劉勝山西省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢檢站

太原GPS空間基準(zhǔn)網(wǎng)優(yōu)化及應(yīng)用開(kāi)發(fā)

劉勝
山西省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢檢站

為了做好太原市第二次土地調(diào)查工作，“2012太原獨(dú)立坐標(biāo)系”的優(yōu)化和應(yīng)用開(kāi)發(fā)是太原市第二次城鎮(zhèn)土地調(diào)查工作必須要解決的問(wèn)題，本文在研究太原市城市控制基準(zhǔn)網(wǎng)的而基礎(chǔ)上，對(duì)太原市空間基準(zhǔn)網(wǎng)的優(yōu)化和管理系統(tǒng)做了深入地研究和探索，對(duì)太原市空間基準(zhǔn)網(wǎng)的優(yōu)化具有積極的指導(dǎo)意義。

空間基準(zhǔn)網(wǎng)；第二次土地調(diào)查；優(yōu)化；管理系統(tǒng)

一、概述

為了做好太原市第二次土地調(diào)查（2013年）工作，保障第二次土地調(diào)查工作的順利進(jìn)行，保證調(diào)查成果的可靠性和準(zhǔn)確性，使調(diào)查成果符合第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程和第二次全國(guó)土地調(diào)查成果成圖的檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求，“2012太原獨(dú)立坐標(biāo)系”的優(yōu)化和應(yīng)用開(kāi)發(fā)是太原市第二次城鎮(zhèn)土地調(diào)查工作必須要解決的問(wèn)題。

由山西省工程測(cè)繪院建設(shè)完成的“2012太原獨(dú)立坐標(biāo)系”是國(guó)家測(cè)繪局進(jìn)行GPSC級(jí)網(wǎng)測(cè)繪暨華北地區(qū)精化水準(zhǔn)面項(xiàng)目的延伸，可以滿足全省小比例尺1：5萬(wàn)——1：1萬(wàn)航測(cè)地形圖的要求，在太原市東西寬130公里、南北長(zhǎng)120公里范圍內(nèi)布設(shè)的131個(gè)GPSC級(jí)控制點(diǎn)，覆蓋了包括陽(yáng)曲縣、古交市、婁煩縣、清徐縣在內(nèi)全市行政區(qū)域范圍，成果的投影面為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)面，城區(qū)長(zhǎng)度變形為-12.6cm/Km，已經(jīng)不符合第二次土地調(diào)查規(guī)定執(zhí)行城市測(cè)量規(guī)范的要求,大大超出《城市測(cè)量規(guī)范》規(guī)定每公里長(zhǎng)度變形值不大于2.5cm的規(guī)定，這種坐標(biāo)系在第二次城鎮(zhèn)土地現(xiàn)狀調(diào)查中是不允許的，所有成果將不能通過(guò)國(guó)家檢查驗(yàn)收的。

二、太原市城市控制基準(zhǔn)網(wǎng)的概況

太原原有城市測(cè)量控制網(wǎng)是由原華北測(cè)量隊(duì)于1954建立，后經(jīng)1957年和1980年兩次擴(kuò)大，控制太原市東西寬20公里、南北長(zhǎng)約50公里的范圍。坐標(biāo)系原點(diǎn)利用原狄村三角點(diǎn)，坐標(biāo)定為X= 60000m，Y=20000m，同時(shí)在狄村觀測(cè)天文方位角確定北方向，高程系統(tǒng)采用起始點(diǎn)與鐵路上的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，建立了太原市大沽高程系，將高程起始面（大沽平均海水面上）作為測(cè)量的距離投影面，由此，建立了1954年太原市城市獨(dú)立坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系的長(zhǎng)度投影差改正值-0.126m/Km，（設(shè)太原市城區(qū)的高程平均為800m）。

