鄭振東

（1.廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510500）

隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、車載導(dǎo)航、國土勘測等諸多領(lǐng)域。在工程實(shí)際測量中，工程部門選擇GPS手持設(shè)備得到基于WGS84坐標(biāo)系的測量值，而我國目前常用的2個(gè)坐標(biāo)系是北京1954坐標(biāo)系和西安1980坐標(biāo)系，即規(guī)劃和國土部門分別采用的坐標(biāo)系統(tǒng)（以下簡稱規(guī)劃坐標(biāo)系和國土坐標(biāo)系），故在實(shí)際應(yīng)用中通常涉及到WGS84和國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換[1-6]。實(shí)用測量成果根據(jù)應(yīng)用需要，在北京1954坐標(biāo)系和西安1980坐標(biāo)系基礎(chǔ)上變換為各行業(yè)所需的坐標(biāo)系統(tǒng)。測繪行業(yè)的測繪成果采用不同坐標(biāo)系不利于相關(guān)部門規(guī)劃成果的編制和審批，實(shí)際應(yīng)用中必須進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。本文選取了較具代表性的湛江市為例，探討了規(guī)劃與國土坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方法，以期對(duì)規(guī)劃和國土部門間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換提供參考。

1 研究區(qū)坐標(biāo)系概況

湛江市規(guī)劃坐標(biāo)系為1992年采用北京1954坐標(biāo)系30分帶，按三等點(diǎn)和四等點(diǎn)的精度要求，使用GPS觀測方法得到。起算數(shù)據(jù)采用國家二等三角點(diǎn)，在平差中固定了其他三角點(diǎn)，由于這些點(diǎn)不是同一時(shí)間的網(wǎng)點(diǎn)，內(nèi)符合精度不高，規(guī)劃坐標(biāo)系最后采用強(qiáng)制平差，且受歷史條件限制，這一結(jié)果沿用至今。湛江市國土系統(tǒng)為2004年布設(shè)的GPS-D級(jí)網(wǎng)和2008年布設(shè)的GPS-E級(jí)網(wǎng)，以廣東省GPS-C級(jí)網(wǎng)點(diǎn)起算，控制點(diǎn)保存良好。

由于采用不同坐標(biāo)系成果，其起算數(shù)據(jù)、觀測手段、精度要求等不一致，這2套坐標(biāo)系之間存在一定偏差，導(dǎo)致規(guī)劃部門測繪的現(xiàn)狀地形圖與國土部門提供的宗地界線存在錯(cuò)誤現(xiàn)象，國土部門測繪的現(xiàn)狀地形圖與規(guī)劃部門提供的控規(guī)或詳規(guī)成果存在錯(cuò)位現(xiàn)象。

考慮到湛江市規(guī)劃成果尤其總體規(guī)劃全部采用規(guī)劃坐標(biāo)系編制成果，其歷史成因已久，按國土坐標(biāo)系來調(diào)整規(guī)劃成果幾乎不可能，且規(guī)劃成果的變更需要諸多部門審批，工作量大，唯一有效的辦法是將其他類型的測繪成果轉(zhuǎn)換為規(guī)劃坐標(biāo)系。

2 規(guī)劃與國土坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換思路

2.1 轉(zhuǎn)換模型的選取

采用北京1954坐標(biāo)系，中央子午線為1110。

求取北京1954坐標(biāo)系下的湛江市規(guī)劃與國土坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。2個(gè)坐標(biāo)系均為二維平面坐標(biāo)形式，該類型屬于同一個(gè)橢球系統(tǒng)的不同坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換，常采用四參數(shù)法[7]，其轉(zhuǎn)換公式為：

