張?jiān)魄?，王琰開(kāi)，冉慧敏

（1.常州市測(cè)繪院，江蘇常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇常州 213003）

面向服務(wù)的城市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)

張?jiān)魄?，2?，王琰開(kāi)1，2，冉慧敏1，2

（1.常州市測(cè)繪院，江蘇常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇常州 213003）

介紹了現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的重要性，分析了其建設(shè)的作用和意義。以常州市為例，在分析原有測(cè)繪基準(zhǔn)局限性的基礎(chǔ)上，著重介紹了現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的建設(shè)情況，包括基礎(chǔ)設(shè)施的改造升級(jí)、基準(zhǔn)成果的管理以及基準(zhǔn)成果的應(yīng)用與共享。

現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系；CZCORS；數(shù)字高程基準(zhǔn)；基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；綜合服務(wù)平臺(tái)

? 收稿日期:2016—02—27

作者簡(jiǎn)介:張?jiān)魄啵?968—），女，注冊(cè)測(cè)繪師，正高職高級(jí)工程師，主要從事測(cè)繪技術(shù)與質(zhì)量管理。

基金項(xiàng)目：住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2015年科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃-軟科學(xué)研究項(xiàng)目（2015-R2-051）

1 概 述

測(cè)繪基準(zhǔn)體系是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)［1］。傳統(tǒng)測(cè)繪基準(zhǔn)歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了及時(shí)、適用、可靠的測(cè)繪保障［2］。然而，隨著測(cè)繪地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展，原有測(cè)繪基準(zhǔn)體系提供的成果精度低，現(xiàn)勢(shì)性差，服務(wù)能力不足，相比時(shí)代發(fā)展步伐已明顯滯后。因此，為了滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和信息化建設(shè)對(duì)測(cè)繪基準(zhǔn)的要求，我國(guó)各省市和地區(qū)如武漢市、寧波市、重慶市等［3～6］均已建成了包括高精度平面控制網(wǎng)、精密水準(zhǔn)網(wǎng)、城市CORS系統(tǒng)和區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化模型在內(nèi)的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系，其具有三維、高精度、動(dòng)態(tài)、地心、實(shí)用等特點(diǎn)［7］。

然而各城市所建立的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系重點(diǎn)在于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，本文在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)充和提升，增加了基準(zhǔn)管理、基準(zhǔn)智能應(yīng)用和共享的內(nèi)容。以常州市為例，首先進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，包括對(duì)原有平面與高程控制網(wǎng)及CZCORS系統(tǒng)的改造升級(jí)、數(shù)字高程基準(zhǔn)的建設(shè)；其次是測(cè)繪基準(zhǔn)成果的管理，包括基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和基準(zhǔn)管理系統(tǒng)的建設(shè)；最后是測(cè)繪基準(zhǔn)成果的應(yīng)用和共享，包括基準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)和綜合服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)。

2 常州市原有測(cè)繪基準(zhǔn)

常州市原有測(cè)繪基準(zhǔn)體系在常州市的規(guī)劃、建設(shè)、國(guó)土、地質(zhì)、水利、勘探等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。然而，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和測(cè)繪科技的不斷發(fā)展，其缺陷和不足日顯突出，主要包括以下幾方面:①覆蓋范圍有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)市域的全覆蓋；②常州市區(qū)與下轄金壇市、溧陽(yáng)市的測(cè)繪基準(zhǔn)體系不統(tǒng)一；③已有控制點(diǎn)破壞嚴(yán)重；④平面和高程成果分離，不便于使用；⑤低等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量制約生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的提高；⑥CZCORS的時(shí)間和空間可用性不足；⑦基準(zhǔn)成果管理不規(guī)范，應(yīng)用不智能；⑧缺少基準(zhǔn)成果的共享平臺(tái)和共享機(jī)制。

為解決上述問(wèn)題，本文構(gòu)建了新一代的測(cè)繪基準(zhǔn)體系，從而有助于提升常州市的測(cè)繪服務(wù)水平，為信息化測(cè)繪奠定基礎(chǔ)。

3 常州市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)

常州市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)本著兼顧傳統(tǒng)、立足當(dāng)下、面向未來(lái)的原則，充分利用原有資源，滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要，著眼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。項(xiàng)目主要包括以下幾部分的內(nèi)容:①基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（原有平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、常州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（CZCORS）的改造升級(jí)、常州市域數(shù)字高程基準(zhǔn)的建立）；②測(cè)繪基準(zhǔn)成果管理（常州市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)及管理系統(tǒng)建設(shè)）；③測(cè)繪基準(zhǔn)成果的應(yīng)用和共享（測(cè)繪基準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)和綜合服務(wù)平臺(tái)（www.czcors.com）建設(shè)）。

