王建辉 陈  义 奚长元 金元德

(苏州市测绘院有限责任公司  同济大学  园区测绘中心  苏州市土地交易中心)

摘要：进入新世纪，如何应用GPS最新技术来改建和扩建原有的城市控制网是许多城市遇到的问题，改建和扩建的目标是什么？改建和扩建的用途是什么？通过苏州市GPS城市扩展网的研究，我们认为，新世纪的城市控制网的改建和扩建应该满足全社会对空间定位的需要；应该具有信息化时代的特征，即能提供整体的、数字的、动态实时的空间基准；除了提供传统的北京54坐标、西安80坐标、地方独立坐标外，还应该可以提供精确的WGS-84地心坐标，既满足原来的静态定位用户的需要，又可以满足其他动态定位用户的需要。体现新世纪科学技术的先进性、合理性与实用性。城市控制网的改建和扩建中的“扩展”的意义有两层：一是范围的扩展，二是功能的扩展。“改建”的含义最主要是基准的精度提高，这个基准可以作为城市各种空间定位工作的基准，且使用方便。

关键词：全球定位系统，控制网，基准，1984世界大地坐标系

1．研究概况

苏州市位于江苏省东南部，北临长江，西濒太湖，东邻上海市，南连杭嘉湖地区。苏州市现有五县一市，即苏州市中心区,昆山、常熟、吴江、太仓、张家港五个县级市，面积约8500平方公里，每个地方都建有自己的独立坐标系统。随着城市的扩展、经济的腾飞、高新技术的运用，以及苏州市的城乡一体化建设，原有的城市控制网已经远远适应不了城市信息化时代的需求。因此，建立一个适合信息时代需求的城市三维基准网是当务之急。三维基准网的建立必须适应城乡一体化建设的需要，必须适应经济、社会高速发展的需要，必须具备信息化时代的特征，即整体的、数字的、动态实时的，使之成为现代城市信息化管理网络的一个重要组成部分。

当前，城市空间信息基准网的应用正从单用途向多用途、静态型向动态型、普通精度向高精度、一维的或二维的向三维的方向发展。建立和维护城市空间地理信息基准网可以满足不同行业、不同用户对精密定位的整体的、数字的、动态实时的需求。同时，基准网的建成也为其它行业的工作进入信息化时代打下了坚实的基础。

而现有的城市控制网虽然也是用卫星定位技术建立的，但都是分区独立建立的，且都是为城乡建设服务的，并没有考虑满足信息化时代的特点，对苏州市城乡一体化建设的规划，跨地区的大型工程的建设，土地资源的整体利用、规划等，带来了诸多不便。建立一个统一的、高精度的、数字的、能满足各行业空间定位要求的城市空间地理信息基准网，既是实际工作的要求，也是未来发展的需要，因此，本课题的立项正是在这种背景下提出的。为实现上述目标，我们分二步走，第一步：建立WGS-84坐标系下的苏州市各县市统一的坐标系，建立北京54坐标系下的苏州市各县市统一的坐标系，建立国家80坐标系下的苏州市各县市统一的坐标系，建立苏州市中心区，昆山、常熟、吴江、太仓、张家港五个县级市的独立坐标系与WGS-84坐标系的转换关系，建立苏州市北京54坐标系、国家80坐标系与WGS-84坐标系的转换关系，从而实现各地方独立坐标系、北京54坐标系、国家80坐标系与WGS-84坐标系之间的相互转换；也就是间接统一了苏州市各个地方的地方独立坐标系。第二步：建立新的统一的苏州市独立坐标系，该坐标系将兼顾五县一市的地理位置，选择新的中央子午线和投影面高程，使整个苏州市的投影变形达到最小，同时，建立五县一市现有的地方独立坐标系和苏州市新的独立坐标系的转换参数，这样既保证了原有的测绘资料的连续性，不影响现有的各项工作，又可以通过转换关系，获得新坐标系下的各种成果；对于新的大型工程，也可以直接在新的坐标系下进行设计、施工、运营维护。随着时间的推移和新坐标系下的资料的积累和丰富，在适当的时候，启用新的苏州市独立坐标系统。以上是我们对未来城市发展所作的超前的基础性工作。

2．研究内容

2．1现有国家标准

根据国家GPS测量规范（GB/T 18314-2001），B级网和C级网的技术指标如下：

相应的GPS控制网相邻点间基线长度的精度应按下列公式计算：

        （1）

式中 σ为基线向量的标准差（mm）

      a为仪器的固定误差（mm）

      b为仪器的比例误差（1×10^-6）

      s为GPS基线长度（km）

测量得到的基线，它的精度应该满足上式。

苏州市GPS首级城市扩展控制网的平均长度为35公里，介于B级网和C级网之间，按（1）计算得：

因此，苏州市GPS首级城市扩展控制网的平均边长误差应满足上述指标。B级网和C级网的测量技术要求如下:

2．2实际工作情况

本次观测共组织了17台Trimble GPS接收机，3台Jawad GPS接收机，与同济大学GPS基准站（Trimble GPS接收机）、佘山IGS站和上海GPS综合服务网江苏东山站（JSDS）同步观测，所有这些GPS接收机都是双频接收机。观测从2003年11月14日18时至2003年11月16日18时，共48小时。在观测中，张家港有一个站因受外界干扰，无法锁住卫星，只好放弃。佘山IGS站因天线检测，没有开机。后于2003年11月29日8时至2003年11月30日20时，重新联测同济大学GPS基准站、佘山IGS站、江苏东山站（JSDS）和唯亭中学（SZ02），共36小时。因此，最终苏州市GPS首级城市扩展控制网由19个GPS控制点，江苏东山站（JSDS）、佘山IGS站和同济大学GPS基准站组成；另外，在数据处理中发现，第一天有一个站缺数据，实际共测64条独立边，其中4条为重复边。本次观测的时间远远大于规范中B级网和C级网的时间要求，其它指标也好于规范中对B级网和C级网的要求。实际观测情况如下：

各时段选取得独立基线如下：

所有独立基线构成的网图如下：

所有观测严格按计划时间表进行；在观测前、中、后，仪器高共量取4次，每次量3个方向取平均；所有野外记录都在现场完成，内容主要有点号、观测日期、天气、作业员、开关机时间、测段号、天线高等，所有观测记录都装订成册上交。外业观测原始数据拷贝在磁盘上供计算、检查用。本次测量都在ＧＰＳ点上进行，未作偏心观测。

由于本次观测有足够多的多余观测，因此，网图基本上是以三边形为主，整个网的强度为：

             （2）

其中r为多余观测数，n为独立观测数。

2．3数据处理

由独立基线组成的异步环闭合差如下：