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海陆一体化测绘基准建设技术研究

来源:核心论文发表 所属分类:理工论文 点击:次 时间:2020-07-21 08:19

  摘要 :在《全国基础测绘中长期规划纲要(2015—2030 年)》明确提出,我国将在 2030 年之前全面建成“全球覆盖、海陆兼顾、联动更新、按需服务、开放共享”的新型基础测绘体系。本文主要分析了目前我国海陆平面基准、高程基准和深度基准等测绘基准的现状 ;提出了基于陆地三维定位基准向沿海扩展来构建海陆统一平面基准的方法,基于大地水准面和多年平均海面这两种方法来计算并确定高程 / 深度基准的方法 ;针对现有的成果资料提出了数据成果转化的方法 ;本文还对下一步开展一体化测绘基准建设提出了发展思路和政策建议。

海陆一体化测绘基准建设技术研究

  关键词 :海陆一体化 ;测绘基准 ;技术研究

  1 绪论

  海洋中蕴藏着无穷的宝藏,海洋的发展空间不可估量,当今各国都非常重视对海洋的开采。我国历来都非常重视海洋资源的开发和利用,已制定和实施海洋发展战略,强化对海洋管理、控制、综合利用的水平。《全国基础测绘中长期规划纲要(2015—2030 年)》强调,我国将在 2030 年之前全面建成“全球覆盖、海陆兼顾、联动更新、按需服务、开放共享”的新型基础测绘框架系统。

  测绘基准体系的内容构成丰富,其主体内容包含深度基准、重力基准、高程基准、大地基准等要素。该体系的构建意义深刻,不仅对国防建设具备重大价值,而且关乎到经济乃至整个社会的长远发展。基于测绘基准,能够确定现实世界中不同地理要素的时空分布、具体位置和几何形态,能够作为不同种类测量工作的起算面和起算依据使用,能够很好地保障时间域中地理要素和信息在分布上的整体性。

  2 海陆测绘基准现状

  2.1 海洋测绘基准现状

  通常情况下,海洋测绘平面基准采取 1954 年北京坐标系或 WGS-84 世界大地坐标系。数字航海图通常情况下会选用墨卡托投影。墨卡托投影的显著特征是 :缺少角度的变形,在不同方向上各个点的长度比都一样 ;经纬线均为平行直线且彼此相交成直角,经线和经线彼此分布间隔一样,纬线和纬线间的距离慢慢向两极均等扩大,因此面积与长度会发生变形的情况,不过标准纬线自身未发生变形,且位置关系和方向更加准确,因此经常在描绘航海地图的时候使用。

  2.2 陆地测绘基准现状

  陆地测绘平面基准通常使用 2000 国家大地坐标系(CGCS2000)、1980 年西安坐标系或 1954 年北京坐标系。通常情况下,高斯 - 克吕格投影用于比例尺≥ 1:50 万的地形图中,基础性分带囊括 3 度带(1:1 万 -1:500 使用)和 6 度带(1:50 万 -1:2.5 万使用)两种。高程基准一般采用 1956 黄海高程基准或 1985 国家高程基准。

  3 海陆一体化测绘基准研究

  随着现代空间技术的发展,在包括海洋定位等诸多海洋科学技术之中,卫星定位技术的使用现在已较为普遍,是构建超高精度的海洋定位基准体系的重要技术支撑。目前,全国各地的连续运行卫星定位参考站综合服务系统均已建成,该系统的运行对测绘基准维护和建设起到重要作用。所以,在构建国家国海陆一体化测绘基准的时候,必须采用现代空间定位技术,凭借及时获得的卫星信号来实现差分的更正,实现误差精准控制的目的。

  3.1 平面基准建设

  海陆一体化平面基准的建立,需要借助于空间定位技术,构建和国际地球参考框架 (ITRF)、海洋邻国大地坐标系间的基准传递坐标转换关系,在各种不同类型的投影系统、地图图件间构建起转换关系 ;借助于精度超高的静态 GPS 定位技术,基于当前业已完成的陆地三维定位基准,向沿海的海岛或相关地区扩展,逐步构建起相应的基准体系,实现不同海洋定位的要求。

  通过并置验潮站和连续运行基准站,维系高程基准和坐标系统 ;通过海图深度基准标量场模型的构建,借助于数值内插等技术手段,完成对连续无缝海图深度基准模型的替代 ;通过 GNSS 技术完成对验潮站点地心坐标的测量,基于目标深度基准面,构建出海洋测绘定位基准框架。