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

3.1.1 平面控制網(wǎng)改造升級(jí)

平面控制網(wǎng)由框架網(wǎng)和全面網(wǎng)組成。框架網(wǎng)由江蘇省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（JSCORS）中的若干參考站和常州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CZCORS）中的全部參考站組成，全面網(wǎng)由JSCORS和CZCORS中的溧陽(yáng)、社渚、金壇、宜興、東壩、白馬6個(gè)參考站和50 個(gè)C級(jí)點(diǎn)組成。

基線解算選取了9個(gè)全球IGS基準(zhǔn)站作為起算點(diǎn)，與框架網(wǎng)進(jìn)行了聯(lián)合基線處理，基線向量重復(fù)性統(tǒng)計(jì)圖表1所示；三維無(wú)約束平差顯示基線分量的改正數(shù)均在±3 cm以?xún)?nèi)，說(shuō)明基線解算和整網(wǎng)的內(nèi)符合精度較高；三維約束平差結(jié)果顯示點(diǎn)位精度平面優(yōu)于5 mm，高程優(yōu)于 1 cm。

基線向量重復(fù)性統(tǒng)計(jì)表 表1

通過(guò)控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測(cè)、基線解算和網(wǎng)平差，得到了覆蓋常州市域的平面控制網(wǎng)的CGCS 2000坐標(biāo)成果，從而完成了對(duì)原有平面控制網(wǎng)的改造升級(jí)，首次在常州市域建立了2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。

3.1.2 高程控制網(wǎng)改造升級(jí)

針對(duì)高程控制網(wǎng)的改造升級(jí)和今后高程基準(zhǔn)的維持，新建了3座基巖標(biāo)，分別位于市測(cè)繪院（CZ01）、圩塘中學(xué)（CZ02）和南夏墅初級(jí)中學(xué)（CZ03）。

新布設(shè)的精密水準(zhǔn)網(wǎng)共包含水準(zhǔn)點(diǎn)331個(gè)，控制面積 4 383 km2，線路總長(zhǎng) 1 428 km。為了提高二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度，在數(shù)據(jù)處理中考慮了如下5項(xiàng)改正:往返測(cè)標(biāo)尺長(zhǎng)度改正、水準(zhǔn)標(biāo)尺溫度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正、往返測(cè)固體潮改正，并且提出了一種新的固體潮改正的算法。水準(zhǔn)網(wǎng)平差結(jié)果顯示水準(zhǔn)路線共形成75個(gè)閉合環(huán)，最大環(huán)閉合差±11.1 mm（限差為±35.2 mm），最小環(huán)閉合差0（限差為 ±13.5 mm），精度統(tǒng)計(jì)如表2所示。

閉合環(huán)精度統(tǒng)計(jì)表 表2

通過(guò)精密水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)、觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理，得到了覆蓋常州市域的高程控制網(wǎng)的1985國(guó)家高程基準(zhǔn)成果，從而完成了對(duì)原有高程控制網(wǎng)的改造升級(jí)，首次在常州市域建立了1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3.1.3 CZCORS改造升級(jí)

（1）新建參考站

在原有CZCORS的基礎(chǔ)上新建5個(gè)參考站以解決某些區(qū)域內(nèi)獲得固定解較慢或無(wú)法獲得固定解的問(wèn)題，新建成的CZCORS包含9個(gè)參考站，如圖1所示，可以有效覆蓋常州全市域。

圖1　CZCORS參考站分布圖

（2）系統(tǒng)升級(jí)

充分利用原有CZCORS的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了軟硬件設(shè)備的系統(tǒng)升級(jí)，建立了兼容北斗的三星系統(tǒng)。新建成的系統(tǒng)既可以采用三星定位，同時(shí)也支持單北斗定位，用戶在使用過(guò)程中可根據(jù)自身需要進(jìn)行衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇和切換（如圖2所示）。即使在GPS不可用的情況下，系統(tǒng)依然可以保證各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)的順利實(shí)施。

