CORS技術(shù)與全站儀配合在大比例尺地形圖測量中的應用①

杜仲進，朱小玉，孫善一

（安徽理工大學測繪學院，安徽 淮南232001）

0 引 言

近年來，隨著全球定位系統(tǒng)的不斷發(fā)展，特別是RTK技術(shù)的興起，推動著測繪行業(yè)向著便捷化的方向發(fā)展，雖然實時動態(tài)差分技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取上更方便、更快捷，精度更高，但由于傳統(tǒng)RTK技術(shù)的局限性，使它在某些方面的應用受到阻礙［1]。使用CORS RTK測量方式可以很好地克服傳統(tǒng)RTK測量的不足。衛(wèi)星信號受到遮擋是傳統(tǒng)RTK和CORS RTK都不能解決的問題。全站儀在傳統(tǒng)的測量中的運用已經(jīng)很成熟，由于其自身技術(shù)特點也受到自然環(huán)境影響。將網(wǎng)絡RTK和全站儀配合使用，在山區(qū)的大比例尺地形測繪中能得到更好的應用。

以CORS技術(shù)與全站儀在閩清縣鶴林村的大比例尺（1：1000）地形測量中的應用為例，主要闡述了傳統(tǒng)RTK的不足與CORS技術(shù)的優(yōu)勢及CORS技術(shù)與全站儀配合作業(yè)的基本原理、作業(yè)模式、注意事項，這種模式應用于山區(qū)地形圖測繪具有較大的優(yōu)勢［2]。

1 傳統(tǒng)RTK與CORS技術(shù)比較

1.1 傳統(tǒng)RTK與其不足

傳統(tǒng)RTK技術(shù)是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，該技術(shù)需要一個本地的基準站。在作業(yè)時，基準站觀測同步觀測值、基準站坐標通過數(shù)據(jù)鏈實時播發(fā)給流動站。流動站依據(jù)本機的觀測值、基準站觀測值和坐標、廣播星歷進行實時相對定位，從而計算流動站的瞬時位置坐標。

傳統(tǒng)RTK的局限性：

1）測量范圍的局限：由于差分技術(shù)的前提是差分的兩站的衛(wèi)星信號傳播路徑相同或者類似。此時兩站的共同誤差大部分可以消除。但當距離大于50km以上，誤差相關(guān)性大大減少，以至于差分之后殘差很大，定位精度下降。

2）通信數(shù)據(jù)鏈作用距離的局限：傳統(tǒng)RTK多采用UHF和VHF電臺播發(fā)RTCM差分信號，由于電臺的衍射性能差，而且都是站間準直線傳播。所以在山區(qū)作業(yè)很不方便，經(jīng)常會收到衛(wèi)星信號，但是收不到電臺信號。與此同時山區(qū)海拔高、高差大，電臺信號極易受到阻斷。

3）基準站移動頻繁：在測量過程中，需要不斷設置和更換基準站時會導致生產(chǎn)效率和設備的安全性不高，同時為基準站持續(xù)供電一直是外業(yè)測量難以解決的問題。

1.2 CORS技術(shù)與優(yōu)勢

連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)（CORS）是利用地面布設的多個基準站，綜合利用各個基準站的觀測信息，通過建立精確的誤差改正模型，實時發(fā)送RTCM差分改正數(shù)，改正用戶的觀測值精度，在更大的范圍內(nèi)實現(xiàn)移動用戶的高精度導航定位服務。同時CORS RTK技術(shù)集Internet技術(shù)、無線通訊技術(shù)、計算機網(wǎng)絡管理技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體，是參考站網(wǎng)絡式GPS多功能服務系統(tǒng)的核心支持技術(shù)和解決方案。

CORS RTK克服了傳統(tǒng)的RTK的許多不足，同時獲得精度更高的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了快捷、方便的作業(yè)模式。

2 CORS RTK配合全站儀的實測技術(shù)分析［3]

在利用CORS RTK方式進行測量時，固定的參考站不直接向移動用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊線發(fā)送到控制中心。移動用戶在工作前，向控制中心發(fā)送一個概略坐標，控制中心根據(jù)用戶概略位置，由數(shù)據(jù)處理中心自動選擇最佳的一組固定基準站。根據(jù)這些站發(fā)來的信息，整體進行GPS測量誤差改正，并將高精度的差分信號發(fā)給移動站，移動站利用差分信息及本站觀測值進行定位。

對于全站儀來說，在野外進行測量時，受到外界環(huán)境影響較小。

在實際的測量中，由于使用CORS技術(shù)進行測量時，已知轉(zhuǎn)換四參數(shù)（或七參數(shù)），此時平面已經(jīng)轉(zhuǎn)換成我們通常使用的坐標系，由于高程異常的存在，需要進行改正，為了獲得測量需要的點位的正常高，通過該地區(qū)的似大地水準面精化結(jié)果，求出高程異常值，從而獲得點位的三維坐標。使用CORS RTK進行測量時，只有在載波相位整周模糊度得到固定解時才開始測量，這樣可以有效的保證精度。

3 應用實例

3.1 概 述

鶴林村位于福州市閩清縣金沙鎮(zhèn)境內(nèi)，處于福建省的東部，測區(qū)范圍大概0.6km2，測區(qū)地形以丘陵為主。在測區(qū)范圍內(nèi)大部分地勢高差較大，農(nóng)田多為梯田，房屋多建于村級水泥路面一側(cè)。沿著盤山道路，布設兩個E級GPS控制點，此外還布設14個GPS點，其中六個為埋石圖根點，其他為圖根點。該控制點經(jīng)過全站儀與RTK共同檢核，保證其精度。

