姚任平，廖文兵

(1.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢430079;2.國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西西安710054)

基于MapInfo軟件的GPS控制網(wǎng)點位設(shè)計

姚任平1，2，廖文兵2

(1.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢430079;2.國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心，陜西西安710054)

控制測量點位設(shè)計一般基于我國1∶50 000地形圖或更大比例尺地形圖，而這些地形圖資料一方面因年代久遠，地形、地貌變化較大等原因給外業(yè)選點、埋石帶來交通上的不便;另一方面因這些地形圖資料為國家基本地形資料，屬機密資料，給安全生產(chǎn)帶來隱患。介紹基于MapInfo軟件的城市道路交通圖上控制網(wǎng)點位設(shè)計的方法和步驟，利用該方法可以避免以上兩大缺陷。通過工程實例驗證該方法可以應(yīng)用于城市控制網(wǎng)的布設(shè)，并取得了良好的效果。

控制測量;MapInfo軟件;道路交通圖;城市控制網(wǎng);點位設(shè)計

一、前 言

城市控制測量點位設(shè)計一般基于我國1∶50 000地形圖或更大比例尺地形圖［1］。而這些地形圖資料一方面因年代久遠，地形、地貌變化較大等原因給外業(yè)選點、埋石帶來交通上的不便;另一方面由于這些地形圖資料為國家基本地形資料，屬機密資料，給安全生產(chǎn)帶來隱患。本文介紹的基于MapInfo軟件的城市道路交通圖上的控制網(wǎng)點位設(shè)計方法可以避免以上兩大缺陷，且在點位設(shè)計完成后，即可直接得到設(shè)計點位于WGS-84坐標(biāo)系下的點位坐標(biāo)。通過導(dǎo)航型手持接收機的導(dǎo)航功能，即可完成新布設(shè)點位的選點、埋石工作。

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)要求，各級GPS網(wǎng)點位應(yīng)均勻分布，相鄰點間距離最大不宜超過該網(wǎng)平均點間距的2倍。本文在分析各種誤差的基礎(chǔ)上，說明了基于道路交通圖上的點位選埋具有很強的操作性，不會降低選埋點間距的可靠性。

二、MapInfo Professional控制網(wǎng)點位圖制作

1.MapInfo Professional介紹

MapInfo Professional是桌面地理信息系統(tǒng)軟件，其可視化地理分析功能可在數(shù)據(jù)庫中不同數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)，并在同一環(huán)境下顯示。MapInfo Professional以表的形式組織所有屬性信息和圖形信息，每一個表可理解為一層，可以對表進行查詢、瀏覽、維護等操作;可以進行數(shù)據(jù)輸入和編輯、數(shù)據(jù)投影轉(zhuǎn)換、圖形操作、顯示、生成專題圖、數(shù)據(jù)查詢、代碼匹配、空間分析、制圖與輸出等基本GIS功能操作［2］;可以識別gif、jpg、bmp、pcx等柵格圖像，并在打開柵格圖像后，會自動建立一個以原主文件名為名，后綴為*.tab的MapInfo柵格圖層［3］。

2.展點圖制作流程

利用MapInfo Professional制作展點圖的流程如圖1所示。整個技術(shù)流程主要包括以下幾個部分。

圖1 控制網(wǎng)制作流程圖

(1)規(guī)劃展點圖

在創(chuàng)建展點圖前，先確定所要制作展點圖的底圖、組成元素、展點圖上要顯示的數(shù)據(jù)(即變量)以及它們之間的組織關(guān)系。根據(jù)目的選擇適當(dāng)?shù)脑?，確定展點圖要顯示的變量值的范圍、等級符號、點密度、要顯示變量的個數(shù)及顯示的邏輯關(guān)系。

(2)底圖的配賦

將柵格圖像矢量化，創(chuàng)建要素表需要進行底圖配賦。輸入3個以上控制點，MapInfo將為每個控制點顯示一個誤差計算。根據(jù)誤差大小調(diào)節(jié)控制點的位置直到道路交通圖不扭曲、不變形為止。

(3)主題元素的創(chuàng)建

在矢量化的城市道路交通圖上創(chuàng)建離散的控制點，包括已有控制點的展點和新點位的設(shè)計，以及設(shè)計點位坐標(biāo)的提取。

(4)控制網(wǎng)圖的修飾

數(shù)據(jù)處理完成后，需在圖上加注記和圖例。在創(chuàng)建展點圖時，MapInfo會自動創(chuàng)建圖例，并解釋圖中顏色、符號、大小的含義，還可進行圖順序、增加標(biāo)題、設(shè)定字體等的改動，最后進行展點圖的整飾、添加圖廓和圖名，使其成為一幅完整的展點圖。

