大型廠區(qū)GNSS 控制網(wǎng)復(fù)測(cè)與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

高源

（南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司，南京210000）

1 引言

為滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，2008 年7 月1 日，我國(guó)全面啟用2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000），各地方逐步建立了基于CGCS2000 的新地方坐標(biāo)系，逐步停止使用1954 北京坐標(biāo)系、1980 西安坐標(biāo)系和其他地方坐標(biāo)系。大型廠區(qū)工程建設(shè)周期長(zhǎng)，需要對(duì)控制網(wǎng)定期復(fù)測(cè)，保證控制點(diǎn)成果的現(xiàn)勢(shì)性和準(zhǔn)確性，建立施工控制網(wǎng)與新地方坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系[1]，從而滿(mǎn)足工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)建、竣工驗(yàn)收的需要。

2 原地方坐標(biāo)系下GNSS 控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)

2.1 GNSS 控制網(wǎng)的概述

遵循“分級(jí)布設(shè)，逐級(jí)控制”的原則，揚(yáng)子石化巴斯夫控制網(wǎng)分2 級(jí)布設(shè)，布設(shè)四等GNSS 控制網(wǎng)，意在控制整個(gè)揚(yáng)巴建設(shè)廠區(qū)，一級(jí)GNSS 控制網(wǎng)是在四等GNSS 控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，滿(mǎn)足日常的工程建設(shè)和裝置監(jiān)測(cè)的工作[2]?？刂凭W(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)為92 南京地方坐標(biāo)系（原南京地方坐標(biāo)系）。

2.2 GNSS 控制網(wǎng)復(fù)測(cè)的原則

揚(yáng)子石化巴斯夫廠區(qū)規(guī)劃建設(shè)周期長(zhǎng)，跨度大，在經(jīng)歷了十多年的控制網(wǎng)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)復(fù)測(cè)后，已趨于穩(wěn)定。但由于施工和車(chē)輛通行擾動(dòng)，會(huì)造成點(diǎn)位的沉降與變位，為了保證后續(xù)建設(shè)和監(jiān)測(cè)，需每年對(duì)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)一次，對(duì)衛(wèi)星定位控制點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并及時(shí)更新最新成果。

揚(yáng)子石化巴斯夫廠區(qū)各級(jí)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)采用的起算點(diǎn)和控制網(wǎng)觀測(cè)方案與原測(cè)量一致。復(fù)測(cè)采用的儀器設(shè)備、觀測(cè)方法、觀測(cè)精度、數(shù)據(jù)處理和成果精度宜與原測(cè)量一致，保證了復(fù)測(cè)與原測(cè)量精度的一致性。

2.3 GNSS 控制網(wǎng)復(fù)測(cè)的實(shí)施

由于揚(yáng)子石化巴斯夫廠區(qū)生產(chǎn)裝置、配套設(shè)備多及管廊密集，部分點(diǎn)位視場(chǎng)內(nèi)障礙物的高度角大于15°，易造成衛(wèi)星信號(hào)遮擋干擾。依據(jù)控制網(wǎng)觀測(cè)方案，為了提高觀測(cè)質(zhì)量，選取標(biāo)稱(chēng)精度5 mm+1ppm（即5 mm+1 mm/km）的Trimble 雙頻接收機(jī)；通過(guò)增加觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)，增加平均重復(fù)設(shè)站率，增加數(shù)據(jù)可信度；控制網(wǎng)平差選取獨(dú)立基線(xiàn)組成三角形構(gòu)環(huán)，利用邊連接的形式構(gòu)網(wǎng)，檢核條件多，保證了整網(wǎng)的精度質(zhì)量。測(cè)量作業(yè)中大部分觀測(cè)指標(biāo)優(yōu)于規(guī)范要求，控制網(wǎng)觀測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表1[3]。

表1 外業(yè)觀測(cè)實(shí)施技術(shù)指標(biāo)表

2.4 GNSS 控制網(wǎng)復(fù)測(cè)的精度評(píng)定

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，GNSS 控制網(wǎng)復(fù)測(cè)中基線(xiàn)相對(duì)精度、重復(fù)基線(xiàn)較差、異步環(huán)閉合差等精度指標(biāo)均遠(yuǎn)優(yōu)于CJJ/T 73—2019《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》[4]中的限差要求，對(duì)上述指標(biāo)的最差情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2。