式中，k為尺度因子；a為旋轉(zhuǎn)角度；?x與?y為相對(duì)應(yīng)的平移量；求得?x、?y、a和k就能計(jì)算出當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃坐標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)湛江市現(xiàn)有規(guī)劃系統(tǒng)控制點(diǎn)和國土系統(tǒng)GPS-D級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的分布，選取了規(guī)劃系統(tǒng)29個(gè)控制點(diǎn)作為公共點(diǎn)，與另外的國土系統(tǒng)29個(gè)GPS-C、D網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，并以GPS-C、D網(wǎng)點(diǎn)為起算，獲取29個(gè)公共點(diǎn)的國土系統(tǒng)坐標(biāo)，基于這29個(gè)公共點(diǎn)的2套坐標(biāo)成果求取轉(zhuǎn)換參數(shù)。在選取公共點(diǎn)時(shí)，主要考慮選取最外圍控制點(diǎn)及具有代表性、分布均勻、密度適中的控制點(diǎn)。GPS作業(yè)按GPS-D級(jí)精度，采用靜態(tài)模式觀測。

選擇2015年11月至2017年10月入住我院ICU的51例重癥肺炎合并呼吸衰竭患者,均接受俯臥位機(jī)械通氣治療,均符合重癥肺炎合并呼吸衰竭的診斷[4]。納入標(biāo)準(zhǔn):①患者在呼吸機(jī)輔助后仍存在低氧血癥;②對(duì)于該研究內(nèi)容知情并簽署了書面的同意書。排除標(biāo)準(zhǔn):①血流動(dòng)力學(xué)變化較大者;②顱內(nèi)壓升高;③嚴(yán)重感染者;④頜面部創(chuàng)傷、脊柱損傷、骨盆骨折等不宜使用俯臥位機(jī)械通氣的患者;⑤合并惡性腫瘤、精神或神經(jīng)系統(tǒng)疾病、妊娠者。本研究中男28例,女23例,年齡35~76歲,平均年齡(51.26±8.6)歲。該研究由我院倫理委員會(huì)審核后批準(zhǔn)。

2.3 數(shù)據(jù)處理與精度計(jì)算

采用天寶公司TGO1.63版本軟件進(jìn)行GPS基線向量解算。203條基線在進(jìn)行環(huán)閉合差檢驗(yàn)后，全部符合要求并參與平差。

2.3.1 環(huán)閉合差檢驗(yàn)情況

本網(wǎng)使用SuperADJ平差軟件對(duì)本網(wǎng)全部203條基線進(jìn)行構(gòu)環(huán)處理，共計(jì)153個(gè)環(huán)（含重復(fù)基線），計(jì)算環(huán)閉合差。無超限情況精度統(tǒng)計(jì)情況為：環(huán)閉合差區(qū)間 3×10-6以下的共計(jì)128個(gè)，3×10-6～6×10-6的共計(jì)20個(gè)，6×10-6以上的共計(jì)5個(gè)，分別占環(huán)總數(shù)的83.66%、13.07%和3.3%，表明GPS觀測及基線解算精度良好，質(zhì)量可靠。

2.3.2 WGS84坐標(biāo)系的三維無約束平差

為檢驗(yàn)本網(wǎng)的內(nèi)符合精度，在WGS84坐標(biāo)系下，使用SuperADJ平差軟件以標(biāo)號(hào)3026點(diǎn)為起始點(diǎn)，選取全部已通過檢核的基線進(jìn)行三維無約束平差，平差結(jié)果精度統(tǒng)計(jì)見表1、表2。

表1 三維無約束平差殘差統(tǒng)計(jì)表

表2 三維無約束平差觀測向量邊長相對(duì)中誤差統(tǒng)計(jì)表

三維無約束平差點(diǎn)位中誤差精度統(tǒng)計(jì)情況為：點(diǎn)位中誤差大于3 cm的有0個(gè)，2～3 cm的有6個(gè)，1～2 cm的有50個(gè)，小于1 cm的有2個(gè)，點(diǎn)位中誤差最大值為2.570 5 cm（標(biāo)點(diǎn)5018），點(diǎn)位中誤差次最大值為2.270 2 cm（標(biāo)點(diǎn)5020）。

