具有WGS-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過(guò)導(dǎo)航型手持接收機(jī)可以達(dá)到距離設(shè)計(jì)點(diǎn)位幾十米范圍內(nèi)。無(wú)需結(jié)合地形圖判別地物、地貌，降低了對(duì)作業(yè)人員的要求。

但在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)因?yàn)榈缆方煌▓D配賦的不準(zhǔn)確性，導(dǎo)致道路交通圖的扭曲，從而造成交通路線的不準(zhǔn)確，這就需要通過(guò)工地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在，并重新配賦道路交通圖，直到交通圖盡量與實(shí)際最接近為止。

［1］ 國(guó)家測(cè)繪局.CB/T 18314—2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范［S］.北京:測(cè)繪出版社，2009.

［2］ 鄧躍明，翟婭娟，劉治枝.基于MapInfo的專題地圖制作［J］.測(cè)繪通報(bào)，2001(7):17-18.

［3］ 費(fèi)立凡，顏輝武，馬晨燕，等.MapInfo基礎(chǔ)教程［M］.北京:測(cè)繪出版社，2005:52.

［4］ 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2001:70.

［5］ 楊玉華，郭圣權(quán).WGS-84坐標(biāo)與BJ-54坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2004(14): 165-167.

［6］ 徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及方法［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003:57.

［7］ 國(guó)家測(cè)繪局大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心.西安市第二次土地調(diào)查基礎(chǔ)控制網(wǎng)技術(shù)報(bào)告(外業(yè)部分)［R］.西安:國(guó)家測(cè)繪局大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心，2008.

Point Position Design of GPS Control Network Based on the MapInfo Professional Software

YAO Renping，LIAO Wenbing

0494-0911(2011)06-0015-03

P228.4

B

2011-01-27

姚任平(1970—)，男，陜西蒲城人，高級(jí)工程師，主要從事大地測(cè)量和信息化測(cè)繪研究工作。