盧 立

（1. 宜昌市測繪大隊(duì)，湖北 宜昌 443000）

宜昌市按照統(tǒng)一規(guī)劃、整體設(shè)計的原則，以宜昌周邊的湖北CORS （HBCORS） 和宜昌CORS （YCCORS）基準(zhǔn)站為基礎(chǔ)，施測高精度GNSS 平面控制網(wǎng)。結(jié)合YCCORS和宜昌市中心城區(qū)的似大地水準(zhǔn)面精化模型，構(gòu)建基于“CORS+似大地水準(zhǔn)面”的宜昌現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系，為“數(shù)字宜昌”的建設(shè)奠定統(tǒng)一的空間定位基準(zhǔn)[1-2]。

1 現(xiàn)狀分析

宜昌城市規(guī)劃建設(shè)使用的坐標(biāo)基準(zhǔn)是基于三角測量技術(shù)（于80年代建立），平面控制坐標(biāo)系統(tǒng)采用111°中央子午線3°分帶的高斯平面直角坐標(biāo)系，平面控制歸算到1954年北京坐標(biāo)系，高程歸算到1956年黃海高程系統(tǒng)，控制網(wǎng)內(nèi)面積約165 km2，南部片區(qū)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是基于GPS測量技術(shù)于90年代建立，坐標(biāo)系橢球參數(shù)與80年代建設(shè)一致，控制網(wǎng)內(nèi)面積約40 km2。

隨著城鄉(xiāng)規(guī)模化建設(shè)的快速發(fā)展，上述測繪基準(zhǔn)已不適應(yīng)城市的發(fā)展，主要體現(xiàn)為：

1）不同時期、不同項(xiàng)目中建立的控制網(wǎng)不統(tǒng)一，且無法維持。

2）原有控制網(wǎng)覆蓋區(qū)域有限，控制區(qū)外變形大。

3）跨區(qū)域的測繪成果精度不一致，給大型項(xiàng)目實(shí)施及成果數(shù)據(jù)的融合增加了大量工作。

不同時期建立的控制網(wǎng)同為1954 年北京坐標(biāo)系，但未進(jìn)行聯(lián)合平差，導(dǎo)致宜昌城區(qū)坐標(biāo)基準(zhǔn)被人為切割為兩個部分，無法有效統(tǒng)一更新，且區(qū)域連接處接邊誤差大，給基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的管理和使用帶來不便[3]。

2 實(shí)施方案

2.1 技術(shù)路線

按照統(tǒng)一規(guī)劃、整體設(shè)計、兼顧歷史成果資料的原則，采用高精度GNSS 定位技術(shù)，建立宜昌市基礎(chǔ)控制網(wǎng)。具體技術(shù)路線如圖1。

圖1 流程圖

2.2 聯(lián)測方案

宜昌市GNSS 網(wǎng)布設(shè)方案包括兩個部分：框架網(wǎng)和GNSS C級網(wǎng)。

構(gòu)建框架網(wǎng)的目的在于通過框架點(diǎn)與全球IGS 跟蹤站進(jìn)行聯(lián)測，將IGS 跟蹤站的高精度坐標(biāo)傳遞給整個GNSS C 級網(wǎng)，提高整網(wǎng)的精度?？蚣芫W(wǎng)布設(shè)利用已建成投入使用的HBCORS和YCCORS基準(zhǔn)站。GNSS框架網(wǎng)由13 個均勻分布在宜昌城區(qū)周邊的基準(zhǔn)站組成，包括6個HBCORS基準(zhǔn)站和7個YCCORS基準(zhǔn)站。

GNSS C級網(wǎng)是市級基礎(chǔ)控制網(wǎng)，網(wǎng)的邊長最短為907 m，最長為50.8 km，平均19.3 km，總點(diǎn)數(shù)65 個。GNSS C 級網(wǎng)與國家GPS B 級網(wǎng)和框架網(wǎng)聯(lián)測。GNSS C級網(wǎng)布點(diǎn)如圖2所示。

圖2 宜昌市2000國家大地基準(zhǔn)建設(shè)布點(diǎn)示意圖

2.3 數(shù)據(jù)處理

顧及到起算坐標(biāo)的精度和長短基線的處理策略，將本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)處理分成框架網(wǎng)和C級網(wǎng)分別進(jìn)行處理，框架中通過IGS 站引入高精度的起算坐標(biāo)，而C級網(wǎng)處理引入框架的結(jié)果作為起算坐標(biāo)。處理完成后，將框架網(wǎng)和C級網(wǎng)進(jìn)行整體平差處理，獲得最終的坐標(biāo)。數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程

1）基線處理。通過整理獲得的數(shù)據(jù)，顧及起算坐標(biāo)精度與長短基線的處理策略，將數(shù)據(jù)處理分為框架網(wǎng)和C 級網(wǎng)分別進(jìn)行處理?？蚣芫W(wǎng)中引入IGS 站高精度的起算坐標(biāo)，C 級網(wǎng)中通過引入框架的結(jié)果作為起算坐標(biāo)。數(shù)據(jù)處理采用GAMIT軟件，利用IGS發(fā)布的事后精密軌道和鐘差等產(chǎn)品確定對應(yīng)框架和歷元下精確的基線結(jié)果，如表1所示。

