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        現(xiàn)代測繪基準體系標準化建設(shè)探討

        2018-06-05 12:12:28段怡紅呂玉霞尹偉言
        地理空間信息 2018年5期
        關(guān)鍵詞:測繪標準化體系

        趙 鑫,段怡紅,呂玉霞,尹偉言

        (1.國家測繪地理信息局測繪標準化研究所,陜西 西安 710054;2.國家測繪地理信息局第一大地測量隊,陜西 西安 710054)

        國家測繪基準體系是國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。歷時4 a的國家現(xiàn)代測繪基準體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一期工程已順利完成,GNSS國家連續(xù)運行基準站(GNSS CORS)網(wǎng)新建了150個基準站,改造了60個基準站;搭建了31條國家數(shù)據(jù)中心與省級數(shù)據(jù)中心互聯(lián)互通的骨干數(shù)據(jù)傳輸專線;完成了國家GNSS大地控制網(wǎng)2 500點的新建和屬性測定,國家高程控制網(wǎng)12.2萬km一等水準路線、5 個深層基巖點的選埋和屬性測定以及27 400個水準點上加密重力測定;完成了國家重力基準點100 點 次絕對重力觀測的外業(yè)生產(chǎn)工作[1]。標準化建設(shè)在現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用,完整、統(tǒng)一、適用的標準為現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)中的數(shù)據(jù)獲取、處理、管理和服務(wù),成果質(zhì)量要求、檢查驗收和評定等方面提供標準支撐,為現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)工作提供依據(jù)與保障。本文主要介紹了國內(nèi)外現(xiàn)代測繪基準體系標準化現(xiàn)狀,分析了現(xiàn)代測繪基準體系在標準化建設(shè)方面存在的問題與不足,并提出了相應(yīng)建議。

        1 國內(nèi)外現(xiàn)代測繪基準與標準化建設(shè)概況

        1.1 國外現(xiàn)代測繪基準建設(shè)概況

        為了適應(yīng)全球化、信息化的新要求,滿足本國經(jīng)濟社會發(fā)展需要,世界各國紛紛建立了適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的測繪基準體系。在大地基準建設(shè)方面,建立了地心、三維坐標系統(tǒng)以取代傳統(tǒng)的參心、二維坐標系統(tǒng);坐標框架將通過更多的衛(wèi)星定位連續(xù)運行基準站和衛(wèi)星大地控制網(wǎng)來維持,同時CORS網(wǎng)將提供實時、高精度的位置服務(wù),并建立與國際坐標參考框架的聯(lián)系,以適應(yīng)全球化的需要。在高程基準建設(shè)方面,更加注重加快本國大地水準面精化工作,以提高大地水準面的分辨率和精度,逐步取代傳統(tǒng)的全國性高等級水準測量工作。在重力基準建設(shè)方面,擴大地面絕對重力點數(shù)量,注重加快發(fā)展航空重力和衛(wèi)星重力,豐富不同尺度的重力數(shù)據(jù)。

        美國在本土建立了CORS,由美國大地測量局(NGS)負責,除NGS的GPS跟蹤站外,還包括美國海岸警備隊的差分網(wǎng)、美國聯(lián)邦航空局的WAAS網(wǎng)、美國工程兵團的跟蹤站。美國CORS系統(tǒng)包括國家大地測量CORS網(wǎng)、合作CORS網(wǎng)、地區(qū)部門級CORS網(wǎng)。美國推出了重力大地水準面模型G99SSS和混合大地水準面模型GEOID99,GEOlD99與GPS/水準的RMSE為±4.6 cm[2]。

        日本對大地基準和坐標框架建設(shè)非常重視,從2000年4月開始,新的大地基準JGD2000正式取代具有百年歷史的東京大地基準。JGD2000通過日本GPS網(wǎng)同IGS站聯(lián)測與其數(shù)據(jù)聯(lián)合處理,將國際地球參考框架ITRF引入日本。維持JGD2000的大地坐標框架由日本GPS地球觀測網(wǎng)絡(luò),64 000個一等、二等、三等經(jīng)典大地點以及20 000個大地水準點(正高系統(tǒng))組成。2000年,基于重力和GPS水準數(shù)據(jù),日本推算了新的大地水準面GE2000,它和JGD2000一起被認為是日本空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)極為重要的進步。

        德國己建立全國范圍內(nèi)的GNSS連續(xù)運行基準站網(wǎng)SAPOS。目前,SAPOS系統(tǒng)建有270個永久GNSS基準站,站間距為25~60 km,基本覆蓋德國全境,從而構(gòu)成德國國家動態(tài)大地基準框架。隨著歐洲GALILEO導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè),GALILEO和GPS系統(tǒng)的組合將進一步提高衛(wèi)星導(dǎo)航的性能,從而進一步提高SAPOS系統(tǒng)的服務(wù)性能。推出的歐洲重力大地水準面模型EGG97在除去中長波誤差后,獨立控制點的殘差在±0.02 m量級[3]。