圖2　衛(wèi)星系統(tǒng)選擇和切換界面

對(duì)新建成的三星系統(tǒng)進(jìn)行的性能測(cè)試顯示系統(tǒng)功能和連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行能力較強(qiáng)，時(shí)間可用性、空間可用性和定位服務(wù)時(shí)效性都得到了明顯的提高，但系統(tǒng)的定位精度與傳統(tǒng)的雙星系統(tǒng)相當(dāng)，并沒(méi)有得到明顯的提高。

3.1.4 數(shù)字高程基準(zhǔn)的建立

數(shù)字高程基準(zhǔn)即似大地水準(zhǔn)面數(shù)值模型。常州市域似大地水準(zhǔn)面精化采用了48個(gè)GPS水準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算平均空間重力異常時(shí)采用了 1 623個(gè)點(diǎn)重力數(shù)據(jù)，計(jì)算格網(wǎng)布格改正、地形改正和均衡改正時(shí)在陸地部分采用了SRTM的空間飛行任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)7.5″×7.5″的DTM資料。

采用陸地2′′2′格網(wǎng)空間重力異常作為輸入數(shù)據(jù)，以EIGEN05C作為參考重力場(chǎng)模型。似大地水準(zhǔn)面的計(jì)算采用了第二類(lèi)Helmert凝集法，考慮了地球曲率影響的嚴(yán)密球面積分公式。計(jì)算地形的直接和間接影響的積分半徑均采用 300 km。

48個(gè)GPS水準(zhǔn)點(diǎn)與重力似大地水準(zhǔn)面的差值最大、最小值分別為0.024 m、-0.019 m，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.010 m。利用球冠諧調(diào)和分析方法將重力似大地水準(zhǔn)面與GPS水準(zhǔn)進(jìn)行擬合得到的2′′2′的似大地水準(zhǔn)面數(shù)值模型與GPS水準(zhǔn)比較的標(biāo)準(zhǔn)差為±0.007 m，最大值和最小值分別為 0.018 m、-0.020 m。

利用高精度、高分辨率的似大地水準(zhǔn)面數(shù)值模型可以將GNSS定位獲得的大地高快速準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為正常高，從而改變傳統(tǒng)的高程測(cè)量作業(yè)模式，取代低等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，真正實(shí)現(xiàn)GNSS技術(shù)在幾何和物理意義上的三維定位功能。

3.2 測(cè)繪基準(zhǔn)成果的管理

3.2.1 測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)

建立測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)常州市歷史基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的全生命周期管理，便于今后的調(diào)用和查詢(xún)。數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)遵循數(shù)據(jù)和應(yīng)用分離的基本原則，所有數(shù)據(jù)資源集中管理、集中維護(hù)、分布使用。空間數(shù)據(jù)、非空間數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)之間通過(guò)相關(guān)特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)和體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的動(dòng)態(tài)互訪。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)包括測(cè)繪基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

3.2.2 基準(zhǔn)管理系統(tǒng)

基準(zhǔn)管理系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，基于AutoCAD 2010平臺(tái)，采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)直連方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)取與入庫(kù)，便于基準(zhǔn)管理人員進(jìn)行各項(xiàng)常規(guī)管理操作（如圖3所示）。管理系統(tǒng)具有的功能模塊主要包括:

圖3　CAD基準(zhǔn)管理系統(tǒng)

（1）圖面展點(diǎn):將基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)展繪到CAD圖中；

（2）數(shù)據(jù)質(zhì)檢:對(duì)將要入庫(kù)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢，確保數(shù)據(jù)的正確性；

（3）監(jiān)理入庫(kù):將新增的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)及點(diǎn)之記等圖片數(shù)據(jù)入庫(kù)；

（4）屬性查詢(xún):查詢(xún)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的屬性信息，如點(diǎn)名、點(diǎn)號(hào)、類(lèi)型等；

（5）條件查詢(xún):根據(jù)用戶自定義的條件查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

3.3 測(cè)繪基準(zhǔn)成果的應(yīng)用和共享

3.3.1 基準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)

基準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)基于Android平臺(tái)研發(fā)，便于外業(yè)測(cè)繪人員通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)端設(shè)備使用（如圖4所示），應(yīng)用系統(tǒng)具有的功能模塊主要包括:

（1）圖層選擇:用戶可以選擇地形圖、影像圖、專(zhuān)題地圖等圖層；（2）用戶定位:用戶可以實(shí)時(shí)確定自己當(dāng)前的位置；（3）基準(zhǔn)點(diǎn)查詢(xún):用戶可以根據(jù)距離查詢(xún)離自己最近的平面和高程控制點(diǎn)；

