面向服務的城市現代測繪基準體系建設

張云青，王琰開，冉慧敏

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

面向服務的城市現代測繪基準體系建設

張云青1，2?，王琰開1，2，冉慧敏1，2

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

介紹了現代測繪基準體系的重要性，分析了其建設的作用和意義。以常州市為例，在分析原有測繪基準局限性的基礎上，著重介紹了現代測繪基準體系的建設情況，包括基礎設施的改造升級、基準成果的管理以及基準成果的應用與共享。

現代測繪基準體系；CZCORS；數字高程基準；基準數據庫；綜合服務平臺

? 收稿日期:2016—02—27

作者簡介:張云青（1968—），女，注冊測繪師，正高職高級工程師，主要從事測繪技術與質量管理。

基金項目：住房城鄉建設部2015年科學技術項目計劃-軟科學研究項目（2015-R2-051）

1 概 述

測繪基準體系是國民經濟、社會發展和信息化建設的重要基礎［1］。傳統測繪基準歷經半個世紀的發展，為國民經濟、國防和社會的可持續發展提供了及時、適用、可靠的測繪保障［2］。然而，隨著測繪地理信息技術的不斷發展，原有測繪基準體系提供的成果精度低，現勢性差，服務能力不足，相比時代發展步伐已明顯滯后。因此，為了滿足經濟社會發展和信息化建設對測繪基準的要求，我國各省市和地區如武漢市、寧波市、重慶市等［3～6］均已建成了包括高精度平面控制網、精密水準網、城市CORS系統和區域似大地水準面精化模型在內的現代測繪基準體系，其具有三維、高精度、動態、地心、實用等特點［7］。

然而各城市所建立的現代測繪基準體系重點在于基礎設施的建設，本文在其基礎上進行了擴充和提升，增加了基準管理、基準智能應用和共享的內容。以常州市為例，首先進行基礎設施的建設，包括對原有平面與高程控制網及CZCORS系統的改造升級、數字高程基準的建設；其次是測繪基準成果的管理，包括基準數據庫和基準管理系統的建設；最后是測繪基準成果的應用和共享，包括基準應用系統和綜合服務平臺的建設。

2 常州市原有測繪基準

常州市原有測繪基準體系在常州市的規劃、建設、國土、地質、水利、勘探等領域發揮了重要的作用。然而，隨著經濟建設和測繪科技的不斷發展，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，無法實現市域的全覆蓋；②常州市區與下轄金壇市、溧陽市的測繪基準體系不統一；③已有控制點破壞嚴重；④平面和高程成果分離，不便于使用；⑤低等級的水準測量制約生產力和生產效率的提高；⑥CZCORS的時間和空間可用性不足；⑦基準成果管理不規范，應用不智能；⑧缺少基準成果的共享平臺和共享機制。

為解決上述問題，本文構建了新一代的測繪基準體系，從而有助于提升常州市的測繪服務水平，為信息化測繪奠定基礎。

3 常州市現代測繪基準體系建設

常州市現代測繪基準體系建設本著兼顧傳統、立足當下、面向未來的原則，充分利用原有資源，滿足當前生產需要，著眼未來發展趨勢。項目主要包括以下幾部分的內容:①基礎設施建設（原有平面控制網、高程控制網、常州市連續運行衛星定位系統（CZCORS）的改造升級、常州市域數字高程基準的建立）；②測繪基準成果管理（常州市現代測繪基準數據庫及管理系統建設）；③測繪基準成果的應用和共享（測繪基準應用系統和綜合服務平臺（www.czcors.com）建設）。

3.1 基礎設施建設

3.1.1 平面控制網改造升級

平面控制網由框架網和全面網組成?？蚣芫W由江蘇省連續運行衛星定位系統（JSCORS）中的若干參考站和常州市連續運行衛星定位服務系統（CZCORS）中的全部參考站組成，全面網由JSCORS和CZCORS中的溧陽、社渚、金壇、宜興、東壩、白馬6個參考站和50 個C級點組成。