在92年初，太原市規(guī)劃局和太原市勘察測(cè)繪研究院邀請(qǐng)?jiān)撝行牡?次擴(kuò)建和重建太原市控制網(wǎng)。共布設(shè)了41個(gè)高精度的GPSC級(jí)控制點(diǎn)，平均邊長(zhǎng)為8Km，控制面積達(dá)1700平方公里。控制網(wǎng)平差后，最弱點(diǎn)的中誤差為±2cm，最弱邊的相對(duì)精度為1/50萬(wàn)，并由“全國(guó)城市GPS應(yīng)用研究中心提供四種不同系統(tǒng)的坐標(biāo)：

1、1954年北京坐標(biāo)系，系統(tǒng)參數(shù)：中央子午線L0=111°00′,高程投影面H=0m。

2、高斯任意帶城市獨(dú)立坐標(biāo)系（海平面成果），系統(tǒng)參數(shù)：中央子午線L0=112°30′,高程投影面H=0m。

3、高斯任意帶城市獨(dú)立坐標(biāo)系（城市平均高程面成果），系統(tǒng)參數(shù)：中央子午線L0=112°30′,高程投影面H=840m。

4、太原市地方獨(dú)立坐標(biāo)系（1954年太原市城市獨(dú)立坐標(biāo)系）。

1992年城區(qū)控制面積的擴(kuò)大后，控制網(wǎng)覆蓋范圍包括了晉中市榆次區(qū)、太原市清徐縣、陽(yáng)曲縣。

太原市還在1998年應(yīng)用GPS對(duì)原控制網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)網(wǎng)，建立東山地區(qū)和西山地區(qū)、南郊區(qū)，并與1992年控制網(wǎng)并網(wǎng)。高等級(jí)GPS點(diǎn)達(dá)到100多個(gè)。近十幾年來(lái)，太原市勘察測(cè)繪研究院以科技興院，與時(shí)俱進(jìn)，建設(shè)“數(shù)字太原”作了大量工作，完成了建成區(qū)1：500地形圖數(shù)字化圖8000余幅，面積約400平方公里，1：2000上千幅，面積約900平方公里，1；5000地形圖334幅，約1670平方公里。2005年用航測(cè)方法，完成城區(qū)土地現(xiàn)狀調(diào)查，并制作4D產(chǎn)品。這些成果都將作為第二次太原市土地現(xiàn)狀調(diào)查工作提供信息共享的測(cè)繪成果資源。

三優(yōu)化方案的研討

1、坐標(biāo)優(yōu)化的目的：

解決投影長(zhǎng)度變形不大于2.5cm/Km的要求；滿足城市各部門(mén)各系統(tǒng)要求與原有坐標(biāo)系統(tǒng)一致，保證原圖和資料繼續(xù)使用，并逐漸在精化和更新中不斷改進(jìn)。

由優(yōu)化后坐標(biāo)所完成的成果成圖資料，經(jīng)計(jì)算機(jī)程序處理后，可達(dá)到信息共享，現(xiàn)有成果資料得到利用。特點(diǎn)特別是滿足《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》對(duì)精度要求，達(dá)到第二次全國(guó)土地調(diào)查對(duì)成果、成圖的精度和要求，不會(huì)因坐標(biāo)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的差錯(cuò)而影響成果、成圖。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的坐標(biāo)系，滿足應(yīng)用GPSRTK作業(yè)，直接由WGS84空間坐標(biāo)直接轉(zhuǎn)換到優(yōu)化2012太原獨(dú)立坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系，提高太原市第二次土地調(diào)查技術(shù)含量和工作效率。

2、太原市國(guó)土局近年來(lái)委托山西省工程測(cè)繪院完成的控制點(diǎn)成果狀況：

WGS84橢球、ITRF97框架、2000歷元的太原市GPS空間直角坐標(biāo)成果和太原市GPS大地坐標(biāo)成果，共113個(gè)點(diǎn)；