（4）路徑分析:用戶選擇了控制點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)選擇最優(yōu)路徑，并通過(guò)導(dǎo)航的方式指引用戶前往。

圖4　移動(dòng)端基準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)

3.3.2 綜合服務(wù)平臺(tái)

為了方便各類(lèi)用戶快速、便捷地使用建設(shè)成果，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪基準(zhǔn)的“一站式”服務(wù)，建立了測(cè)繪基準(zhǔn)綜合服務(wù)平臺(tái)［8］（如圖5所示），通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向公眾發(fā)布。

圖5　綜合服務(wù)平臺(tái)

平臺(tái)提供的常規(guī)功能包括用戶資費(fèi)查詢(xún)、觀測(cè)條件與參考站信息動(dòng)態(tài)更新、新聞公告與業(yè)務(wù)下載等；平臺(tái)提供的核心功能主要包括以下幾方面:

（1）數(shù)據(jù)下載

系統(tǒng)可供下載的數(shù)據(jù)包括全球IGS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)（觀測(cè)文件、廣播星歷、精密星歷）和CZCORS參考站數(shù)據(jù)（觀測(cè)數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)）。

（2）數(shù)據(jù)后處理服務(wù)

用戶需提供GPS接收機(jī)類(lèi)型、天線類(lèi)型、天線高等必要信息，并上傳觀測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理完畢后將結(jié)果反饋給用戶。

（3）軟件定制

系統(tǒng)提供的可定制軟件主要包括三類(lèi):①平面基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換軟件；②高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換軟件；③測(cè)繪信息管理與應(yīng)用軟件。

4 結(jié) 論

常州市高精度平面與高程控制網(wǎng)、三星CORS系統(tǒng)和數(shù)字高程基準(zhǔn)構(gòu)成了常州市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)設(shè)施，基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建和管理系統(tǒng)的建設(shè)完成實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)繪基準(zhǔn)成果的管理，基準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)和綜合服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)完成實(shí)現(xiàn)了基準(zhǔn)成果的共享和發(fā)布。常州市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的建成有助于加快推進(jìn)測(cè)繪智慧化進(jìn)程，提升測(cè)繪地理信息的生產(chǎn)力和服務(wù)水平，提高測(cè)繪地理信息在促進(jìn)常州市現(xiàn)代化建設(shè)中的能力和作用，也必將取得巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］張全德，張燕平.測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)的探討［J］.測(cè)繪通報(bào)，2005（4）：1～4.

［2］陳俊勇.面向數(shù)字中國(guó)建設(shè)中國(guó)的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2001（3）：1～3.

［3］肖建華，王厚之，李江衛(wèi)等.武漢市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)［J］.城市勘測(cè)，2007（6）：11～14.

［4］曹學(xué)禮、張旭東、金頌偉等.寧波市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的構(gòu)建［J］.城市勘測(cè)，2008（2）：6～9.

［5］楊本廷，謝征海.淺談重慶市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)［J］.城市勘測(cè)，2013（3）：70～73.

［6］馬祥，李華平.蕪湖市現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系的建立［J］.城市勘測(cè)，2013（4）：83～86.

［7］陳俊勇，黨亞民，張鵬.建設(shè)我國(guó)現(xiàn)代化測(cè)繪基準(zhǔn)體系的思考［J］.測(cè)繪通報(bào)，2009（7）：1～5.

［8］許超鈐，姚宜斌，張豹等.現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)綜合管理服務(wù)系統(tǒng)的研究與構(gòu)建［J］.測(cè)繪地理信息，2014（6）：62～65.

The construction of Service-Oriented Fundamental System for Modern Surveying and Mapping for City

Zhang Yunqing1，2，Wang Yankai1，2，Ran Huimin1，2
（1.Changzhou Surveying and Mapping Institute，Changzhou 213003，China；
2.Changzhou City Geographic Information Technology Center，Changzhou 213003，China）

This paper introduced the importance of fundamental system for modern surveying and mapping，then analyzed the function and significance of the construction.Taking Changzhou city as an example，this paper mainly introduced the construction of fundamental system for modern surveying and mapping on the basis of the analysis of the original fundament，including the reform and upgrade of the infrastructure，the management offundamental achievements，as well as the application and sharing.

fundamentalsystem for modern surveying and mapping；CZCORS；digital elevation fundament；fundamental data base；integrated service platform

1672-8262（2016）02-15-04中圖分類(lèi)號(hào)：P223

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