表2 GNSS 控制網(wǎng)成果精度統(tǒng)計(jì)表

2.5 點(diǎn)位穩(wěn)定性判斷

2.5.1 復(fù)測(cè)成果判定原則

1）本期復(fù)測(cè)值與上期值互差絕對(duì)值＜m0（6.6 mm）時(shí),測(cè)量誤差影響；

2）本期復(fù)測(cè)值與上期值互差絕對(duì)值≥m0（6.6 mm）且≤2m0（13.2 mm）時(shí)，測(cè)量誤差有影響，點(diǎn)位位移可能有影響；

3）本期復(fù)測(cè)值與上期值互差絕對(duì)值＞2m0（13.2 mm）時(shí)，點(diǎn)位存在位移。

當(dāng)復(fù)測(cè)與原測(cè)量成果坐標(biāo)較差的極限誤差小于2m0時(shí)，應(yīng)采用原測(cè)量成果；大于2m0時(shí)，利用全站儀進(jìn)行邊角關(guān)系檢核，查明原因及時(shí)補(bǔ)測(cè)或修測(cè)，并應(yīng)滿(mǎn)足與相鄰控制點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差要求[5]。

2.5.2 復(fù)測(cè)成果比較與分析

與上期成果相比，成果較差最小值為1 mm，最大值為18 mm。點(diǎn)位較差小于6.6 mm 的占61.1%，點(diǎn)位較差大于或等于6.6 mm 且小于13.2 mm 的占36.1%，大于13.2 mm 的占2.8%。通過(guò)對(duì)復(fù)測(cè)成果比較與分析，除極個(gè)別點(diǎn)位存在少量位移外，其余點(diǎn)位均相對(duì)穩(wěn)定。

3 新地方坐標(biāo)系下GNSS 控制網(wǎng)的建立

南京市地處國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)投影帶6 度帶117°和3 度帶120°的邊緣，投影長(zhǎng)度變形值超出國(guó)家規(guī)范允許值25 mm/km，因此，根據(jù)實(shí)際情況選擇基于CGCS2000 的任意帶（118°50′）投影的方式確立了2008 南京地方坐標(biāo)系。南京于2018 年7 月1 日起全面啟用2008 南京地方坐標(biāo)系，建設(shè)工程規(guī)劃報(bào)建、竣工驗(yàn)收的平面成果統(tǒng)一為2008 南京地方坐標(biāo)系。

建立新地方坐標(biāo)系下的二等GNSS 控制網(wǎng)：由于原四等及一級(jí)GNSS 控制網(wǎng)起算點(diǎn)沒(méi)有2008 南京地方坐標(biāo)系成果數(shù)據(jù)，合理利用城市現(xiàn)有CORS 資源作為起算點(diǎn)，布設(shè)二等GNSS 控制網(wǎng)，引測(cè)并計(jì)算出原揚(yáng)子石化巴斯夫控制網(wǎng)起算點(diǎn)的二等成果，作為下一級(jí)控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。利用南京連續(xù)運(yùn)行參考站（B 級(jí)）“城建檔案”“六合八百”“六合竹鎮(zhèn)”“浦口石橋”2008 南京地方坐標(biāo)系成果作為起算點(diǎn)，原四等控制網(wǎng)起算點(diǎn)3564、GPS1、1901 作為待定點(diǎn)，進(jìn)行同步觀測(cè)。保證每個(gè)測(cè)段的同步觀測(cè)儀器≥4 臺(tái)，觀測(cè)中同步有效衛(wèi)星數(shù)≥4 顆，衛(wèi)星高度角≥15°，PDOP＜6，觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度≥90 min，重復(fù)設(shè)站率≥2.0，數(shù)據(jù)采樣間隔為10 s。

建立新地方坐標(biāo)系下的四等、一級(jí)GNSS 控制網(wǎng)，為了減少不同期次觀測(cè)的測(cè)量誤差與點(diǎn)位位移引起的誤差，給后續(xù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換提供更加匹配的點(diǎn)位成果數(shù)據(jù)，新地方坐標(biāo)系下的四等、一級(jí)GNSS 控制網(wǎng)使用本次復(fù)測(cè)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，挑選與原地方坐標(biāo)系下平差相同的基線(xiàn)解算數(shù)據(jù)，保持平差網(wǎng)型一致，只改變橢球參數(shù)和起算點(diǎn)成果。

