SHCORS在上海市智能化全息测绘中的应用研究_袁振超.pdf

第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46，No 6Jun，2023收稿日期:20230130基金项目:上海市 2021 年度“科技创新行动计划”社会发展科技攻关项目(21DZ1204100)资助作者简介:袁振超(1984)，男，江苏淮安人，工程师，硕士，2010 年毕业于同济大学大地测量与测量工程专业，主要从事智能化全息测绘、新型基础测绘和实景三维中国建设等方面的工作。SHCOS 在上海市智能化全息测绘中的应用研究袁振超1，2(1 上海市测绘院，上海 200063;2 自然资源部超大城市自然资源时空大数据分析应用重点实验室，上海 200063)摘要:上海市测绘院在新型基础测绘试点中提出了智能化全息测绘，广泛地使用移动激光雷达进行上海城市空间数据采集。本文研究 SHCOS 系统在智能化全息测绘中的应用，除了传统的 VSTK 和基准转换等服务，利用 SHCOS 系统提供多基站数据，进行移动平台的动态定位，保障定位结果的精确性和稳定性，同时差分检测还可为数据采集提供可靠的质量控制，指导地面纠正点布设，提升作业效率。关键词:SHCOS、智能化全息测绘、轨迹差分检测中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06005904Application of SHCOS in Shanghai IntelligentPaninfo Surveying and MappingYUAN Zhenchao1，2(1 Shanghai Institute of Surveying and Mapping，Shanghai 200063，China;2 Key Laboratory of Spatial and Temporal Big Data Analysis and Application of Naturalesources in Megacities of the Ministry of Natural esources，Shanghai 200063，China)Abstract:Shanghai Institute of Surveying and Mapping proposes intelligent paninfo surveying and mapping in the pilot of new basicsurveying and mapping，and widely using mobile LiDA for spatial data collection in Shanghai This paper studies the application ofSHCOS in intelligent paninfo surveying and mapping In addition to the traditional VSTK and spatial coordinates transformationservices，SHCOS is used to provide multibasis GNSS data for dynamic positioning of mobile platforms，ensuring the accuracy andstability of positioning results At the same time，differential detection can also provide reliable quality control for data acquisition，guide the layout of ground correction points，and improve operational efficiencyKey words:SHCOS;intelligent paninfo surveying and mapping;trajectory differential detection0引言上海作为超大型城市，城市精细化管理大到社区改造，小到城市绿化景观、城市部件管理，都需要精准、详细的空间数据支持1。上海城市治理能级的不断提升，大数据、云计算、人工智能等新技术、新手段的广泛应用，对地理信息资源保障提出了更高要求。为加快推进上海测绘地理信息工作转型升级发展，上海市测绘院以“创新引领、需求推动、开放共享、服务增能”为原则，开展了以“机制新、内容新、技术新、服务新”为目标的新型基础测绘体系试点研究，提升地理信息公共服务水平，在新型基础测绘试点中提出了智能化全息测绘2，以地理信息服务精细化、精确化、真实化、智能化为目标，构建空天地网一体化数据采集体系，实现物理世界的数字孪生，为智慧社会提供全空间地理空间数字底座3。在上海智能化全息测绘中广泛地使用了 GNSS 基站，为全息数据采集提供起算和定位数据，同时确保全息测绘使用统一的空间基准框架。上海市连续运行参考站系统(简称“SHCOS”)筹建于 2000 年，经过数次升级改造完成了整个系统建设，基于上海卫星导航定位基准服务云平台提供实时、事后高精度位置服务，在上海城市气象、地壳变形、沉降监测和地理信息服务等方面发挥了巨大的作用4。本文将研究SHCOS 系统在上海智能化全息测绘中的应用，通过多基站轨迹差分检测方法确定全息测绘中基站的距离限制，验证该方法在控制数据几何质量方面的有效性。1SHCOS 概况SHCOS 系统中各 GNSS 基准站点包括测绘院站(shch)、宝山站(shbs)、嘉定站(jdxc)、莘庄站(shxz)、三甲港站站(ssjg)、临港新城站(lgxc)、青浦站(shqp)、金山站(jsxc)、崇明东站(cmdt)、崇明西站(cmxz)等 10 个陆域基站，还有 3 个海上基站:佘山站(sszn)、花鸟山站(hnsn)、小洋山站(xysn)。