深汕特别合作区现代测绘基准体系建设与应用

深汕特别合作区现代测绘基准体系建设与应用

唐晓卿

湖南省地质测绘院，湖南、衡阳 421000

摘要：随着科技的不断进步，为了保障城市的建设发展，很多城市迫切需要构建现代测绘基准体系。本文以深圳市深汕特别合作区为例，阐述了城市现代测绘基准体系建设工作，介绍了合作区历史基准情况，重点阐述了城市现代基准体系的具体建设工作思路，主要包括技术路线和技术方法，建设内容和成果应用。

关键字：现代测绘基准；北斗地基增强系统；似大地水准面；深度基准；独立坐标系统。

测绘基准是进行各种测量工作的起算数据和起算面，是确定地理空间信息几何与物理特征和时空分布的基础，在国家经济建设、社会发展、国家安全及信息化建设等方面发挥着重要作用。2012年我国启动国家现代测绘基准体系基础设施建设工程，2017年5月通过验收，建立了高精度、地心、动态、统一的现代测绘基准体系。现代测绘基准体系对提高国家乃至地方测绘地理信息保障服务能力，满足经济社会发展需求等具有重要意义^[1-3]。

1、深汕特别合作区历史基准概况

深汕特别合作区（以下简称“合作区”）一直以来使用的是1980西安坐标系，没有建立向2000国家大地坐标系的转换关系，不具备提供2000国家大地坐标系的基础测绘成果条件。其次，合作区位于东经114 °50’和 115°06’之间，采用标准的3°带（中央子午线114°）投影，投影长度变形值在10.8cm/km至18.2cm/km之间，远超过规范要求的2.5cm/km，在该投影下的测绘成果不符合城市测量的要求。再则，合作区现有最高等级控制网为GPS-D级控制网（14个点）和三等水准高程控制网（15个点），点位少且破坏程度高。以上情况均迫切要求建立合作区现代测绘基准体系。

目前，深汕特别合作区平面坐标系统采用1980西安大地坐标系，高程系统采用1985国家高程基准。区内已有GPS C级点3个。2014年通过项目建立了14个GPS-D级点和15个三等水准点。

2、总体思路

在2000国家大地坐标基准框架的基础上，综合利用GNSS定位技术、水准测量技术、海洋重力、卫星测高等资料，在合作区建立陆海统一的现代测绘基准体系，为全区的建设和发展提供重要的测绘基础保障，满足国家“全面启用2000国家大地坐标系”的要求，规范全区基础地理信息数据的测绘工作，为全区今后国家高程基准维护、跨海大桥及深水港口及配套工程的施工提供重要的基础性技术支撑，为实现RTK三维水深测量作业模式等奠定基础。具体建设目标包括：

（1）北斗地基增强连续运行CORS系统的建立。

（2）高精度、高等级的平面、高程框架网的建立。

（3）陆海统一的似大地水准面模型及垂直基准的建立。

（4）深汕特别合作区独立坐标系的建立及基础地理信息数据坐标转换。

3、项目建设内容

3.1．建立北斗地基增强连续运行CORS系统

按照整体设计、统一布网的原则，在合作区内合理选址并建立3个北斗CORS站，CORS站间距控制在30公里以内，保障全区覆盖；采用独立运行的双系统模式（进口、国产品牌基准站设备并行运行），建立北斗地基增强连续运行CORS系统^[4]，实现厘米级定位和米级导航定位，用户能高效使用。后期可与深圳CORS系统和广东省CORS系统联网或资源共享。

表1 系统各单元定义与功能

3.2．建立高精度、高等级的平面、高程框架网

根据区内已有的C级点分布情况，新布设7个B级GNSS观测墩，结合新增3个CORS站，构成全合作区覆盖，平均边长小于10km的GNSS网。同时联测合作区周边的广东省A、B级GPS网的基准点（3-4个），构成合作区平面控制基准网。同时为了对附近海岛开发建设提供支持，考虑在芒屿岛，江牡岛这2个岛屿利用927一期工程海岛(礁)测绘基准建设项目布设的GNSS观测墩进行B级GNSS观测（不连测水准）。

根据对区内已有的国家现代测绘基准体系基础设施建设工程一等水准路线（Ⅰ广普线）分布情况，结合项目内容要求，拟利用已有的一等水准点、合作区C级点、建设新增B级观测墩、927项目点位等约14个，新埋设约46个普通水准点，采用闭合环线或水准支线的方式沿城市主要道路对全测区进行一等水准的覆盖。布设后的三维控制网设计网图如下：