基線解算選取了9個全球IGS基準站作為起算點，與框架網進行了聯合基線處理，基線向量重復性統計圖表1所示；三維無約束平差顯示基線分量的改正數均在±3 cm以內，說明基線解算和整網的內符合精度較高；三維約束平差結果顯示點位精度平面優于5 mm，高程優于 1 cm。

基線向量重復性統計表 表1

通過控制網的布設、觀測、基線解算和網平差，得到了覆蓋常州市域的平面控制網的CGCS 2000坐標成果，從而完成了對原有平面控制網的改造升級，首次在常州市域建立了2000國家大地坐標系。

3.1.2 高程控制網改造升級

針對高程控制網的改造升級和今后高程基準的維持，新建了3座基巖標，分別位于市測繪院（CZ01）、圩塘中學（CZ02）和南夏墅初級中學（CZ03）。

新布設的精密水準網共包含水準點331個，控制面積 4 383 km2，線路總長 1 428 km。為了提高二等水準測量的精度，在數據處理中考慮了如下5項改正:往返測標尺長度改正、水準標尺溫度改正、正常水準面不平行改正、重力異常改正、往返測固體潮改正，并且提出了一種新的固體潮改正的算法。水準網平差結果顯示水準路線共形成75個閉合環，最大環閉合差±11.1 mm（限差為±35.2 mm），最小環閉合差0（限差為 ±13.5 mm），精度統計如表2所示。

閉合環精度統計表 表2

通過精密水準網的布設、觀測和數據處理，得到了覆蓋常州市域的高程控制網的1985國家高程基準成果，從而完成了對原有高程控制網的改造升級，首次在常州市域建立了1985國家高程基準。

3.1.3 CZCORS改造升級

（1）新建參考站

在原有CZCORS的基礎上新建5個參考站以解決某些區域內獲得固定解較慢或無法獲得固定解的問題，新建成的CZCORS包含9個參考站，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）系統升級

充分利用原有CZCORS的基礎設施進行了軟硬件設備的系統升級，建立了兼容北斗的三星系統。新建成的系統既可以采用三星定位，同時也支持單北斗定位，用戶在使用過程中可根據自身需要進行衛星系統的選擇和切換（如圖2所示）。即使在GPS不可用的情況下，系統依然可以保證各項生產任務的順利實施。

圖2　衛星系統選擇和切換界面

對新建成的三星系統進行的性能測試顯示系統功能和連續自動運行能力較強，時間可用性、空間可用性和定位服務時效性都得到了明顯的提高，但系統的定位精度與傳統的雙星系統相當，并沒有得到明顯的提高。

3.1.4 數字高程基準的建立

數字高程基準即似大地水準面數值模型。常州市域似大地水準面精化采用了48個GPS水準數據，計算平均空間重力異常時采用了 1 623個點重力數據，計算格網布格改正、地形改正和均衡改正時在陸地部分采用了SRTM的空間飛行任務數據庫7.5″×7.5″的DTM資料。

采用陸地2′′2′格網空間重力異常作為輸入數據，以EIGEN05C作為參考重力場模型。似大地水準面的計算采用了第二類Helmert凝集法，考慮了地球曲率影響的嚴密球面積分公式。計算地形的直接和間接影響的積分半徑均采用 300 km。

48個GPS水準點與重力似大地水準面的差值最大、最小值分別為0.024 m、-0.019 m，標準差為±0.010 m。利用球冠諧調和分析方法將重力似大地水準面與GPS水準進行擬合得到的2′′2′的似大地水準面數值模型與GPS水準比較的標準差為±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面數值模型可以將GNSS定位獲得的大地高快速準確地轉換為正常高，從而改變傳統的高程測量作業模式，取代低等級水準測量，真正實現GNSS技術在幾何和物理意義上的三維定位功能。

