胡進(jìn)剛

(杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310012)

一、引 言

杭州市衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 HZCORS)是根據(jù)杭州市基礎(chǔ)測(cè)繪“十一五”規(guī)劃及杭州市城市發(fā)展的要求建立的，于2008年5月投入試運(yùn)行。它不僅可以向系統(tǒng)覆蓋內(nèi)的用戶提供高精度、連續(xù)的時(shí)間和空間基準(zhǔn)，并可向?qū)Ш?、?zāi)害預(yù)報(bào)、城市數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用方面提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)，是數(shù)字杭州地理空間框架的重要組成部分。

本文結(jié)合工程實(shí)踐，主要論述了CORS系統(tǒng)在1∶2000航測(cè)成圖中的各種應(yīng)用，結(jié)果表明，充分利用CORS系統(tǒng)精度高、效率高的特點(diǎn)，可在生產(chǎn)中節(jié)約人力、物力，提高工作效率，強(qiáng)有力地保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

二、HZCORS概述

HZCORS是利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，在杭州市及周邊地區(qū)按照一定網(wǎng)形分布所建立的、由17個(gè)(其中杭州市9個(gè)，周邊縣市8個(gè))連續(xù)運(yùn)行的固定GNSS基準(zhǔn)站所組成的綜合服務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用美國(guó)天寶公司的虛擬參考站技術(shù)，可接收GPS和GLONASS數(shù)據(jù)，并向用戶發(fā)布基于雙星系統(tǒng)的差分改正信息。系統(tǒng)各基準(zhǔn)站坐標(biāo)均采用CGCS2000大地坐標(biāo)，在基準(zhǔn)站的約束下，利用 HZCORS獲取的成果均為CGCS2000坐標(biāo)系成果。各基準(zhǔn)站分布情況如圖1所示。

經(jīng)測(cè)試，在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)，用戶采用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量，外符合精度可達(dá)到水平實(shí)時(shí)定位±3 cm，高程實(shí)時(shí)定位±5 cm;采用基于連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的靜態(tài)測(cè)量方式，精度可達(dá)毫米級(jí)。系統(tǒng)的建立可滿足城市規(guī)劃、地籍測(cè)繪、交通監(jiān)控、防災(zāi)減災(zāi)等多種現(xiàn)代信息化管理的需求。

圖1 參考站分布圖

為減少用戶利用HZCORS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量獲取的CGCS2000坐標(biāo)與各種坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換誤差，確保所有用戶轉(zhuǎn)換成果的統(tǒng)一，系統(tǒng)控制中心提供基于客戶端/服務(wù)器的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，將CGCS2000與1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、杭州坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)和似大地水準(zhǔn)面精化成果置于服務(wù)器端，用戶利用客戶端軟件訪問服務(wù)器，將網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量的CGCS2000坐標(biāo)成果通過客戶端上傳至服務(wù)器，服務(wù)器在接收到用戶上傳的成果后，自動(dòng)批量轉(zhuǎn)換為用戶需要的目標(biāo)坐標(biāo)系和水準(zhǔn)正常高，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)給用戶。利用該方法，避免了用戶測(cè)量時(shí)尋找已知點(diǎn)轉(zhuǎn)換，減少了控制點(diǎn)誤差積累造成的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差，確保所有用戶轉(zhuǎn)換成果的統(tǒng)一，提高了用戶的作業(yè)效率。

三、HZCORS在1∶2000航測(cè)中的應(yīng)用

筆者所在單位于2008年7月承擔(dān)杭州市1∶2000航測(cè)成圖III標(biāo)段地形測(cè)量任務(wù)。該測(cè)區(qū)位于蕭山區(qū)，以山區(qū)、村鎮(zhèn)為主，屬城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)域，面積約1000 km2。該項(xiàng)目面積大，實(shí)施工期緊;測(cè)區(qū)地形包含平地、丘陵、山地，較復(fù)雜;項(xiàng)目要求鋪裝路面寬度大于5m的公路、街道和內(nèi)部道路的高程注記點(diǎn)的高程中誤差不得大于±0．15m。結(jié)合項(xiàng)目技術(shù)要求，在實(shí)施過程中充分利用HZCORS進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量、地形圖修測(cè)、車載GPS測(cè)量等，取得了較好的效果。

1．網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量像控點(diǎn)

在1∶2000航測(cè)中，像控點(diǎn)精度要求為：平面控制點(diǎn)和平高控制點(diǎn)對(duì)最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不應(yīng)超過圖上±0．1 mm，即像控點(diǎn)對(duì)最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不超過±0．2m;高程控制點(diǎn)和平高控制點(diǎn)對(duì)最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的高程中誤差不應(yīng)超過基本等高距的1/10，即高程像片控制點(diǎn)對(duì)最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的高程中誤差平地不超過±0．1m、山地不超過 ±0．2 m。利用 HZCORS測(cè)量平面精度可到±3 cm，高程精度為±5 cm，滿足像控點(diǎn)測(cè)量對(duì)精度的要求。采用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量，所有的點(diǎn)均為平高點(diǎn)。

在測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站應(yīng)架設(shè)在開闊、干擾小的位置，所有點(diǎn)的觀測(cè)均應(yīng)在RTK固定解穩(wěn)定收斂后進(jìn)行，每個(gè)像控點(diǎn)需采集3次以上，每次采集15個(gè)歷元，3次較差取中數(shù)作為最終成果。當(dāng)像控點(diǎn)刺點(diǎn)位置GPS無法接收信號(hào)時(shí)，可在像控點(diǎn)附近測(cè)定GPS臨時(shí)點(diǎn)，再用全站儀、水準(zhǔn)儀采用引點(diǎn)法測(cè)定像控點(diǎn)三維坐標(biāo)。引點(diǎn)距離不得超過±500m，距離觀測(cè)一測(cè)回，水平角應(yīng)聯(lián)測(cè)二個(gè)已知方向，按方向法觀測(cè)二測(cè)回。