图1：合作区三维控制网分布图

3.3．建立陆海统一的似大地水准面模型及垂直基准

收集多代卫星测高数据和海域船测重力、卫星重力、航空重力、岛礁重力等资料，并融合处理；收集SRTM陆地地形数据和ETOPO1海深资料并进行处理；由重力数据和地形数据，解算出高分辨率格网重力似大地水准面，利用GNSS结合水准实测数据获得低分辨率、离散的似大地水准面高；将重力和GNSS水准两类似大地水准面高进行融合，得到陆海统一的似大地水准面数值模型。最终建立深汕特别合作区陆域1cm、海域3cm精度的陆海统一似大地水准面模型，实现陆海垂直基准的建立和统一。

采用基于Stokes-Helmert理论的计算方法，由重力数据和地形数据，解算出高分辨率格网重力似大地水准面，在格网重力似大地水准面的计算中，采用陆海统一重力归算新模型；然后制定先进的技术标准，利用GNSS加水准实测数据获得低分辨率、离散的国家似大地水准面高；最后利用所提出的具有原创性的球冠谐融合和统一陆海大地水准面方法，将重力和GNSS水准两类似大地水准面高，融合为近海似大地水准面数值模型^[5]。

图2 合作区似大地水准面精化流程图

为构建高精度的深度基准面模型以及高程基面向深度基准面的转换模型，采用如下2个关键技术：基于改进型潮差比法的深度基准面模型构建方法和基于空间内插的区域深度基准面转换格网模型的构建方法。确定区域内深度基准面与1985国家高程基准面之间的转换关系，首先在潮位站上进行GNSS观测，结合潮位站的水准联测数据，计算各个潮位站上的差值；然后根据各个验潮站上两个基准面高程的差值，采用适当的内插方法推算区域内其他点位上深度基准面与1985国家高程基准面的差距。

图3 合作区深度基准面模型建设方案

3.4．建立深汕特别合作区独立坐标系及实现基础地理信息数据坐标转换

合作区目前使用的是西安80坐标，且选择的投影存在变形严重的问题，需建立一个基于2000国家大地坐标系的合作区独立坐标系，解决投影长度变形、与2000国家大地坐标系统一的问题。在充分收集并分析已有成果资料的基础上，通过采用科学严密的方法推算比选，确定坐标转换模型及方法，求取合作区内深汕独立坐标系、2000国家大地坐标系与西安80坐标系、北京54坐标系相互的转换参数，以解决存量数据的转换问题。编制坐标转换软件，保障基础地理信息数据向2000国家大地坐标系的转换要求。有利于保证地理信息资源的完整性和一致性，能够促进地理信息资源共享，为智慧城市建设提供统一的时空基准。

4、成果应用

建设成果主要应用于地方测绘地理信息建设实践，如基础测绘、城市测量、地理信息平台建设等，显著降低了生产成本，提高了生产效率；服务于合作区重大建设项目的工程测量实践，精度高、速度快，有力保障了项目实施；服务与合作区城市规划、国土资源和不动产登记等政府部门，大幅提高城市管理水平，面向社会提供测绘基准及定位公益服务，如通讯、能源、教育、科技、工程、城管、水利、农业、公安、海洋等领域，逐步走向测绘服务社会化，并取得良好社会经济效益^[6]。

5. 结语

基于沿海区域陆海统一的测绘基准建设的理论体系、技术方法和实现方法的深汕特别合作区现代测绘基准体系成果，提升了地方测绘基准信息化服务能力和水平，有效保障了城市建设发展，具有重要的示范性意义。

目前，深汕特别合作区现代测绘基准成果基本可以满足合作区经济建设、社会发展、应急服务等地理信息服务需求。在新形势下，为适应国家政策和发展需求，更好地服务于城市发展和民生，还需进一步建设发展地方现代测绘基准体系，如积极开展和探索新型基础测绘，深化推广社会化服务等。

参考文献：

1. 张鹏，武军郦，孙占义.国家现代测绘基准建设与服务[J].地理信息世界，2018,25（1）：39-41.

2. 陈俊勇，张鹏.国家测绘基准“十二五”重大项目的思考[J].武汉大学学报（信息科学版），2009,34（10）：1135-1138.

3. 佟洞，李昱春，宋玉兵.江苏省陆海统一基准的建设探讨[J].现代测绘，2017,40（3）：49-52.

4. 伍鑫.珠海北斗CORS系统建设的实现和精度分析[J].测绘与空间地理信息，2016（5）:187-188.

5. 李秀龙，丁建勋.珠海市陆海统一似大地水准面精确求定[J].测绘与空间地理信息.2017(6):163-165.

6. 黄杰云，珠海市现代测绘基准体系建设与应用[J].测绘通报2021（5）：129-130.

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