建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)與數(shù)字城市

艾克拜爾·依不拉音

摘 要：建立一個(gè)高精度、覆蓋面廣的三維大地測量基準(zhǔn)平臺能有效滿足城市化建設(shè)對城市空間數(shù)字信息的需要。該文介紹了三維大地測量基準(zhǔn)的三個(gè)技術(shù)核心和平臺的建立對數(shù)字城市建設(shè)的意義。

關(guān)鍵詞：三維 測量基準(zhǔn) 數(shù)字城市

中圖分類號：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0255-01

1 高精度三維大地測量基準(zhǔn)建立的內(nèi)容

目前新疆已有部分城市已建立“連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”（Continuously OperatingReference Stations，簡稱CORS系統(tǒng)），各政府部門對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)說明了該測量基準(zhǔn)的建立對于數(shù)字城市建立的意義，即通過對城市基礎(chǔ)地理信息的采集、處理、分析和供應(yīng)為數(shù)字城市建設(shè)提供基礎(chǔ)信息服務(wù)。“三維大地測量基準(zhǔn)”是基于網(wǎng)絡(luò)的、動態(tài)地、連續(xù)地，同時(shí)也是快速、高精度地獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的現(xiàn)代信息基礎(chǔ)。

1.1 高精度GPS網(wǎng)控制建立

GPS網(wǎng)控制建立是指利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)向用戶提供動態(tài)的經(jīng)過檢測的不同觀測值以及有關(guān)信息。GPS定位技術(shù)應(yīng)用于城市測量，根本變革了傳統(tǒng)測量技術(shù)的布網(wǎng)方法、作業(yè)途徑和程序。GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)具有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性強(qiáng)、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合厘米級大地水準(zhǔn)面的建立，為城市規(guī)劃提供全方位、全天候的數(shù)字信息服務(wù)。由基準(zhǔn)站（參考站）、系統(tǒng)中心、呼叫中心、數(shù)據(jù)通信、用戶應(yīng)用等子系統(tǒng)組成建立GPS控制網(wǎng)需要的硬件設(shè)施有：基站配備電腦及調(diào)制解調(diào)器、基站固定電話線、手機(jī)及手機(jī)卡；軟件設(shè)施有：數(shù)據(jù)庫管理模塊、基站狀態(tài)監(jiān)控模塊、無線數(shù)據(jù)發(fā)布模塊數(shù)據(jù)通訊管理模塊；最后還有接受GPS信息的RTK機(jī)。

1.2 厘米似大地水準(zhǔn)面建立

確定厘米似大地水準(zhǔn)面需要建立在GPS大地高、水準(zhǔn)高、DTM（數(shù)字地形模型）、重力數(shù)據(jù)這四個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，采用移去回復(fù)法計(jì)算重力似大地水準(zhǔn)面，然后將重力似大地水準(zhǔn)面擬合于GPS水準(zhǔn)得到實(shí)測似大地水準(zhǔn)面。其精度指標(biāo)也根據(jù)地形變化，平底似大地水準(zhǔn)面精度一般在1厘米上下波動，而山地似大地水準(zhǔn)面精度在1～3 cm精度范圍內(nèi)皆可。由于我國多丘陵山地，地面高度起伏較大，重力資料獲取困難，為了精確似大地水準(zhǔn)面就只能從嚴(yán)控GPS和隋準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)著手，整體考慮C級GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的技術(shù)方案和施測方法，確保GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)方案、點(diǎn)位密度、觀測方法和似水準(zhǔn)面精化的目標(biāo)一致。

1.3 連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)的建立

GPS連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)是指在一定的區(qū)域內(nèi)布設(shè)一定密度的能不間斷運(yùn)行的GPS衛(wèi)星定位跟蹤站，其基本構(gòu)成為基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)、監(jiān)控分析中心、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。

（1）基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括若干永久性GPS衛(wèi)星連續(xù)觀測站跟蹤站和與之配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳輸設(shè)備，基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)采集GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸送至監(jiān)控分析中心，同時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和可靠程度的完好性檢測數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)和廣播網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)。

（2）監(jiān)控分析中心。該中心接收各種跟蹤站傳輸回來的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分流、分發(fā)、存貯、分析，按照國際通用的標(biāo)準(zhǔn)格式或自定義專用格式向不同的用戶發(fā)送供不同需求的數(shù)據(jù)庫提供多種信息服務(wù)和監(jiān)控服務(wù)。

