基于CORS的城鎮(zhèn)地籍測(cè)量技術(shù)研究

摘 要：本文基于筆者多年從事地籍測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以地籍測(cè)量中的控制測(cè)量方法為研究對(duì)象，探討了地籍測(cè)量中常用的四種控制測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用精度差異，結(jié)合某市地籍測(cè)量工程案例，重點(diǎn)探討了基于CORS的地籍測(cè)量技術(shù)，全文是筆者長期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：地籍測(cè)量 控制測(cè)量 RTK CORS 導(dǎo)線

中圖分類號(hào)：P27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（a）-0029-02

地籍測(cè)量為土地管理提供精確、可靠的地理參考系統(tǒng)，且不同于一般地形圖測(cè)繪，地籍控制網(wǎng)不但要滿足測(cè)繪地籍圖的需要，還要以厘米級(jí)精度用于土地權(quán)屬界址點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)定和滿足地籍變更測(cè)量，可以說地籍控制點(diǎn)的高精度是保證整個(gè)地籍測(cè)量質(zhì)量的前提和關(guān)鍵一環(huán)。地籍控制測(cè)量可采用三角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)和靜態(tài)GPS相對(duì)定位測(cè)量、GPS-RTK測(cè)量等方法，而隨著GPS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，有更多的新方法應(yīng)用于城鎮(zhèn)地籍控制測(cè)量工作，如城市CORS系統(tǒng)等。筆者根據(jù)多年從事地籍測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)際工作，對(duì)地籍測(cè)量中的幾種控制測(cè)量方法的應(yīng)用進(jìn)行一些探討。

1 地籍控制測(cè)量常用方法的及其優(yōu)缺點(diǎn)（圖1）

1.1 靜態(tài)GPS控制測(cè)量

靜態(tài)GPS控制網(wǎng)具有定位精度高，控制范圍大，平面和高程可同步推算，選點(diǎn)靈活，不需要通視及全天候作業(yè)等特點(diǎn)，在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中常用于基本控制測(cè)量，即首級(jí)控制網(wǎng)。有時(shí)為了提高整網(wǎng)的可靠性及均勻性，城市一級(jí)（或二級(jí)）控制網(wǎng)也采用靜態(tài)或快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量方法。靜態(tài)GPS網(wǎng)可通過GPS高程擬合（即利用已知高程點(diǎn)建立區(qū)域水準(zhǔn)面模型推求待求點(diǎn)高程）的方法求得，但由于受基線解算等因素影響，求出的高程精度相對(duì)較低。而在已建立似大地水準(zhǔn)面模型的地區(qū)，可較長時(shí)間觀測(cè)待求點(diǎn)WGS84坐標(biāo)，內(nèi)插似大地水準(zhǔn)面，可得到較高精度的高程值。

靜態(tài)GPS控制網(wǎng)的不足之處：（1）GPS測(cè)量受衛(wèi)星分布狀況限制、天氣環(huán)境影響及GPS信號(hào)受多種無線信號(hào)干擾、儀器上空受電磁波影響及光反射造成多路徑誤差等，GPS測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和精度有待進(jìn)一步提高；（2）使用受到限制，特別是在城市測(cè)量中，高樓林立，建筑物裝飾幕墻較多，道路上車流量大，人行道上樹多，胡同較多，干擾信號(hào)較多，這些地方不適宜使用GPS；（3）相對(duì)其它方法作業(yè)效率低，對(duì)人員、設(shè)備要求較高，所以靜態(tài)GPS測(cè)量一般不用于城市二級(jí)以下的控制測(cè)量。