  3.2 高程 / 深度一体化基准建设

  一般情况下,利用大地水准面和多年平均海面这两种方法来计算并确定高程 / 深度一体化测绘基准。

  基于多年平均海面确定一体化测绘基准方法为 :基于连续多年不间断的验潮资料,将不同岛屿上验潮站的连续多年平均海面加以推算和求得,然后把不同岛屿 GPS 测点和相关验潮站水尺零点基于水准测量的办法完成联测 ;GPS 观测点的海拔高度,按照 GPS 三维观测数据和水准联测结果求得。

  基于大地水准面确定一体化测绘基准方法为 :锁定研究对象所在区域的大地水准面,使用重力方法计算似大地水准面,作为相关区域高程的起算面。如果目标海岛 GPS 观测点对应的大地水准面的高度业已得知,海拔高程就可以在参考 GPS 三维观测坐标的前提下通过计算获得。

  4 海陆测绘基准变换

  4.1 平面基准变换平面基准变换一般分为三种情况 :不同坐标系统之间的数据转换 ;同一坐标系不同投影之间的数据转换 ;不同坐标系不同投影之间的数据转换。

  不同坐标系统之间的数据转换 :一般转换方式可采用三参数转换法、七参数转换法、莫洛金斯基(Molodensky)转换法、简化的莫洛金斯基方法(MolodenskyAbridged)等。按照精度高低可做如下分类 :高精度转换法可采用布尔莎方法、位置矢量法等 ;低精度转换法可采用莫洛金斯基转换法、三参数转换法等。

  同一坐标系不同投影之间的数据转换 :只需要直接投影变换。所谓地图投影变换指的是,利用有效的转换方法,实现源地图投影点坐标向目标地图投影点坐标的信息化转换。

  不同坐标系不同投影之间的数据转换 :基于投影反解的方法,完成大地坐标的计算 ;大地坐标转换基于不同坐标系数据转换法完成 ;按照椭球参数进行投影正解。

  4.2 高程 / 深度基准变换

  在数字航海图和地形图中,理论深度基准面和平均海面分别采用深度基准面和高程基准面。这两个基准面间形成差值 L,因此并没有位于相同平面之内,从深度基准转换到高程基准,依据高程 / 深度基准整合公式计算完成,由此确定高程基准面的起算。

  基于高程 / 深度基准整合公式,整合得到高程 / 深度基准,将深度改正值添加到海测水深值中,实现高程起算面中深度起算面的归算,由此确保地形图里高程起算面能够位于相同平面之中。

  5 海陆一体化测绘基准的发展思路与政策建议

  5.1 建立海陆统一的测绘基准体系

  增加沿海地区连续运行卫星定位参考站和服务体系,构建海岛以及沿海重力基础性网络,强化不同重力点的重力测量,完成市级乃至省级沿海海域大地控制网的布置和设施,促进省级似大地水准面的高度精准化,完成现代化测绘基准体系的构建,使得整个近海海域都能覆盖科学的测绘基准体系。完成卫星定位水准点和大地控制点高程的准确定位,完成不同地点高程的平差(基于水准高差),形成和陆地相适宜的沿海岛屿高程基准结构框架。参考当前的 CORS 站布局,增设一批岛屿参考站,结合当前的参考站实现联合测算。在海岛中增设 GNSSC 级点,并将其作为一个重要任务,对已存的长期验潮站和陆域水准点进行联测,然后将联测海岸的海岛及陆地卫星定位大地控制点分别测量获得。

  5.2 理顺海洋测绘管理体制,加强军地合作

  对海洋测绘的概念、内涵及外延进行科学的确定,强化有关的专业法律制定,界定相关主观部门的权责,逐步建立起一致的海洋测绘系统和基准,构建并落实相关组织和管理机制,强化对海洋测绘的监督与管理,通过相对完善的管理机制,促进相关部门(军队和行政)间的沟通和互动,强化海洋测绘相关的标准、规范建设,以保障军事机密为前提,促成测绘成果、技术和管理机制的资源和信息分享。

  5.3 建立高度、深度基准转换模型

  通过验潮站大地联测数据实现与高程基准的联系,建立一定区域内的高度、深度基准转换模型。

  5.4 建立陆海统一的似大地水准面精化模型

  作为和平均海水面接近程度最高的重力等位面,似大地水准面一向作为中国法定高程起算面使用。对区域大地水准面的持续精化,是一国开展大地测量相关学科研究的客观需要,也是未来实现对海洋进一步开发利用的必然要求,是我们需要长期坚持的基础性战略任务。促进似大地水准面的精化,是一项和构建国家高程控制网具备同样战略重要性的工作。

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  6 结语

  一直以来,我国海陆数据的采集和维护由多个部门来管理维护,数据的测绘基准、分类标准、数据编码、成果表达等都不统一,造成海陆数据融合困难。本文仅对海陆测绘基准的建设和转换方法进行了初步研究,对分类标准、数据编码、成果表达等海陆一体化的数据融合还有待进一步研究。——论文作者:任建福

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