魏立峰

（1.秦皇島市城市規(guī)劃管理信息中心，河北 秦皇島 066001）

HBCORS在城市測(cè)量中的應(yīng)用

魏立峰1

（1.秦皇島市城市規(guī)劃管理信息中心，河北 秦皇島 066001）

主要介紹了求解適合研究區(qū)域的從HBCORS坐標(biāo)系統(tǒng)到地方坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的方法，為HBCORS在研究區(qū)域的應(yīng)用提供更好的精度支持，以達(dá)到充分利用HBCORS優(yōu)勢(shì)為城市測(cè)量服務(wù)的目的。

HBCORS；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)；城市測(cè)量；地方坐標(biāo)系

連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS）相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用與研究，是測(cè)繪地理信息界研究的熱點(diǎn)之一，同時(shí)也是GNSS定位技術(shù)的應(yīng)用熱點(diǎn)之一。CORS是一種將GNSS導(dǎo)航定位技術(shù)、測(cè)繪地理信息技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)集成的實(shí)用性分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它不僅能夠提供動(dòng)態(tài)、連續(xù)、高精度的空間定位信息服務(wù)，還通過(guò)GNSS技術(shù)建立了統(tǒng)一、連續(xù)的空間坐標(biāo)基準(zhǔn)框架，是地理空間信息獲取、處理、共享的基礎(chǔ)，也是城市、地區(qū)和國(guó)家不可或缺的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施之一。河北省連續(xù)運(yùn)行參考站（HBCORS）系統(tǒng)在河北省域范圍內(nèi)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)為用戶提供cm級(jí)高精度的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)，但由于歷史原因河北很多地區(qū)坐標(biāo)系仍在使用1980西安坐標(biāo)系和1954北京坐標(biāo)系，不能直接使用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的測(cè)量成果。若要利用HBCORS系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)高精度定位服務(wù)，就必須將HBCORS系統(tǒng)測(cè)量成果轉(zhuǎn)換為地方坐標(biāo)系測(cè)量成果。本文以秦皇島地區(qū)為例，利用數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了2000國(guó)家大地坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，從而利用HBCORS系統(tǒng)快速獲取了地方坐標(biāo)系下的測(cè)量成果。

1 HBCORS系統(tǒng)坐標(biāo)與地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

1.1 GPS網(wǎng)和地面網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型

不同坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換本質(zhì)上是不同基準(zhǔn)間的轉(zhuǎn)換，不同基準(zhǔn)間的轉(zhuǎn)換方法有很多，兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型常用的有布爾莎模型、莫洛金斯模型和范士模型等，布爾莎模型更適合GPS網(wǎng)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。本文著重討論采用布爾莎模型進(jìn)行GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，設(shè)點(diǎn)P在原坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（Xi', Yi', Zi'），轉(zhuǎn)換后在新坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（Xi, Yi, Zi），根據(jù)布爾莎模型則有：

式中，X0、Y0、Z0為3個(gè)平移參數(shù)；εX、εY、εZ為3個(gè)旋轉(zhuǎn)角參數(shù)； k為尺度參數(shù)；即布爾莎模型7個(gè)參數(shù)。

若兩個(gè)坐標(biāo)系之間的7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)未知，可利用在兩個(gè)坐標(biāo)系中均已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)的重合點(diǎn)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)。求取轉(zhuǎn)換參數(shù)至少需要3個(gè)以上在兩個(gè)三維坐標(biāo)系中均已知精確坐標(biāo)的重合點(diǎn)；當(dāng)重合點(diǎn)較多時(shí)，可對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)作最小二乘估算。