目前这些连续运行参考站均能够支持北斗三号卫星信号，全面支持 BSS/GPS/GLO-NASS/GALILEO/QZSS 五星信号的接收和处理。SHCOS 系统提供的服务见表 1，系统功能服务方式多样，既有实时在线服务，也有事后服务，线下服务和网络服务。表 1SHCOS 系统功能Tab 1SHCOS system functionSHCOS 系统服务项功能描述方式账户查询查询账户状况、使用情况等信息网络TK在线提供厘米级的实时动态定位差分改正信息在线TD在线提供分米级的实时动态定位差分改正信息在线站点静态数据SHCOS 各站点的任意历元间隔的 inex 原始观测数据下载事后水准面精化SHCOS 大地高与吴淞高程的相互转换网络控制点查询浏览查询、浏览上海地区平面控制点与高程控制点相关信息网络虚拟 inex 数据用户提供位置，生成该位置的虚拟 inex 观测数据事后事后坐标解算上传 GNSS 单点的静态观测数据，利用参考站数据解算位置事后水准网平差指定格式水准网高差文件平差网络边角网平差指定格式边角网数据文件平差网络GNSS 网平差指定格式 GNSS 网基线文件平差网络点数据坐标转换点数据的上海平面坐标系统与 WGS84、BJ54、XA80、CGCS2000 系统的基准转换线下GIS 数据坐标转换各类 GIS 格式数据的上海平面坐标与 WGS84、BJ54、XA80、CGCS2000 系统的基准转换线下GNSS 数据处理提供 GNSS 网观测数据，根据需求进行基线解算、网平差及坐标转换等数据处理服务线下在智能化全息测绘中，SHCOS 系统的应用主要包括3 个方面:一是 VSTK 测量服务，主要用于倾斜摄影测量中像控点以及移动激光雷达扫描纠正点的测量，也可以用于架站式与便携式激光扫描中特征点或标靶点的测量;二是全息数据的空间基准转换，包括大地水准面精化和坐标转换等;三是作为全息测绘的 GNSS 基站，替代在城市中加密布设的地面基站。由于 SHCOS 系统提供的实时差分改正数无法与惯导数据紧密耦合，且采样率不高，无法匹配惯导数据的频率，目前主要还是使用事后解算。其中 GNSS 基站与移动平台定位系统的距离是制约定位精度和稳定性的主要因素之一。经过差分解算的短基线削弱了系统误差，如电离层、对流层等效应的影响，其精度相对较高，当基线长度较大时，系统误差很难通过差分有效地消除，基线精度降低。为了保障全息数据的精度，需要限制流动站至 GNSS 基站的距离。全息测绘采集了城市海量的空间数据，由于城市环境复杂，影响数据几何精度的因素也非常多，因此，如何控制数据精度非常关键。本文提出一种基于多基站的轨迹差分检测方法，利用 SHCOS 的多基站 GNSS 数据联合移动平台的 GNSS/IMU 数据进行轨迹解算，再对不同基站解算的轨迹进行差分，检测移动平台定位结果是否存在系统性误差，通过轨迹的质量控制保障最终获取的空间数据质量，具体的工作流程如图 1 所示。图 1轨迹差分检测方法流程Fig 1Trajectory differential detection method flow2实验上海市测绘院在张江科学城开展智能化全息测绘，使用直升机平台搭载激光雷达进行数据采集，获取整个区域的点云和影像，利用机载点云进行全息地形生产57。由于 SHCOS 基准站距离张江科学城相对较远，因此首先在张江科学城地面布设三个地面基站作为参考，分别是 G4284、G1 和 G3313，其中 G4284 和 G3313 均使用上海市平面控制点位，G1 为重新埋设的地面控制点;G3313 位于楼顶，观测环境最优，G1 地面较为开阔，观测条件次之;G4284 为原有平面控制点位，周边有一定遮挡，观测环境相对受限。这些点位与 SHCOS 的三甲港站(sjgn)、测绘院站(shch)和莘庄站(shxz)联合组成平面控制网，按照城市 GNSS 二等网的技术要求进行静态观测，06测绘与空间地理信息2023 年控制网布设完成后通过 GNSS 静态控制网解算获取 3 个地面基站坐标。利用张江科学城采集的机载激光雷达数据作为本文的实验数据，进行航迹数据处理8。3 个基站之间距离 12 km，距离飞行载体均不超过5 km，相应的轨迹结果具有很强的相关性，以观测条件最优的 G3313 轨迹结果作为参考，对 G1 和 G4284 进行轨迹结果的差分检测，首先检查采用这些基站进轨迹解算的结果是否具有一致性，判断 3 处地面 GNSS 基站的可用性。本次机载激光雷达系统采用的 GNSS 和 IMU 定位定姿组合平面标称精度为 1 cm，高程的标称精度为 2 cm，设置一致性检测阈值约为标称精度的2 2 倍，即 X 方向为2 cm，Y 方向为 2 cm，Z 方向为 4 cm。图 2 和图 3 分别为G1、G4284 与 G3313 的动态定位差分检测结果，颜色由浅至深分别是 X、Y 和 Z 方向的结果。从图 2 的结果来看，G1 和 G3313 的定位结果吻合较好，X、Y 方向差分结果基本在 2 cm 以内，而 Z 方向差分结果波动略大，但整体高程较差仍小于 4 cm，有少量的 Z 方向的尖峰达到了 68 cm的偏差。一方面 GNSS 解算的大地高精度没有平面精度高，也没有那么稳定;另一方面飞行平台的动态特性也会对 Z 方向的精度造成一定影响。图 2G1 和 G3313 轨迹差分检测结果Fig 2G1 and G3313 trajectory differentialdetection results图 3G4284 和 G3313 轨迹差分检测Fig 3G4284 and G3313 trajectory differentialdetection results图 3 展示了使用 G4284 和 G3313 解算的轨迹差分结果中存在较为明显的系统误差(前 8 000 个历元)，X 方向的差分检测值达到 5 cm，Z 方向整体超过 10 cm，部分尖峰达到了 20 cm;因此，使用 G4284 基站进