1.2 導(dǎo)線測(cè)量

導(dǎo)線測(cè)量作為城鎮(zhèn)地籍控制測(cè)量最為經(jīng)典的方法之一，仍廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)地籍控制測(cè)量。在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中，施測(cè)的范圍多為建成區(qū)，導(dǎo)線測(cè)量能充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，其特點(diǎn)是：（1）相對(duì)精度較高、檢核條件多，能在測(cè)量過程中有效避免粗差的出現(xiàn)；（2）布設(shè)靈活方便，只需相鄰兩點(diǎn)相互通視，特別適合城鎮(zhèn)地籍測(cè)量隱蔽地區(qū)及城市建筑區(qū)的控制測(cè)量；（3）可同時(shí)進(jìn)行三角高程導(dǎo)線測(cè)量，同步傳遞高程等優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)線測(cè)量每站需觀測(cè)水平方向折角、垂直角，斜距及測(cè)距時(shí)主站的氣壓、溫度、儀器高、覘高等，利用這些觀測(cè)要素通過改正來推算待求點(diǎn)值。根據(jù)不同等級(jí)精度也規(guī)定了所有儀器能達(dá)到的測(cè)角、測(cè)邊精度，起始數(shù)據(jù)精度，導(dǎo)線總長等指標(biāo)，從而保證了最弱點(diǎn)中誤差。影響導(dǎo)線精度的因素有設(shè)備系統(tǒng)誤差、外界觀測(cè)條件、作業(yè)人員技能等，所以在導(dǎo)線測(cè)量作業(yè)前，盡量根據(jù)技術(shù)要求選定好作業(yè)人員和設(shè)備，并做好設(shè)備的檢校。

導(dǎo)線測(cè)量也有其明顯的缺點(diǎn)：（1）觀測(cè)要素多，控制范圍較小，導(dǎo)線精度受導(dǎo)線總長度的影響；（2）相對(duì)于GPS-RTK等作業(yè)方法，需要投入人員較多，推進(jìn)速度較慢；（3）導(dǎo)線測(cè)量要分級(jí)布網(wǎng)，逐級(jí)加密，還要考慮有較好的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)等。如在城市導(dǎo)線測(cè)量中，不僅要構(gòu)成一定的網(wǎng)形，且兩點(diǎn)間必須通視，才能進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)間的傳算，即便是在不需要布設(shè)控制點(diǎn)的地區(qū)，為了導(dǎo)線點(diǎn)間的傳遞和網(wǎng)形，還必須布設(shè)和測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)，增加了一些不必要的工作。

1.3 GPS-RTK控制測(cè)量

利用GPS-RTK技術(shù)實(shí)施控制測(cè)量能夠?qū)崟r(shí)提供待求控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，具備靈活、快速、省時(shí)、省力及精度高等優(yōu)點(diǎn)，能極大地提高工作效率。RTK定位的誤差一般分為兩類：一是同測(cè)站有關(guān)的誤差，包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號(hào)干擾和氣象改正因素；二是同距離有關(guān)的誤差，包括軌道誤差、電離層誤差和對(duì)流層誤差。因此，利用RTK進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)應(yīng)遵循GPS作業(yè)的基本要求。首先，基準(zhǔn)站應(yīng)選擇在地勢(shì)較高且開闊沒有遮擋的地方，以便增大基準(zhǔn)站電臺(tái)的發(fā)射距離及基準(zhǔn)站能夠接收到更多的GPS衛(wèi)星信號(hào)；其次，基準(zhǔn)站要遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓線及大面積水域等，以避免電磁波干擾或水面及建筑物等帶來的多路徑效應(yīng)；第三，基準(zhǔn)站應(yīng)架設(shè)穩(wěn)定牢固，避免觀測(cè)期間晃動(dòng)，影響測(cè)量精度。為了保證控制點(diǎn)精度，還應(yīng)考慮以下因素：（1）點(diǎn)校正應(yīng)選擇精度較高、分布均勻高等級(jí)控制，校正點(diǎn)分布均勻；（2）最好能利用雙基站法對(duì)每個(gè)待定點(diǎn)進(jìn)行兩次觀測(cè)，取其平均值作為最終成果，既可提高精度又可確保成果的可靠性；（3）對(duì)測(cè)點(diǎn)精度進(jìn)行合理設(shè)定，可對(duì)測(cè)點(diǎn)須達(dá)到的測(cè)量精度進(jìn)行設(shè)定，在實(shí)際測(cè)量中若低于設(shè)定精度，則停止觀測(cè)；（4）加強(qiáng)檢核，每次作業(yè)前測(cè)量已知點(diǎn)或重復(fù)點(diǎn)，在誤差許可范圍內(nèi)再繼續(xù)作業(yè)。