3.2 測繪基準成果的管理

3.2.1 測繪基準數據庫

建立測繪基準數據庫的目的是實現對常州市歷史基準數據的全生命周期管理，便于今后的調用和查詢。數據庫建設遵循數據和應用分離的基本原則，所有數據資源集中管理、集中維護、分布使用?？臻g數據、非空間數據分開存儲，空間數據和非空間數據之間通過相關特征進行關聯和體現，實現數據間的動態互訪。數據庫中的數據包括測繪基準數據、元數據和業務數據。

3.2.2 基準管理系統

基準管理系統采用C/S架構，基于AutoCAD 2010平臺，采用Oracle數據庫直連方式進行數據的調取與入庫，便于基準管理人員進行各項常規管理操作（如圖3所示）。管理系統具有的功能模塊主要包括:

圖3　CAD基準管理系統

（1）圖面展點:將基準數據庫中的數據展繪到CAD圖中；

（2）數據質檢:對將要入庫的基準數據進行質檢，確保數據的正確性；

（3）監理入庫:將新增的基準數據及點之記等圖片數據入庫；

（4）屬性查詢:查詢基準數據的屬性信息，如點名、點號、類型等；

（5）條件查詢:根據用戶自定義的條件查詢數據庫中的數據。

3.3 測繪基準成果的應用和共享

3.3.1 基準應用系統

基準應用系統基于Android平臺研發，便于外業測繪人員通過手機等移動端設備使用（如圖4所示），應用系統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、專題地圖等圖層；（2）用戶定位:用戶可以實時確定自己當前的位置；（3）基準點查詢:用戶可以根據距離查詢離自己最近的平面和高程控制點；

（4）路徑分析:用戶選擇了控制點，系統會選擇最優路徑，并通過導航的方式指引用戶前往。

圖4　移動端基準應用系統

3.3.2 綜合服務平臺

為了方便各類用戶快速、便捷地使用建設成果，實現測繪基準的“一站式”服務，建立了測繪基準綜合服務平臺［8］（如圖5所示），通過互聯網向公眾發布。

圖5　綜合服務平臺

平臺提供的常規功能包括用戶資費查詢、觀測條件與參考站信息動態更新、新聞公告與業務下載等；平臺提供的核心功能主要包括以下幾方面:

（1）數據下載

系統可供下載的數據包括全球IGS基準站數據（觀測文件、廣播星歷、精密星歷）和CZCORS參考站數據（觀測數據、星歷數據）。

（2）數據后處理服務

用戶需提供GPS接收機類型、天線類型、天線高等必要信息，并上傳觀測數據，系統數據處理完畢后將結果反饋給用戶。

（3）軟件定制

系統提供的可定制軟件主要包括三類:①平面基準轉換軟件；②高程系統轉換軟件；③測繪信息管理與應用軟件。

4 結 論

常州市高精度平面與高程控制網、三星CORS系統和數字高程基準構成了常州市現代測繪基準體系的基礎設施，基準數據庫的搭建和管理系統的建設完成實現了對測繪基準成果的管理，基準應用系統和綜合服務平臺的建設完成實現了基準成果的共享和發布。常州市現代測繪基準體系的建成有助于加快推進測繪智慧化進程，提升測繪地理信息的生產力和服務水平，提高測繪地理信息在促進常州市現代化建設中的能力和作用，也必將取得巨大的經濟和社會效益。

［1］張全德，張燕平.測繪基準體系建設的探討［J］.測繪通報，2005（4）：1～4.

［2］陳俊勇.面向數字中國建設中國的現代測繪基準［J］.測繪通報，2001（3）：1～3.

［3］肖建華，王厚之，李江衛等.武漢市現代測繪基準體系建設［J］.城市勘測，2007（6）：11～14.

［4］曹學禮、張旭東、金頌偉等.寧波市現代測繪基準體系的構建［J］.城市勘測，2008（2）：6～9.

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

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

［7］陳俊勇，黨亞民，張鵬.建設我國現代化測繪基準體系的思考［J］.測繪通報，2009（7）：1～5.

［8］許超鈐，姚宜斌，張豹等.現代測繪基準綜合管理服務系統的研究與構建［J］.測繪地理信息，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中圖分類號：P223

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