2．基于HZCORS基準(zhǔn)站的單點(diǎn)靜態(tài)觀測(cè)

在HZCORS覆蓋范圍內(nèi)，當(dāng)需要布設(shè)GPS C、D、E級(jí)控制網(wǎng)或在某些區(qū)域無法使用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量時(shí)，可采用基于連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的靜態(tài)GPS作業(yè)模式。作業(yè)時(shí)將GPS靜態(tài)機(jī)架設(shè)于未知點(diǎn)，根據(jù)精度要求采集一定時(shí)間的靜態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合基準(zhǔn)站接收機(jī)采集的同時(shí)段數(shù)據(jù)，組成靜態(tài)觀測(cè)網(wǎng)平差，即可求出未知點(diǎn)的坐標(biāo)。利用該方法僅需一臺(tái)儀器即可完成靜態(tài)作業(yè)。避免傳統(tǒng)靜態(tài)觀測(cè)中的重復(fù)觀測(cè)，測(cè)量精度高。

在測(cè)區(qū)南部的大片山區(qū)中，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較弱，使用移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)不能登錄系統(tǒng)，無法使用網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量。此時(shí)可采用基于HZCORS基準(zhǔn)站的單點(diǎn)靜態(tài)觀測(cè)法。作業(yè)時(shí)利用一臺(tái)Trimble5700以15 s采樣率采集靜態(tài)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間2 h，結(jié)合周邊蕭山基準(zhǔn)站、柯橋基準(zhǔn)站、諸暨基準(zhǔn)站和富陽(yáng)基準(zhǔn)站采集的同時(shí)段的數(shù)據(jù)，組成靜態(tài)觀測(cè)網(wǎng)，基線解算平差求解未知點(diǎn)的坐標(biāo)，然后以該點(diǎn)為控制點(diǎn)，架設(shè)基準(zhǔn)站，采用傳統(tǒng)的基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的方式作業(yè)，測(cè)量山上其余的像控點(diǎn)。

3．基于HZCORS的車載GPS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量

基于HZCORS的車載GPS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量是指測(cè)量時(shí)，通過磁鐵吸盤將GPS天線固定在汽車頂部，利用水準(zhǔn)儀準(zhǔn)確測(cè)量?jī)x器天線高，采用網(wǎng)絡(luò)RTK連續(xù)地形模式測(cè)量，設(shè)定自動(dòng)采集數(shù)據(jù)頻率為1 s，在獲取網(wǎng)絡(luò)RTK固定解后，汽車以50～70 km/h的速度行駛，則道路上大約每隔15～20m可采集一個(gè)三維坐標(biāo)。

本項(xiàng)目中，要求滿足一定條件的鋪裝路面高程注記點(diǎn)的高程中誤差不得大于 ±0．15 m，而在1∶2000航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)采集中無法達(dá)到該精度。因此，可采用基于HZCORS的車載GPS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量道路，獲取高程注記點(diǎn)。測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇衛(wèi)星數(shù)較多的時(shí)段，避開下午電離層活躍時(shí)段，減小衛(wèi)星失鎖概率，確保測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠。在測(cè)量時(shí)作業(yè)員注意觀察手簿，在汽車穿過天橋或其他原因引起的流動(dòng)站衛(wèi)星數(shù)少，導(dǎo)致流動(dòng)站出現(xiàn)浮點(diǎn)解時(shí)，及時(shí)提醒司機(jī)停車，待流動(dòng)站重新初始化，出現(xiàn)穩(wěn)定的固定解后，繼續(xù)行駛。由于連續(xù)地形模式為單歷元測(cè)量，需對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行篩檢，確保成果質(zhì)量可靠。將結(jié)果導(dǎo)出為包含緯度、經(jīng)度、大地高、垂直收斂精度等信息文件，并按垂直收斂精度排序，保留所有垂直收斂精度小于0．07m(約高程中誤差限差0．15m的1/2)的點(diǎn)。最后利用系統(tǒng)控制中心提供的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為杭州坐標(biāo)和水準(zhǔn)正常高。

將結(jié)果展點(diǎn)到MicroStation中，選取部分區(qū)域顯示如圖2所示。

圖2 道路測(cè)量結(jié)果

四、結(jié)束語(yǔ)

本文探討了CORS系統(tǒng)在1∶2000航測(cè)成圖中的應(yīng)用，實(shí)踐表明，利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量、圖根控制點(diǎn)測(cè)量、地形圖修測(cè)以及車載GPS測(cè)量，具有精度可靠、效率高、作業(yè)方便的特點(diǎn)，可在類似工程項(xiàng)目中推廣使用。

[1]孫建華，胡進(jìn)剛，呂松華，等．基于 HZCORS的車載GNSS測(cè)量研究與實(shí)踐[J]．測(cè)繪通報(bào)，2010(10)：38-40．

[2]劉暉，時(shí)曉燕，楊沾吉，等．深圳市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的建立與試驗(yàn)[J]．測(cè)繪通報(bào)，2003(9)：33-36．

[3]楊光，方鋒．連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位體系下城市測(cè)量現(xiàn)代基準(zhǔn)的構(gòu)建與應(yīng)用[J]．工程勘察，2009，37(2)：78-81．