1.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求取

目前秦皇島市規(guī)劃部門在城市規(guī)劃和城市建設(shè)中主要使用1954北京坐標(biāo)系，中央子午線為120°，為了獲得HBCORS系統(tǒng)下的實(shí)時(shí)1954北京坐標(biāo)系坐標(biāo)，必須先求取2000國(guó)家大地坐標(biāo)系與1954北京坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。秦皇島地區(qū)有一批2003年施測(cè)的三等GNSS點(diǎn)的1954北京坐標(biāo)系平面坐標(biāo)，其精度滿足坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換精度要求，可選取其中部分GNSS點(diǎn)聯(lián)測(cè)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)，再利用布爾莎模型求取兩 個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。本文以秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)為實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行參數(shù)求解，區(qū)域面積約110 km2。施測(cè)方案為：選擇秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的5個(gè)C級(jí)點(diǎn)（圖1），平均邊長(zhǎng)約為5 km，采用三等GNSS靜態(tài)觀測(cè)聯(lián)測(cè)其2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)。觀測(cè)要求為：衛(wèi)星高度角≥15°，有效觀測(cè)同類衛(wèi)星數(shù)≥4顆，平均重復(fù)設(shè)站數(shù)≥2，時(shí)段長(zhǎng)度≥60 min，數(shù)據(jù)采樣間隔為15 s，PDOP值＜6。

根據(jù)聯(lián)測(cè)成果，采用式（1）求取了該區(qū)域布爾莎模型的7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)，其公共點(diǎn)平面坐標(biāo)點(diǎn)位殘差最大值為 0.15 cm，平面坐標(biāo)點(diǎn)位中誤差為±0.12 cm。

圖1 開(kāi)發(fā)區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算點(diǎn)分布圖

2 精度分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證參數(shù)的可靠性和精度，選取測(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布的12個(gè)三等GNSS控制點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，將已求取的7個(gè)參數(shù)輸入觀測(cè)手薄，在HBCORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK定位服務(wù)下，按照一級(jí)GNSS RTK控制點(diǎn)測(cè)量技術(shù)要求對(duì)檢核點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，可實(shí)時(shí)獲得檢測(cè)點(diǎn)的1954北京坐標(biāo)系平面坐標(biāo)，將所測(cè)得的平面坐標(biāo)與原坐標(biāo)進(jìn)行比較分析，如表1所示。

表1 參數(shù)檢核分析表/m

精度評(píng)定模型為：

式中，n為參與計(jì)算分析點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

由表1、式（2）計(jì)算得到測(cè)區(qū)檢核點(diǎn)平面坐標(biāo)點(diǎn)位中誤差為： ms=±1.9 cm 。

由以上分析可知，通過(guò)轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用HBCORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)進(jìn)行GNSS RTK測(cè)量的精度滿足CJJ/T 73-2010《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》要求：一級(jí)GNSS RTK控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差（絕對(duì)值）≤5 cm。

3 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐研究表明，根據(jù)高精度GNSS靜態(tài)觀測(cè)成果，通過(guò)布爾莎模型求取了2000國(guó)家大地坐標(biāo)系與1954北京坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用該參數(shù)可在HBCORS系統(tǒng)RTK定位服務(wù)下快速獲得點(diǎn)位的地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，其精度能滿足一級(jí)GNSS RTK平面測(cè)量精度要求，解決了HBCORS系統(tǒng)測(cè)量成果不能直接應(yīng)用于城市測(cè)量的問(wèn)題。HBCORS系統(tǒng)RTK測(cè)量技術(shù)與傳統(tǒng)架設(shè)基站的RTK測(cè)量技術(shù)相比，HBCORS系統(tǒng)具有精度高、可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，省去傳統(tǒng)RTK架設(shè)基站的工作環(huán)節(jié)，節(jié)省了人員設(shè)備，擴(kuò)大了作業(yè)活動(dòng)范圍，大幅提高了工作效率，在城市測(cè)量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。

[1]CJJ/T 8-2011.城市測(cè)量規(guī)范[S].

[2]GB/T 18314-2009.全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范[S].

[3]CJJ/T 73-2010.衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范[S].

[4]田摯,吳文壇,王亮,等.連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用實(shí)務(wù)[M].西安:西安地圖出版社,2013:208

[5]施一民.現(xiàn)代大地控制測(cè)量[M].北京:測(cè)繪出版社,2008:279

[6]朱炳政,謝秋,梁仲明.GDCORS在江門市新會(huì)區(qū)的應(yīng)用[J].城市勘測(cè),2011(4):103-104

[7]陳琳.HNCORS在懷化市城區(qū)控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市勘測(cè),2015(2):99-101

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B

1672-4623（2017）07-0021-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.006

魏立峰，高級(jí)工程師，注冊(cè)測(cè)繪師，主要從事城市測(cè)量及地理信息系統(tǒng)研究工作。

2016-04-07。