4 新地方坐標(biāo)系、原地方坐標(biāo)系、施工坐標(biāo)系的關(guān)系

新地方坐標(biāo)系：2008 南京地方坐標(biāo)系。

原地方坐標(biāo)系：92 南京地方坐標(biāo)系；

施工坐標(biāo)系：AB 坐標(biāo)系（揚(yáng)子石化建筑坐標(biāo)系施工坐標(biāo)系）；

施工坐標(biāo)系與原地方坐標(biāo)系的原有轉(zhuǎn)換關(guān)系：AB 坐標(biāo)系由揚(yáng)子石化化工園區(qū)建設(shè)初期統(tǒng)一規(guī)劃，建設(shè)方設(shè)計(jì)部門(mén)給出定義，為了方便揚(yáng)子石化化工園區(qū)的施工建設(shè)，結(jié)合實(shí)際地形特點(diǎn)，選取坐標(biāo)原點(diǎn)和AB 軸線(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上建立了AB坐標(biāo)系與92 南京地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式。

AB 坐標(biāo)系（A,B）與92 南京地方坐標(biāo)系（X,Y）的轉(zhuǎn)換公式：

建立施工坐標(biāo)系與新地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系：為了求得AB 坐標(biāo)系與2008 南京地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以利用原有轉(zhuǎn)換關(guān)系將本次復(fù)測(cè)的92 坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換為AB 坐標(biāo)系成果，然后選擇部分點(diǎn)位，建立AB 坐標(biāo)系成果與2008 南京地方坐標(biāo)系成果坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，評(píng)定轉(zhuǎn)換精度，利用剩余控制點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換驗(yàn)證。

5 新地方坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系建立及軟件編制

5.1 轉(zhuǎn)換模型選擇

揚(yáng)子石化巴斯夫廠區(qū)長(zhǎng)度約6 km、寬度約2 km，區(qū)域較小，一般采用平面四參數(shù)模型。其定義如下：對(duì)于2 個(gè)不同的平面直角系，X′O′Y′和X″O″Y″，存在4 個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)，即2 個(gè)平移參數(shù)（X0，Y0）、1個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)（α）和1 個(gè)尺度參數(shù)（m）。轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

5.2 轉(zhuǎn)換技術(shù)路線(xiàn)

AB 坐標(biāo)系與2008 南京地方坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換利用科傻GPS（CosaGPS）進(jìn)行四參數(shù)模型進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，綜合點(diǎn)位成果等級(jí)、位置、穩(wěn)定性等情況綜合選取，選取GPS1,1901、3764、0435、1909、0182 共計(jì)6 個(gè)點(diǎn)。選取點(diǎn)位包含起算點(diǎn)、四等點(diǎn)、一級(jí)點(diǎn)，點(diǎn)位分布均勻、合理，比較完整的覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，所選點(diǎn)位均基礎(chǔ)穩(wěn)固、受擾動(dòng)小、多期復(fù)測(cè)成果穩(wěn)定。

5.3 軟件編制

根據(jù)業(yè)主坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及時(shí)性與計(jì)算正確性的需求，為了保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的便捷性和易操作性，將AB 坐標(biāo)系與2008 南京地方坐標(biāo)系坐轉(zhuǎn)換關(guān)系利用Visual Basic 6.0 編輯形成《南京揚(yáng)子巴斯夫廠區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)》。軟件可以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)轉(zhuǎn)換及批量轉(zhuǎn)換，操作界面及節(jié)選部分程序代碼如圖1 所示[6]。

圖1 轉(zhuǎn)換軟件操作界面及部分程序代碼圖

5.4 質(zhì)量評(píng)定與檢驗(yàn)

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中誤差為1.3 mm，最大殘差點(diǎn)（0182）為2.5 mm；利用《南京揚(yáng)子巴斯夫廠區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)》，將本次復(fù)測(cè)的46 點(diǎn)點(diǎn)位成果全部進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后所得成果與原坐標(biāo)系下成果比較，最大較差點(diǎn)為3 mm，滿(mǎn)足施工要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以揚(yáng)子石化巴斯夫廠區(qū)平面控制網(wǎng)為例，介紹了大型廠區(qū)工程原地方坐標(biāo)系下控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)、新地方坐標(biāo)系下控制網(wǎng)的建立測(cè)量、新地方坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系建立及軟件編制，將測(cè)繪成果在不同坐標(biāo)系下進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，滿(mǎn)足不同部門(mén)之間的用圖要求，滿(mǎn)足了工程建設(shè)的需求。本案例為大型工程控制網(wǎng)坐標(biāo)系與CGCS2000 建立了聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了資源共享，為減少重復(fù)測(cè)繪做出了一些有效的探索。