3.道路交通圖的配賦

GPS控制網(wǎng)點位的布設(shè)應(yīng)根據(jù)其布設(shè)目的、精度要求、衛(wèi)星狀況、接收機類型和數(shù)據(jù)、測區(qū)已有的資料、測區(qū)地形和交通狀況以及作業(yè)效率等因素綜合考慮，按照優(yōu)化設(shè)計原則進行［1］。點位主要考慮觀測環(huán)境、交通、密集度及控制范圍。而在設(shè)計的過程中，觀測環(huán)境是未知量，在實地勘察前，兼顧密集度及控制范圍的情況下首要考慮交通是否便利。因此，一般在室內(nèi)設(shè)計時，點位都分布在國道、省道、縣道、鄉(xiāng)道及新農(nóng)村建設(shè)的村道附近。城市道路交通旅游地圖能反映道路交通線路，而這些圖一般在互聯(lián)網(wǎng)上均可下載，而把柵格圖像矢量化，創(chuàng)建要素表就需要進行底圖配賦。

底圖配賦前，需要在測區(qū)范圍內(nèi)選取3個以上控制點，對照控制點的點之記，要求控制點在道路交通圖上具有明確的地物目標(biāo)，如村莊、道路、旅游景點等。且控制點應(yīng)盡量位于測區(qū)范圍周邊，使其能充分控制整個測區(qū)。

輸入3個以上控制點，MapInfo將為每個控制點顯示一個誤差計算。根據(jù)誤差大小調(diào)節(jié)控制點的位置。MapInfo Professional自從5.0版本之后，在Windows XP上安裝的版本均不能顯示誤差參數(shù)，需要下載MapInfo Professional配準(zhǔn)補丁。覆蓋安裝目錄下的文件后，即可顯示誤差參數(shù)，以像素計，根據(jù)參數(shù)大小，調(diào)節(jié)配準(zhǔn)點位置。配準(zhǔn)后的道路交通圖要求不扭曲、不變形。

三、外業(yè)選埋

道路交通圖在通過已有WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的控制點配賦后，MapInfo Professional中的坐標(biāo)系統(tǒng)即為WGS-84坐標(biāo)系。這樣在道路交通圖上以刺點方法設(shè)計的新點位即具有WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)。將提取的新設(shè)計的點位坐標(biāo)及點號導(dǎo)入具有導(dǎo)航功能的手持GPS接收機內(nèi)，并配合打印出的控制網(wǎng)圖就可以到設(shè)計實地進行點位的選擇和點位的埋設(shè)。

四、選埋精度

根據(jù)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T 18314—2009)要求，各級GPS網(wǎng)點位應(yīng)均勻分布，相鄰點間距離最大不宜超過該網(wǎng)平均點間距的2倍。各等級城市控制網(wǎng)點間距如表1所示。

表1 各等級控制網(wǎng)相鄰點間距

根據(jù)表1中點間距參數(shù)，計算出在實地選點過程選埋點位與設(shè)計點位距離一般不應(yīng)超過1.5 km。

從道路交通圖的配準(zhǔn)到實際點位選埋過程中誤差主要有3方面的來源:配準(zhǔn)點概略坐標(biāo)誤差、道路交通圖配準(zhǔn)誤差和選埋定位誤差。

1.配準(zhǔn)點概略坐標(biāo)誤差

配準(zhǔn)點一般選取測區(qū)范圍內(nèi)的國家GPS點或三角點。GPS點概略坐標(biāo)一般由手持GPS在外業(yè)選埋過程中直接得到，而國家三角點在利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中，采用七參數(shù)法變換比較準(zhǔn)確，誤差在±(0.2″～0.7″)之間［5］。利用子午圈曲率半徑可以粗略地估算出子午線弧長偏差約20 m。子午圈曲率半徑計算公式為

式中，e為地球橢球第一偏心率;M為子午圈曲率半徑，單位為m;B為三角點的大地緯度，單位為弧度; a為地球橢球長半軸，單位為m。

子午圈曲率半徑與大地緯度的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

由子午弧長偏差計算公式dx=MdB可計算當(dāng)M取最大為6 383 561 m，且 dB取0.7″時，dx為2 1.7 m。

表2 子午圈曲率半徑與大地緯度對應(yīng)表［4］

2.道路交通圖配準(zhǔn)誤差

輸入3個以上控制點后，MapInfo將為每個控制點顯示一個誤差計算。如圖2所示。

圖2 圖像配準(zhǔn)誤差統(tǒng)計

圖像配準(zhǔn)誤差要盡可能小，零誤差值表示控制點放置正確。大于零的誤差值表示控制點放置不正確。數(shù)值誤差代碼指示控制點的距離(以象素計)，該距離為點在MapInfo中的匹配位置與真實位置的偏差。配準(zhǔn)誤差屬于設(shè)計網(wǎng)外部誤差，不影響點位設(shè)計基線長度。在選埋過程中，可以通過實際的不匹配性來重新調(diào)整道路交通圖。