1980西安坐標(biāo)成果，中央子午線111°00′，H0=0（1985國(guó)家高程系），113個(gè)點(diǎn)；

太原市GPSC級(jí)點(diǎn)，2012太原市獨(dú)立坐標(biāo)成果，高程為1985國(guó)家高程系，113個(gè)點(diǎn)；

太原市GPSD級(jí)網(wǎng)，2012太原市獨(dú)立坐標(biāo)成果，共8個(gè)點(diǎn)。

從上述的成果及布網(wǎng)圖可以看出，除1980西安坐標(biāo)系的成果可用于西邊地區(qū)的農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀調(diào)查外，其他成果還無(wú)法使用，必須進(jìn)行開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究工作。

四建立2012太原市空間坐標(biāo)管理系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容

1、從54太原市城市獨(dú)立坐標(biāo)系提升到2012太原市獨(dú)立坐標(biāo)系中央子午線L0=112°34′01.46″,高程投影面H0=800m，減小邊長(zhǎng)投影變形-12.6cm/Km，達(dá)到全國(guó)第二次土地調(diào)查和城市測(cè)量規(guī)范的要求，在城鎮(zhèn)調(diào)查區(qū)內(nèi)，邊長(zhǎng)每公里投影變形小于2.5cm/Km的要求，采用什么方案，能做到精度高、控制面積大，簡(jiǎn)單易行。不但能單點(diǎn)轉(zhuǎn)換而且可批量轉(zhuǎn)換。

2、完成高斯投影帶自身的換帶計(jì)算和正反算，并對(duì)三種坐標(biāo)L0=111°00′,H0=0m(x,y←→L,B)，L0=112°34′01.46″,H0=0m(x,y←→L,B)，L0=114°00′,H0=0m(x,y←→L,B)，結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，在這個(gè)基礎(chǔ)上，完成與2006太原獨(dú)立坐標(biāo)系的換算。

3、完成由GPS測(cè)定WGS84的成果，WGS空間直角坐標(biāo)，空間大地坐標(biāo)與高斯投影西安坐標(biāo)的換算；

4、完成1954年北京坐標(biāo)系自帶的換算計(jì)算和正反算，并與1980西安坐標(biāo)系的換算；

5、用實(shí)測(cè)太原市的水準(zhǔn)點(diǎn)，求太原市大沽高程系與1985國(guó)家高程系的換算關(guān)系，求GPS大地高與正常高的關(guān)系式；

6、建立用戶查詢系統(tǒng)，界面友好，輸出成果有校核，正確。

五結(jié)論

1、完成太原市GPS空間基準(zhǔn)網(wǎng)的優(yōu)化和應(yīng)用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，可保證2012太原獨(dú)立坐標(biāo)系將得到廣泛應(yīng)用，首先用于第二次太原市土地現(xiàn)狀調(diào)查工作，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)可滿足第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程的要求。

2、太原市GPS空間基準(zhǔn)網(wǎng)的優(yōu)化和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，解決了2012太原獨(dú)立坐標(biāo)系控制點(diǎn)少，太原市各部門(mén)所完成的測(cè)繪成果，達(dá)到等級(jí)精度的控制點(diǎn)、圖紙資料經(jīng)轉(zhuǎn)換和檢查后將得到有效利用。取得不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3、完成GPS空間基準(zhǔn)網(wǎng)的優(yōu)化和應(yīng)用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，為RTK先進(jìn)的技術(shù)得到應(yīng)用，快速準(zhǔn)確的獲得各種坐標(biāo)系統(tǒng)的空間坐標(biāo)，創(chuàng)造了良好的條件，同時(shí)發(fā)揮RTK與基準(zhǔn)站的作用，大大提高第二次太原市土地調(diào)查工作的效率。

4、項(xiàng)目的完成在第二次太原市土地調(diào)查中首次啟用2012太原獨(dú)立坐標(biāo)系，為建立精確測(cè)繪坐標(biāo)成果，成圖和土地現(xiàn)狀調(diào)查檔案，對(duì)推進(jìn)太原市城市坐標(biāo)的統(tǒng)一，向前邁進(jìn)了一大步。

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作者：劉勝（1964-），男，山西太原人，高工，漢族，本科，研究方向：工程測(cè)量。