建立城市高精度三维大地测量基准与数字城市

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摘 要：建立一个高精度、覆盖面广的三维大地测量基准平台能有效满足城市化建设对城市空间数字信息的需要.该文介绍了三维大地测量基准的三个技术核心和平台的建立对数字城市建设的意义.

关 键 词 ：三维 测量基准 数字城市

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0255-01

1.高精度三维大地测量基准建立的内容

目前新疆已有部分城市已建立“连续运行参考站网络系统”（Continuously OperatingReference Stations,简称CORS系统）,各政府部门对基础设施的建设说明了该测量基准的建立对于数字城市建立的意义,即通过对城市基础地理信息的采集、处理、分析和供应为数字城市建设提供基础信息服务.“三维大地测量基准”是基于网络的、动态地、连续地,同时也是快速、高精度地获取空间数据和地理特征的现代信息基础.

1.1 高精度GPS网控制建立

GPS网控制建立是指利用现代计算机、数据通信和互联网组成网络,及时向用户提供动态的经过检测的不同观测值以及有关信息.GPS定位技术应用于城市测量,根本变革了传统测量技术的布网方法、作业途径和程序.GPS控制网系统具有覆盖面广、定位精度高、可靠性强、费用低廉等优点,并结合厘米级大地水准面的建立,为城市规划提供全方位、全天候的数字信息服务.由基准站（参考站）、系统中心、呼叫中心、数据通信、用户应用等子系统组成建立GPS控制网需要的硬件设施有：基站配备电脑及调制解调器、基站固定线、手机及手机卡；软件设施有：数据库管理模块、基站状态监控模块、无线数据发布模块数据通讯管理模块；最后还有接受GPS信息的RTK机.

1.2 厘米似大地水准面建立

确定厘米似大地水准面需要建立在GPS大地高、水准高、DTM（数字地形模型）、重力数据这四个数据基础之上,采用移去回复法计算重力似大地水准面,然后将重力似大地水准面拟合于GPS水准得到实测似大地水准面.其精度指标也根据地形变化,平底似大地水准面精度一般在1厘米上下波动,而山地似大地水准面精度在1～3 cm精度范围内皆可.由于我国多丘陵山地,地面高度起伏较大,重力资料获取困难,为了精确似大地水准面就只能从严控GPS和隋准测量的数据着手,整体考虑C级GPS网和水准网的技术方案和施测方法,确保GPS网和水准网技术方案、点位密度、观测方法和似水准面精化的目标一致.

1.3 连续运行参考系统的建立

GPS连续运行参考系统是指在一定的区域内布设一定密度的能不间断运行的GPS卫星定位跟踪站,其基本构成为基准站网子系统、监控分析中心、数据传输子系统、数据发播子系统、用户应用子系统.

（1）基准网站子系统.该系统包括若干永久性GPS卫星连续观测站跟踪站和与之配套的数据预处理和传输设备,基准网站子系统采集GPS卫星观测数据并将数据输送至监控分析中心,同时提供系统运行状态和可靠程度的完好性检测数据,通过通信网络和广播网络向用户提供服务.

（2）监控分析中心.该中心接收各种跟踪站传输回来的数据,通过计算机局域网进行数据分流、分发、存贮、分析,按照国际通用的标准格式或自定义专用格式向不同的用户发送供不同需求的数据库提供多种信息服务和监控服务.

（3）数据传输子系统.是指基准站数据通过有线或无线通信网络传输至监控分析中心.其中,随不同的条件可采用数字数据网、因特网、vast等,该系统运作的最大特色是信息容量打、传输速率高,能有效满足跟踪站网与监控分析中心间的海量数据传输.

（4）数据发播子系统.该系统是向用户发送发播定位、导航、定时等多种数据,开展数据服务的主要途径.主要的数据发送手段有：因特网、HUF/VHF/FM/MW等无线电台或广播电台、G/CDPD等移动通信终端.

（5）用户应用子系统.包括用户GPS接收机,连续运行参考框架网的数据服务信号接收机,数据处理软件和多种科学和工程应用软件.

2.建立城市高精度三维大地测量基准的必要性

数字化、网络化、信息化是我国现在城市化发展的重要特征,各级规划、国土和测绘部门急需提高其提供基础地理信息的能力.建立三维测量基准能帮助数字城市规划获得更精准的测绘数字信息,具有传统测量技术不可比拟的优越性.首先,建立城市高精度三维大地测量基准是城市发展的必然.根据联合国人居中心预测,全球城市化水平在2025年将达到65%,而我国目前城市化水平仅达30%,我国今后十年的发展取向必然是城市化进行加快.其次,建立城市高精度三维大地测量基准是完善基础测绘的需要.测绘是城市化发展的支持和保障,建立城市高精度三维大地测量基准能提供城市平面坐标系统和高程系统的统一性和精确性,并及时更新和保存测量成果,为经济建设提供可靠服务保障.再次,建立城市高精度三维大地测量基准是建立“数字城市”的需要.“数字城市的建立必须建立在高精度三维大地测量成果之上,高精度三维大地测量基准能为“数字城市”建立提供精准、动态的地理空间基础框架数据.最后,以GPS为代表的定位技术的发展和高精度大地似水准面的实现也说明了高精度三维大地测量基准的建设是现代测绘行业发展的必然趋势.

3.建立高精度三维大地测量基准对于数字城市建设的意义

建立高精度三维大地测量基准是建设数字城市的基础工程.建立城市高精度三维大地测量基准的主要目标是运用网络、GNSS、现代大地测量、地球动力学等技术和方法,提供移动定位、动态连续的空间参考框架和地球动力学参数等服务,建立平面、高程、重力场信息于一体的综合性高精度城市三维基准.数据是数字化城市建立的物质基础,随着城市建设规模的扩大,传统的城市平面控制系统难以满足城市空间地理信息的采集和工程建设的需要,只有建立高精度三维大地测量基准才能为数字城市建设提供精度高且均匀的测绘数据服务.

4.结语

建立高精度三维大地测量基准是城市建设测绘工作的需要,也是测绘行业发展的标志.我国许多城市已建立了三维大地测量基准,但从理论上来说,我国目前尚未对该系统得出一致的研究意见,城市空间数据的分类、集成、更新、共享与标准化还不够成熟与完善,需要相关理论与实践部门加强研究,以促进测绘行业的发展,进而惠及数字城市建设与国家经济发展.