        俄羅斯在1996年以前已建成20個空間大地網(wǎng)站,136個多普勒大地網(wǎng)站,64 000個天文大地點,300 000個三、四等補充網(wǎng)點,由此組成了國家大地網(wǎng);2000年又新建了14個GPS永久性基準站。1995~1996 年俄羅斯進行了聯(lián)合平差,平差后分別建立了大地坐標參考系SK95和地心坐標系PZ90,并求出了二者的轉(zhuǎn)換參數(shù)。最近俄羅斯建立的GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)也在進行補星,新研制的導(dǎo)航衛(wèi)星延長了使用壽命,幾年后GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)將會提供更可靠的服務(wù)。精確的似大地水準面利用GPS/GLONASS水準和重力資料來解決。

        1.2 我國現(xiàn)代測繪基準建設(shè)概況

        我國的大地基準由CORS和衛(wèi)星大地控制網(wǎng)建立和維持,獲得高精度、動態(tài)三維、穩(wěn)定、連續(xù)的觀測數(shù)據(jù),提供實時定位和導(dǎo)航信息,以滿足國家對坐標系統(tǒng)和定位的需求。隨著我國自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速推進和發(fā)展,逐漸對原有的基準站進行整合,并升級改造北斗系統(tǒng),建成全國范圍的基準站網(wǎng),可在全國范圍內(nèi)提供亞m級的實時動態(tài)定位導(dǎo)航服務(wù),在經(jīng)濟發(fā)達的省市提供實時cm級高精度位置服務(wù)和后處理mm級高精度位置服務(wù)。

        我國的高程基準由388條水準路線和27 400個水準點組成,通過與衛(wèi)星大地控制網(wǎng)的結(jié)合,實現(xiàn)對大范圍高程變化的監(jiān)測。精密大地水準面數(shù)字模型的發(fā)展,推動了傳統(tǒng)地面標識高程基準向數(shù)字高程基準的轉(zhuǎn)變。目前全國范圍的精度達到±10.9 cm,西藏地區(qū)的精度顯著提高[4]。

        現(xiàn)代測繪基準建設(shè)中大力推進國家重力基準點建設(shè),補充和完善了國家重力基準。在已有絕對重力點分布的基礎(chǔ)上,選擇50個新建的CORS站并置重力基準點,形成分布合理、利于長期保存的國家絕對重力基準的基礎(chǔ)設(shè)施。

        建設(shè)了國家測繪基準管理服務(wù)系統(tǒng)和測繪基準數(shù)據(jù)中心,具備了先進的測繪基準數(shù)據(jù)管理與處理功能,形成了每天約600個CORS站,超過10 000點衛(wèi)星大地控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理分析能力,提升了現(xiàn)代測繪基準成果的服務(wù)能力。

        1.3 國內(nèi)外現(xiàn)代測繪基準標準發(fā)展概況

        本文搜集到的國外現(xiàn)代測繪基準建設(shè)相關(guān)標準見表1,我國現(xiàn)代測繪基準建設(shè)相關(guān)標準見表2。

        表1 國外相關(guān)標準清單

        由表1可知,搜集到的國外有關(guān)現(xiàn)代測繪基準建設(shè)方面的標準并不多,也無較強聯(lián)系,不構(gòu)成體系,唯有新西蘭的標準較為完整;由表2可知,我國在現(xiàn)代測繪基準建設(shè)方面,尤其是大地基準方面的標準較全面,包括基礎(chǔ)類、獲取與處理類、運行與服務(wù)類以及檢驗與測試類。

        表2 我國相關(guān)標準清單

        2 我國現(xiàn)代測繪基準標準化建設(shè)問題與不足

        標準貫穿于現(xiàn)代測繪基準建設(shè)的始終,目前現(xiàn)代測繪基準一期工程已完成,梳理已有標準,結(jié)合現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)的技術(shù)要求,并考慮當前新技術(shù)、新儀器、新方法的發(fā)展發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代測繪基準標準化建設(shè)存在一些問題和不足,主要體現(xiàn)在:

        1)缺乏GNSS CORS相關(guān)標準。當前,我國迎來了大規(guī)模GNSS CORS建設(shè)的熱潮,各行業(yè)、各部門的CORS網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用蓬勃開展,助推我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,這也是現(xiàn)代測繪基準建設(shè)的重要任務(wù)之一。但這些CORS網(wǎng)均為各部門、各地方獨立建設(shè),缺乏統(tǒng)籌考慮與整體規(guī)劃,沒有統(tǒng)一的標準指導(dǎo),造成CORS網(wǎng)間無法互聯(lián)、互通、互操作,不能實現(xiàn)跨行業(yè)、跨地區(qū)的數(shù)據(jù)共享,重復(fù)建設(shè)又導(dǎo)致資源浪費,不利于高精度位置服務(wù)的推廣[5-6];且各CORS網(wǎng)提供的高精度位置數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一管理,數(shù)據(jù)使用缺乏有效監(jiān)管,給國家?guī)頋撛诘陌踩[患。

