基于MapInfo軟件的GPS控制網點位設計

姚任平，廖文兵

(1.武漢大學遙感信息工程學院，湖北武漢430079;2.國家測繪局大地測量數據處理中心，陜西西安710054)

基于MapInfo軟件的GPS控制網點位設計

姚任平1，2，廖文兵2

(1.武漢大學遙感信息工程學院，湖北武漢430079;2.國家測繪局大地測量數據處理中心，陜西西安710054)

控制測量點位設計一般基于我國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，給安全生產帶來隱患。介紹基于MapInfo軟件的城市道路交通圖上控制網點位設計的方法和步驟，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用于城市控制網的布設，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;點位設計

一、前 言

城市控制測量點位設計一般基于我國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點位設計方法可以避免以上兩大缺陷，且在點位設計完成后，即可直接得到設計點位于WGS-84坐標系下的點位坐標。通過導航型手持接收機的導航功能，即可完成新布設點位的選點、埋石工作。

根據《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T 18314—2009)要求，各級GPS網點位應均勻分布，相鄰點間距離最大不宜超過該網平均點間距的2倍。本文在分析各種誤差的基礎上，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控制網點位圖制作

1.MapInfo Professional介紹

MapInfo Professional是桌面地理信息系統軟件，其可視化地理分析功能可在數據庫中不同數據之間建立關聯，并在同一環境下顯示。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;可以進行數據輸入和編輯、數據投影轉換、圖形操作、顯示、生成專題圖、數據查詢、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。整個技術流程主要包括以下幾個部分。

圖1 控制網制作流程圖

(1)規劃展點圖

在創建展點圖前，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據(即變量)以及它們之間的組織關系。根據目的選擇適當的元素，確定展點圖要顯示的變量值的范圍、等級符號、點密度、要顯示變量的個數及顯示的邏輯關系。

(2)底圖的配賦

將柵格圖像矢量化，創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。根據誤差大小調節控制點的位置直到道路交通圖不扭曲、不變形為止。

(3)主題元素的創建

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

(4)控制網圖的修飾

數據處理完成后，需在圖上加注記和圖例。在創建展點圖時，MapInfo會自動創建圖例，并解釋圖中顏色、符號、大小的含義，還可進行圖順序、增加標題、設定字體等的改動，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控制網點位的布設應根據其布設目的、精度要求、衛星狀況、接收機類型和數據、測區已有的資料、測區地形和交通狀況以及作業效率等因素綜合考慮，按照優化設計原則進行［1］。點位主要考慮觀測環境、交通、密集度及控制范圍。而在設計的過程中，觀測環境是未知量，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，一般在室內設計時，點位都分布在國道、省道、縣道、鄉道及新農村建設的村道附近。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網上均可下載，而把柵格圖像矢量化，創建要素表就需要進行底圖配賦。

底圖配賦前，需要在測區范圍內選取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，如村莊、道路、旅游景點等。且控制點應盡量位于測區范圍周邊，使其能充分控制整個測區。

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。根據誤差大小調節控制點的位置。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，需要下載MapInfo Professional配準補丁。覆蓋安裝目錄下的文件后，即可顯示誤差參數，以像素計，根據參數大小，調節配準點位置。配準后的道路交通圖要求不扭曲、不變形。

三、外業選埋

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

四、選埋精度

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

表1 各等級控制網相鄰點間距

根據表1中點間距參數，計算出在實地選點過程選埋點位與設計點位距離一般不應超過1.5 km。

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

1.配準點概略坐標誤差

配準點一般選取測區范圍內的國家GPS點或三角點。GPS點概略坐標一般由手持GPS在外業選埋過程中直接得到，而國家三角點在利用坐標轉換過程中，采用七參數法變換比較準確，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關系如表2所示。

由子午弧長偏差計算公式dx=MdB可計算當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表［4］

2.道路交通圖配準誤差

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 圖像配準誤差統計

圖像配準誤差要盡可能小，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。配準誤差屬于設計網外部誤差，不影響點位設計基線長度。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絕對定位，其誤差包括衛星星歷誤差和手持接收機誤差。而單點定位動態絕對定位的精度為±(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計到實際選埋過程中的誤差均在幾十米范圍內，相比規范要求的1.5 km而言，誤差非常小，留給外業選點人員的選擇空間較大，一般均能滿足設計要求。

五、案 例

西安市第二次土地調查基礎控制網是西安市基礎測繪“十一五”規劃的重要組成部分，測區范圍位于東經107°49'～109°40'，北緯33°39'～34°45'，地處黃河流域中部的關中平原。

榆林市城市坐標系統建設項目范圍位于東經109°30'～109°48'，北緯38°05'～38°22'，地貌以風沙草灘區和黃土丘陵溝壑區為主。

寧德市高精度三維控制網的建立及似大地水準面精化項目范圍位于東經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合為特點。

以上3個GPS控制網的設計均基于MapInfo平臺的道路交通圖上，室內設計點間距參數和實際選埋點間距參數如表3所示。

表3 3個控制網設計點間距與實際點間距對照表

六、結束語

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

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

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

3)點位設計圖具有公開性，較原有的地形圖更具有適用性。在外業生產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軟件平臺上新設計的點位可以直接具有WGS-84坐標系下的坐標，通過導航型手持接收機可以達到距離設計點位幾十米范圍內。無需結合地形圖判別地物、地貌，降低了對作業人員的要求。

但在實際應用中會因為道路交通圖配賦的不準確性，導致道路交通圖的扭曲，從而造成交通路線的不準確，這就需要通過工地發現錯誤所在，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(GPS)測量規范［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.大地測量學基礎［M］.武漢:武漢大學出版社，2001:70.

［5］ 楊玉華，郭圣權.WGS-84坐標與BJ-54坐標之間的坐標轉換問題［J］.科技情報開發與經濟，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:武漢大學出版社，2003:57.

［7］ 國家測繪局大地測量數據處理中心.西安市第二次土地調查基礎控制網技術報告(外業部分)［R］.西安:國家測繪局大地測量數據處理中心，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。