三維無約束平差結(jié)果客觀地反映了整個(gè)控制網(wǎng)的內(nèi)符合精度情況，精度統(tǒng)計(jì)表明內(nèi)符合精度良好。

利用本網(wǎng)符合要求的基線，使用SuperADJ平差軟件采用空間三維平差模型進(jìn)行約束平差，再將平差結(jié)果投影到高斯平面上得到三維平差成果。固定聯(lián)測的2個(gè)GPS-C點(diǎn)、27個(gè)GPS-D點(diǎn)進(jìn)行約束平差，精度統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 約束平差結(jié)果相對(duì)中誤差精度統(tǒng)計(jì)表

約束平差結(jié)果點(diǎn)位中誤差精度統(tǒng)計(jì)情況為：點(diǎn)位中誤差大于3 cm的有2個(gè)，2～3 cm的有16個(gè)，1～2 cm的有11個(gè)，小于1 cm的有29個(gè)，點(diǎn)位中誤差最大值為3.477 5 cm（標(biāo)點(diǎn)5018），點(diǎn)位中誤差次最大值為3.229 1 cm（標(biāo)點(diǎn)5011）。

國土坐標(biāo)系下的各項(xiàng)平差精度統(tǒng)計(jì)表明,本約束平差精度情況良好，能夠滿足精度要求。

2.4 轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算

由于規(guī)劃系統(tǒng)的控制點(diǎn)是不同時(shí)期、按不同起算點(diǎn)布設(shè)的，內(nèi)符合精度欠佳，轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算首先要檢查2套坐標(biāo)公共點(diǎn)的兼容性和內(nèi)符合性，根據(jù)GPS聯(lián)測網(wǎng)平差計(jì)算得到的29個(gè)公共點(diǎn)，經(jīng)比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)標(biāo)點(diǎn)5013、5015、5020和5023的2套坐標(biāo)比對(duì)值有明顯的不一致，故這4個(gè)公共點(diǎn)不參與轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算。根據(jù)公共點(diǎn)分布情況，經(jīng)多個(gè)計(jì)算方案比對(duì)后，認(rèn)為分3個(gè)區(qū)域計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)為最佳，即A區(qū)公共點(diǎn)標(biāo)號(hào)為：5001～5012、5016、5018、5019、5022、5027共17個(gè)（國土到規(guī)劃平均位移為：dx=+0.207 m,dy=0.06 m）；B區(qū)公共點(diǎn)標(biāo)號(hào)為：5024、5025、5026、5028、5029共5個(gè)（國土到規(guī)劃平均位移為：dx=+0.159 m,dy=0.015 m）；C區(qū)公共點(diǎn)標(biāo)號(hào)為：5030、5031、5021（國土到規(guī)劃平均位移為：dx=+0.317 m,dy=0.006 m）。利用3個(gè)分區(qū)的公共點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)并進(jìn)行殘差分析，最終計(jì)算出3個(gè)分區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2.5 轉(zhuǎn)換參數(shù)外符合檢核

對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的檢核，使用GPS靜態(tài)方法聯(lián)測規(guī)劃系統(tǒng)標(biāo)點(diǎn)5032、5033控制點(diǎn)與國土系統(tǒng)D級(jí)標(biāo)號(hào)3026、3028、3043控制點(diǎn)。

2.5.1 環(huán)閉合差檢驗(yàn)情況

本網(wǎng)使用SuperADJ平差軟件對(duì)檢測環(huán)全部10條基線進(jìn)行構(gòu)環(huán)處理，共6個(gè)環(huán)（含重復(fù)基線），計(jì)算環(huán)閉合差。無超限情況精度統(tǒng)計(jì)情況為：環(huán)閉合差區(qū)間3×10-6以下的共計(jì)4個(gè)，3×10-6～6×10-6的共計(jì)0個(gè)，6×10-6以上的共計(jì)2個(gè)，分別占環(huán)總數(shù)的66.67%、0%和33.33%，表明GPS觀測及基線解算精度良好，質(zhì)量可靠。