        2)現(xiàn)行的標準更新滯后。隨著新技術(shù)、新儀器、新方法的發(fā)展,我國現(xiàn)行的測繪基準體系相關(guān)標準滯后于現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)的技術(shù)要求。例如,在大地基準方面,隨著GNSS及其應(yīng)用的迅猛發(fā)展,衛(wèi)星導(dǎo)航定位呈現(xiàn)多系統(tǒng)并存態(tài)勢,現(xiàn)行的數(shù)據(jù)獲取與處理、接收機檢定等方面的標準僅適用于單一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),不能滿足多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的需求;在重力基準方面,由于現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展,各種新型高精度重力儀器的廣泛使用,使得國家重力控制網(wǎng)的布設(shè)要求、測量技術(shù)和手段都發(fā)生了一定變化,現(xiàn)行的重力測量方面的標準已不能滿足新技術(shù)和新型儀器的需求。因此,需要修訂不適用的標準,保證現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)的科學(xué)性和先進性。

        3)急需統(tǒng)一的現(xiàn)代測繪基準服務(wù)標準。當前我國正處于全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期,推進城鎮(zhèn)化發(fā)展、新農(nóng)村建設(shè)、一帶一路等國家戰(zhàn)略的實施,南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸?shù)戎卮蠊こ探ㄔO(shè),加快國民經(jīng)濟和社會信息化進程,有效應(yīng)對各類自然災(zāi)害、妥善處置突發(fā)公共事件等都迫切需要現(xiàn)代化測繪基準服務(wù);然而,現(xiàn)代化測繪基準服務(wù)也需要在規(guī)范化、標準化的基礎(chǔ)上實施?,F(xiàn)代測繪基準一期工程已完成,如何提供權(quán)威、動態(tài)、規(guī)范、統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù),充分發(fā)揮現(xiàn)代測繪基準的作用,是目前亟待解決的一個問題。

        3 我國現(xiàn)代測繪基準標準化建設(shè)建議

        1)制定GNSS CORS相關(guān)的標準。在現(xiàn)代測繪基準建設(shè)過程中,GNSS CORS建設(shè)是一項重要的任務(wù),也是當前測繪地理信息發(fā)展的一個熱點。CORS系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用涉及眾多領(lǐng)域,關(guān)系到經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展,而各部門、各行業(yè)信息資源條件和工作基礎(chǔ)存在較大差異,發(fā)展極不平衡,需要國家宏觀指導(dǎo)與協(xié)調(diào),真正實現(xiàn)CORS系統(tǒng)的統(tǒng)一、互聯(lián)、互通。因此,在CORS建設(shè)、應(yīng)用、服務(wù)、管理等方面急需制定出相應(yīng)的標準和規(guī)范,以支持CORS系統(tǒng)的健康運行,一方面滿足不同行業(yè)、不同區(qū)域的發(fā)展需求;另一方面滿足長遠發(fā)展、信息互聯(lián)互通、服務(wù)多功能、技術(shù)可持續(xù)性等需求[7]。

        2)及時更新現(xiàn)代測繪基準建設(shè)中不適用的標準。技術(shù)理論的不斷更新,現(xiàn)代測繪新方法的不斷涌現(xiàn),儀器設(shè)備制造工藝水平的不斷提高都極大地改變了傳統(tǒng)的測繪形式?;趥鹘y(tǒng)測繪生產(chǎn)制定的相關(guān)標準和規(guī)范顯得不合時宜,已無法滿足現(xiàn)代測繪地理信息發(fā)展的需求。測繪標準體系需不斷更新和完善,只有實時更新和修訂不適用的標準,才能滿足現(xiàn)代測繪基準建設(shè)的需求,促進我國測繪地理信息事業(yè)的發(fā)展。

        3)加大應(yīng)用服務(wù)標準化推廣?,F(xiàn)代測繪基準一期已建成,支撐了我國的戰(zhàn)略發(fā)展和大型工程建設(shè),但在應(yīng)用服務(wù)方面還需不斷深化和推廣?,F(xiàn)有的測繪基準服務(wù)標準存在一定的局限和不足, 無法有效推廣已建成的現(xiàn)代測繪基準,急需提供權(quán)威、動態(tài)、規(guī)范、統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù)標準,使得現(xiàn)代測繪基準能更好地服務(wù)人民,服務(wù)國家。

        [1] 張鵬,武軍酈,孫占義.國家測繪基準體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[J].測繪通報,2015(10):9-11

        [2] Continuously Operating Reference Station (CORS) [EB/OL].(2016-11-21)[2016-12-14]. http://www.ngs.noaa.gov/CORS

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        [4] 李建成.我國數(shù)字高程基準研究最新進展[C].中國地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會論文集.北京:中國地圖出版社,2014:1 716-1 717

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