（3）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。是指基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控分析中心。其中，隨不同的條件可采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、因特網(wǎng)、vast等，該系統(tǒng)運(yùn)作的最大特色是信息容量打、傳輸速率高，能有效滿足跟蹤站網(wǎng)與監(jiān)控分析中心間的海量數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)。該系統(tǒng)是向用戶發(fā)送發(fā)播定位、導(dǎo)航、定時(shí)等多種數(shù)據(jù)，開展數(shù)據(jù)服務(wù)的主要途徑。主要的數(shù)據(jù)發(fā)送手段有：因特網(wǎng)、HUF/VHF/FM/MW等無線電臺或廣播電臺、GSM/CDPD等移動通信終端。

（5）用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。包括用戶GPS接收機(jī)，連續(xù)運(yùn)行參考框架網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)信號接收機(jī)，數(shù)據(jù)處理軟件和多種科學(xué)和工程應(yīng)用軟件。

2 建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)的必要性

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化是我國現(xiàn)在城市化發(fā)展的重要特征，各級規(guī)劃、國土和測繪部門急需提高其提供基礎(chǔ)地理信息的能力。建立三維測量基準(zhǔn)能幫助數(shù)字城市規(guī)劃獲得更精準(zhǔn)的測繪數(shù)字信息，具有傳統(tǒng)測量技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。首先，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是城市發(fā)展的必然。根據(jù)聯(lián)合國人居中心預(yù)測，全球城市化水平在2025年將達(dá)到65%，而我國目前城市化水平僅達(dá)30%，我國今后十年的發(fā)展取向必然是城市化進(jìn)行加快。其次，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是完善基礎(chǔ)測繪的需要。測繪是城市化發(fā)展的支持和保障，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)能提供城市平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性和精確性，并及時(shí)更新和保存測量成果，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠服務(wù)保障。再次，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是建立“數(shù)字城市”的需要?！皵?shù)字城市的建立必須建立在高精度三維大地測量成果之上，高精度三維大地測量基準(zhǔn)能為“數(shù)字城市”建立提供精準(zhǔn)、動態(tài)的地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)。最后，以GPS為代表的定位技術(shù)的發(fā)展和高精度大地似水準(zhǔn)面的實(shí)現(xiàn)也說明了高精度三維大地測量基準(zhǔn)的建設(shè)是現(xiàn)代測繪行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

3 建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)對于數(shù)字城市建設(shè)的意義

建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)是建設(shè)數(shù)字城市的基礎(chǔ)工程。建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)的主要目標(biāo)是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、GNSS、現(xiàn)代大地測量、地球動力學(xué)等技術(shù)和方法，提供移動定位、動態(tài)連續(xù)的空間參考框架和地球動力學(xué)參數(shù)等服務(wù)，建立平面、高程、重力場信息于一體的綜合性高精度城市三維基準(zhǔn)。數(shù)據(jù)是數(shù)字化城市建立的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的城市平面控制系統(tǒng)難以滿足城市空間地理信息的采集和工程建設(shè)的需要，只有建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)才能為數(shù)字城市建設(shè)提供精度高且均勻的測繪數(shù)據(jù)服務(wù)。

4 結(jié)語

建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)是城市建設(shè)測繪工作的需要，也是測繪行業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。我國許多城市已建立了三維大地測量基準(zhǔn)，但從理論上來說，我國目前尚未對該系統(tǒng)得出一致的研究意見，城市空間數(shù)據(jù)的分類、集成、更新、共享與標(biāo)準(zhǔn)化還不夠成熟與完善，需要相關(guān)理論與實(shí)踐部門加強(qiáng)研究，以促進(jìn)測繪行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而惠及數(shù)字城市建設(shè)與國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 史慧珍.數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法研究[D].清華大學(xué)，2004.

[2] 李宗華.數(shù)字城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與應(yīng)用研究[D].武漢大學(xué)，2005.

[3] 王建輝，程寶銀，陸建華.蘇州市高精度GPS三維空間基準(zhǔn)平臺建設(shè)[J].江蘇城市規(guī)劃，2007（2）.endprint