表1 基線向量重復(fù)性統(tǒng)計表

2）三維約束平差。三維約束平差采用GLOBK將全面網(wǎng)的所有獨(dú)立基線向量及其經(jīng)調(diào)整后的協(xié)方差陣作為觀測量，平差時為消除星歷和網(wǎng)的傳遞誤差引起的整網(wǎng)在尺度和方向上的系統(tǒng)性偏差，對全面網(wǎng)加入一個尺度和3 個轉(zhuǎn)換參數(shù)。平差之后對結(jié)果精度進(jìn)行分析，對整體網(wǎng)的精度進(jìn)行檢驗(yàn)和評估[4]，點(diǎn)位坐標(biāo)精度統(tǒng)計如表2所示。

表2 點(diǎn)位精度中誤差統(tǒng)計/m

3）二維網(wǎng)平差。為使CORS基準(zhǔn)站和C級控制點(diǎn)保持相同參考框架，獲得統(tǒng)一基準(zhǔn)下的GNSS 點(diǎn)坐標(biāo)，將CORS 基準(zhǔn)站和C 級控制點(diǎn)聯(lián)合解算基線同時平差。平差時強(qiáng)約束特定的CORS 站作為框架點(diǎn)，利用不同坐標(biāo)系下CORS 站的精確坐標(biāo)即可求得對應(yīng)坐標(biāo)系下C級點(diǎn)坐標(biāo)。

4）已知點(diǎn)兼容性檢查。為保證成果的精度，一般需對所聯(lián)測二維控制點(diǎn)成果的兼容性進(jìn)行檢核，控制點(diǎn)成果的兼容性檢核采用了剔點(diǎn)法和加點(diǎn)法2種方法[5]。

3 轉(zhuǎn)換關(guān)系的確立

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，可以通過空間變換的方法予以實(shí)現(xiàn)，也可以通過平面變換的方法予以實(shí)現(xiàn)。對于空間變換方法，最常用的有布爾莎模型，又稱為七參數(shù)轉(zhuǎn)換法[6]。此次對于不同高斯投影平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，因范圍較小，可考慮采用平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，它屬于兩維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，對于三維坐標(biāo)，需將坐標(biāo)通過高斯投影變換得到平面坐標(biāo)再計算轉(zhuǎn)換參數(shù)。轉(zhuǎn)換內(nèi)符合精度通過轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)與控制點(diǎn)坐標(biāo)的殘差反映[7]。

式中，x0，y0為平移參數(shù)；α為旋轉(zhuǎn)參數(shù)；m為尺度參數(shù)；x2，y2為2000國家大地坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)系；x1，y1為原坐標(biāo)系下平面直角坐標(biāo)，坐標(biāo)單位為m。

由于宜昌市規(guī)劃部門現(xiàn)行坐標(biāo)基準(zhǔn)為20 世紀(jì)80年代、90 年代分別建立的1954 年北京坐標(biāo)系，且未進(jìn)行整體聯(lián)合平差，存在一定系統(tǒng)誤差。具體轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換殘差如表3、4所示。

表3 轉(zhuǎn)換內(nèi)符合殘差表

表4 轉(zhuǎn)換外符合殘差表

4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件

為了實(shí)現(xiàn)已有數(shù)據(jù)資料的基準(zhǔn)統(tǒng)一，項(xiàng)目開發(fā)了一套坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件。該軟件具備實(shí)用、安全、保密、可靠、高效、便捷等特點(diǎn)，同時也需具備擴(kuò)展性。

矢量數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是指將數(shù)據(jù)中的坐標(biāo)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而不改變其相關(guān)屬性。柵格數(shù)據(jù)是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物的屬性特征。一般點(diǎn)是由一個像素來表示，線由相鄰的多個像素來表示，面則由連續(xù)的一片像素來表示。這種數(shù)據(jù)一般可以認(rèn)為“屬性明顯，位置隱含”。帶有地理信息的柵格數(shù)據(jù)一般是以陣列中某一位置為起點(diǎn)，然后通過其分辨率和像素點(diǎn)在陣列中的位置計算出此點(diǎn)的位置。柵格數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是將每一個像素點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到目的坐標(biāo)下。以遙感圖像TIF文件為例，一般的TIF文件包括2個文件：圖像文件（.tif）和坐標(biāo)定位文件（.tfw）。轉(zhuǎn)換時，將分別按照下述流程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如圖4、5所示。

圖4 矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

圖5 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

5 結(jié) 論

本文詳細(xì)闡述了宜昌城區(qū)2000國家大地基準(zhǔn)的建設(shè)情況。通過GNSS控制點(diǎn)與HBCORS、YCCORS參考站的聯(lián)測，高精度的數(shù)據(jù)處理，完成了宜昌城區(qū)范圍2000 國家大地坐標(biāo)系與1954 年北京坐標(biāo)系、1980 西安坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換關(guān)系的確立，及數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件的研制。

通過分區(qū)轉(zhuǎn)換將歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系，改善了宜昌城區(qū)因坐標(biāo)基準(zhǔn)不一致導(dǎo)致的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)無法有效整合的問題，為今后各部門使用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。