2.5.2 WGS84坐標(biāo)系的三維無約束平差

為檢驗(yàn)本網(wǎng)的內(nèi)符合精度，在WGS84坐標(biāo)系下，使用SuperADJ平差軟件以標(biāo)號(hào)3026點(diǎn)為起始點(diǎn)，選取全部已通過檢核的基線進(jìn)行三維無約束平差。平差結(jié)果精度統(tǒng)計(jì)情況見表4、表5。

表4 三維無約束平差殘差統(tǒng)計(jì)表

表5 三維無約束平差觀測向量邊長相對(duì)中誤差統(tǒng)計(jì)表

三維無約束平差點(diǎn)位中誤差精度統(tǒng)計(jì)情況為：點(diǎn)位中誤差大于3 cm的有0個(gè)，2～3 cm的有0個(gè)，1～2 cm的有4個(gè)，小于1 cm的有1個(gè)，點(diǎn)位中誤差最大值為1.935 2 cm（標(biāo)點(diǎn)5032），點(diǎn)位中誤差次最大值為1.935 2 cm（標(biāo)點(diǎn)5033）。

三維無約束平差結(jié)果客觀地反映了整個(gè)環(huán)的內(nèi)符合精度情況，精度統(tǒng)計(jì)表明檢測環(huán)的內(nèi)符合精度良好。

2.5.3 檢測網(wǎng)的國土系統(tǒng)約束平差

固定國土系統(tǒng)的3個(gè)GPS-D點(diǎn)進(jìn)行約束平差，精度統(tǒng)計(jì)見表6。

表6 約束平差結(jié)果相對(duì)中誤差精度統(tǒng)計(jì)表

約束平差結(jié)果點(diǎn)位中誤差精度統(tǒng)計(jì)情況為：點(diǎn)位中誤差大于3 cm的有0個(gè)，2～3 cm的有2個(gè)，1～2 cm的有0個(gè)，小于1 cm的有3個(gè)，點(diǎn)位中誤差最大值為2.177 7 cm（標(biāo)點(diǎn)5032），點(diǎn)位中誤差次最大值為2.172 0 cm（標(biāo)點(diǎn)5033）。各項(xiàng)平差精度統(tǒng)計(jì)表明，約束平差精度情況良好，能夠滿足精度要求。

兩檢測點(diǎn)位于A區(qū)，采用A區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)將GPS檢測網(wǎng)平差計(jì)算得到的國土坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換到規(guī)劃坐標(biāo)系，再與已知規(guī)劃坐標(biāo)成果進(jìn)行比對(duì)，其結(jié)果為：標(biāo)點(diǎn)5032?x為0.019 m，?y為0.021 m；標(biāo)點(diǎn)5033?x為-0.012 m，?y為0.022 m。以上分析表明，該轉(zhuǎn)換參數(shù)外符合精度良好，滿足要求，轉(zhuǎn)換參數(shù)可靠。

3 結(jié) 語

通過對(duì)研究區(qū)現(xiàn)狀坐標(biāo)系分析，選擇在北京1954坐標(biāo)下，采用四參數(shù)法求取規(guī)劃與國土坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)劃和國土系統(tǒng)GPS-D級(jí)控制點(diǎn)分布情況，選取規(guī)劃系統(tǒng)29個(gè)控制點(diǎn)作為公共點(diǎn)，與另外國土系統(tǒng)的29個(gè)GPS-C、D網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測獲得2套坐標(biāo)成果。國土坐標(biāo)系下的各項(xiàng)平差精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，約束平差精度情況良好，能夠滿足精度要求。根據(jù)公共點(diǎn)分布情況，經(jīng)多個(gè)計(jì)算方案比對(duì)后，采用了分3個(gè)區(qū)域計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)的方式，并進(jìn)行了殘差分析，結(jié)果表明轉(zhuǎn)換參數(shù)可靠。

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