3.選埋定位誤差

目前市場上手持接收機均采用單點動態(tài)絕對定位，其誤差包括衛(wèi)星星歷誤差和手持接收機誤差。而單點定位動態(tài)絕對定位的精度為±(10～40)m［5］。高端手持機定位誤差為米級，一般手持接收機定位誤差為10 m到幾十米左右。

以上說明，從道路交通圖上的點位設(shè)計到實際選埋過程中的誤差均在幾十米范圍內(nèi)，相比規(guī)范要求的1.5 km而言，誤差非常小，留給外業(yè)選點人員的選擇空間較大，一般均能滿足設(shè)計要求。

五、案 例

西安市第二次土地調(diào)查基礎(chǔ)控制網(wǎng)是西安市基礎(chǔ)測繪“十一五”規(guī)劃的重要組成部分，測區(qū)范圍位于東經(jīng)107°49'～109°40'，北緯33°39'～34°45'，地處黃河流域中部的關(guān)中平原。

榆林市城市坐標(biāo)系統(tǒng)建設(shè)項目范圍位于東經(jīng)109°30'～109°48'，北緯38°05'～38°22'，地貌以風(fēng)沙草灘區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)為主。

寧德市高精度三維控制網(wǎng)的建立及似大地水準(zhǔn)面精化項目范圍位于東經(jīng)119°10'～120°44'，北緯26°30'～27°42'。地形以丘陵山地兼沿海小平原相結(jié)合為特點。

以上3個GPS控制網(wǎng)的設(shè)計均基于MapInfo平臺的道路交通圖上，室內(nèi)設(shè)計點間距參數(shù)和實際選埋點間距參數(shù)如表3所示。

表3 3個控制網(wǎng)設(shè)計點間距與實際點間距對照表

六、結(jié)束語

本文詳細介紹了基于MapInfo軟件平臺的道路交通圖上的GPS控制網(wǎng)點位設(shè)計方法和步驟，并通過3個實例說明該方法可以應(yīng)用于實際工程設(shè)計，并取得了良好的效果。與傳統(tǒng)的1∶50 000地形圖及更大比例尺地形圖上的點位設(shè)計方法相比，具有如下幾個優(yōu)點:

1)設(shè)計完成的點位能在同一平臺上顯示，并可以丈量其設(shè)計間距。操作簡單、方便、直觀。點號按照經(jīng)緯度關(guān)系能按照從小到大的方式正確編號。能滿足一般工程作業(yè)人員進行點位的設(shè)計、變動。

2)套用的道路交通圖可以從互聯(lián)網(wǎng)上直接下載最新用圖，給選點、埋石工作提供準(zhǔn)確的道路交通信息，省時、省力。

3)點位設(shè)計圖具有公開性，較原有的地形圖更具有適用性。在外業(yè)生產(chǎn)中不會因為地形圖的丟失而造成重大安全隱患。

4)通過在MapInfo軟件平臺上新設(shè)計的點位可以直接具有WGS-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過導(dǎo)航型手持接收機可以達到距離設(shè)計點位幾十米范圍內(nèi)。無需結(jié)合地形圖判別地物、地貌，降低了對作業(yè)人員的要求。

但在實際應(yīng)用中會因為道路交通圖配賦的不準(zhǔn)確性，導(dǎo)致道路交通圖的扭曲，從而造成交通路線的不準(zhǔn)確，這就需要通過工地發(fā)現(xiàn)錯誤所在，并重新配賦道路交通圖，直到交通圖盡量與實際最接近為止。

［1］ 國家測繪局.CB/T 18314—2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］.北京:測繪出版社，2009.

［2］ 鄧躍明，翟婭娟，劉治枝.基于MapInfo的專題地圖制作［J］.測繪通報，2001(7):17-18.

［3］ 費立凡，顏輝武，馬晨燕，等.MapInfo基礎(chǔ)教程［M］.北京:測繪出版社，2005:52.

［4］ 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學(xué)基礎(chǔ)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2001:70.

［5］ 楊玉華，郭圣權(quán).WGS-84坐標(biāo)與BJ-54坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2004(14): 165-167.

［6］ 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及方法［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003:57.

［7］ 國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心.西安市第二次土地調(diào)查基礎(chǔ)控制網(wǎng)技術(shù)報告(外業(yè)部分)［R］.西安:國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心，2008.

Point Position Design of GPS Control Network Based on the MapInfo Professional Software

YAO Renping，LIAO Wenbing

0494-0911(2011)06-0015-03

P228.4

B

2011-01-27

姚任平(1970—)，男，陜西蒲城人，高級工程師，主要從事大地測量和信息化測繪研究工作。