3.2 控制測量

使用CORS RTK模式對一級點和圖根點進行控制測量。本次測量在CORS網(wǎng)絡的有效范圍內(nèi)。對于一級點的測量，采用三腳架對中、整平，每次觀測21個歷元，采樣間隔2～5s，同時進行平滑處理。一級點施測四次，每次測量平面較差應不大于4cm，大地高較差不大于4cm.最后取各次測量平面坐標中數(shù)為最終的結(jié)果。為了保證首級控制點的精度，采用全站儀進行邊長檢核，測距中誤差≤±15mm，邊長較差的相對中誤差應≤1／14000.全站儀實測邊長應經(jīng)過氣溫、氣壓及投影等各項改算，再與控制點的坐標反算邊長進行比較。其他的圖根點只要施測兩次即可。通過計算點位中誤差，可以看出CORS RTK測出點位的精度較高，如表1，2所示。對于高程來說，由于獲取的高程數(shù)據(jù)存在異常，首級控制點高程計算采用GPS大地高結(jié)合此區(qū)域的似大地水準面精化成果進行求算。其他圖根點高程計算也采用上述方法。

表1 一級點邊長較差計算表

表2 同一觀測點多次觀測平面坐標及點位中誤差

點名 第一次坐標 第二次坐標 二次觀測坐標的中數(shù)x／m y／m x／m y／m Δx／m Δy／m ΔmD／m 12 95 792.543 9 063.168 95 792.537 9 063.170 0.006 0.002 ±0.002 13 95 752.426 9 022.903 95 752.428 9 022.901 0.002 0.002 ±0.001 14 96 190.233 9 680.115 96 190.256 9 680.104 0.024 0.010 ±0.009

3.3 碎部測量

對鶴林村進行外業(yè)查看，考慮到此測區(qū)地形起伏較大，從東往西有一條貫穿整個村子的水泥路，水泥公路的一邊為坎，另一邊為少量的房屋和山，通往山上有一條小路，小路邊上有較多房屋。坎下多為梯田，在坎下斜坡種植了較多高大的竹子，且非常密集，造成通視情況不好。鶴林村的圖根點都設在水泥路上，從路上的控制點設站，全站儀無法觀測到坎下的梯田邊界點和高程點。和梯田相鄰的另外一端為山，在從水泥路一個岔口有一條小路通往山上，路邊有幾幢建筑物，用全站儀測量比較困難。為了提高測圖的工作效率，在此房屋門前開闊的地方，布設相互通視的圖根點，用RTK測出其坐標，可以用全站儀在其上設站，利用已測得控制點坐標，進行碎部測量。全站儀進行碎部測量時，為了保證測圖的精度和內(nèi)業(yè)展野外測點時，防止圖形的旋轉(zhuǎn)，需要對測站進行定向。利用已知測站和后視點的坐標進行定向。通過檢測定向后視點的坐標差來保證碎部點的精度，如果x＞3cm，或y＞3cm則需要檢查，防止有誤操作，然后進行重新測量定向點。因此，分配一組RTK測量梯田邊界點、山谷中的一些特征點的高程和通往山上的小路。同時其他地物用全站儀進行觀測，全站儀組需要兩個人，觀測員在測圖的時候，同時輸入點位的地類代碼，另外一人，負責立棱鏡，根據(jù)此次鶴林村1：1000地形圖測量要求，測圖最大視距不宜大于160m，無棱鏡儀器最大視距不得大于60m.通過協(xié)調(diào)配合工作，可以加快測量的進度。外業(yè)觀測完成以后，還需進行野外的調(diào)查，調(diào)查地塊中植物的類別，山谷地貌等，重點調(diào)查房屋的結(jié)構(gòu)，很多房屋后面為很高的坎，用全站儀和RTK都無法觀測，在定出房屋前面特征點時，房屋背面通過測距儀進行量距。這樣配合可以大大提高測圖的效率。

4 CORS技術(shù)配合全站儀的優(yōu)勢與對測量工作效率的提高

采用CORS RTK配合全站儀在地形圖測繪中進行控制測量和碎部測量具有非常顯著的優(yōu)勢，工作效率有很大提高。

1）采用CORS RTK進行測量，CORS網(wǎng)絡覆蓋范圍大，不受傳統(tǒng)RTK作業(yè)距離的限制，可以很快的解算出整周模糊度，定出點位三維坐標，實現(xiàn)快速作業(yè)。在碎部測量時，地物周圍環(huán)境無嚴重遮擋時，只需一人即可作業(yè)，加快了作業(yè)速度。

2）CORS RTK定位出點位的三維坐標，沒有誤差的累積，精度較高，作業(yè)之前可以用高等級的點進行檢核，減少了全站儀對于點位的檢核，提高了效率。

3）在山區(qū)進行地形圖測繪，全站儀組與CORS RTK組進行配合，可分區(qū)域進行，與傳統(tǒng)的作業(yè)方式比較，減少了人力，提高了經(jīng)濟效益。

5 結(jié) 論

利用CORS技術(shù)配合全站儀在山區(qū)地形圖測繪中，很好地解決了傳統(tǒng)RTK的不足之處和單純使用全站儀造成圖根點位誤差累積與傳播，受到山區(qū)通視條件的影響，利用CORS技術(shù)可以很好地定位出點位的三維坐標，在提高工作效率和經(jīng)濟效益的同時精度也得到了保證。

［1]李征航，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理［M].武漢：武漢大學出版社，2005.

［2]唐曉洪.應用RTK技術(shù)的礦山地形測量研究［J].科技資訊，2010（27）：23.

［3]浙江省測繪局和國家測繪局重慶測繪院.CHT 2009－2010.全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范［S].國家測繪局標準化委員會，2010.