RTK技術(shù)的控制測(cè)量具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）誤差分布均勻、相互獨(dú)立，不存在誤差積累，精度可靠度較高；（2）RTK測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)量成果，不需要像常規(guī)控制測(cè)量那樣分級(jí)布網(wǎng)，可以直接在所需點(diǎn)位的地區(qū)進(jìn)行布設(shè)和測(cè)量，可以大大減少生產(chǎn)成本，減輕測(cè)量員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測(cè)量速度和效益。其缺點(diǎn)也有以下幾點(diǎn)：（1）受遮擋物影響，造成信號(hào)失鎖，定位延遲；（2）控制范圍較小，作業(yè)半徑一般不超過15 km，定位精度隨距離的增加而顯著降低；（3）受時(shí)間段影響，在某些時(shí)間段接收到衛(wèi)星個(gè)數(shù)較少，在電離層高峰期作業(yè)會(huì)影響作業(yè)精度。

1.4 CORS控制測(cè)量

多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（CORS），作為GPS技術(shù)在測(cè)繪、導(dǎo)航等行業(yè)發(fā)展利用的方向，在我國許多地區(qū)迅速發(fā)展并部分建成使用。

CORS系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度一般在厘米級(jí)甚至更高精度，完全可以滿足城鎮(zhèn)地籍控制測(cè)量要求，在已建成CORS系統(tǒng)的地區(qū)或城市，利用其進(jìn)行控制測(cè)量作業(yè)非常便利。CORS系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)RTK測(cè)量作業(yè)方式，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：（1）采用連續(xù)基站，用戶可以全天候觀測(cè)，使用方便，提高了工作效率；（2）縮短了初始化時(shí)間，有效工作的范圍較大；（3）不需要另架設(shè)基準(zhǔn)站，真正實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)，減少設(shè)備購置費(fèi)用；（4）數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)完善，可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強(qiáng)差分作業(yè)的可靠性；（5）數(shù)據(jù)鏈通訊方式固定可靠，可以減少噪聲干擾；（6）精度高，與單個(gè)參考站RTK測(cè)量相比，CORS提供的網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量采用多個(gè)參考站聯(lián)合解算數(shù)學(xué)模型，其測(cè)量精度和可靠性遠(yuǎn)高于單個(gè)參考站RTK；（7）作業(yè)效率高，相對(duì)于靜態(tài)GPS測(cè)量的先外業(yè)聯(lián)合觀測(cè)后內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理模式，CORS在服務(wù)范圍內(nèi)作業(yè)可得到即時(shí)坐標(biāo)，更省時(shí)；（8）建立CORS系統(tǒng)后，可長期提供穩(wěn)定、統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系，并規(guī)范基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)等。

利用CORS進(jìn)行大比例地形地籍圖測(cè)量控制測(cè)量作業(yè)，也受到GPS測(cè)量限制條件的影響，在建成區(qū)作業(yè)并不適宜。

2 在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中幾種控制測(cè)量方法應(yīng)用比較

以筆者參與施測(cè)的某市1∶500數(shù)字化地籍測(cè)量項(xiàng)目為例。測(cè)區(qū)位于某市某風(fēng)景區(qū)以南，以居民區(qū)和山地、丘陵地、水庫區(qū)為主，該工程屬于全國二調(diào)城鎮(zhèn)地籍測(cè)量部分。布設(shè)四等GPS網(wǎng)一個(gè)作為測(cè)區(qū)首級(jí)控制，施測(cè)四等控制點(diǎn)12個(gè)；并布設(shè)城市一級(jí)GPS網(wǎng)作為首級(jí)網(wǎng)加密，施測(cè)一級(jí)控制點(diǎn)81個(gè)；GPS網(wǎng)采用四等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)約70%網(wǎng)點(diǎn)建立水準(zhǔn)面模型作GPS高程擬合。二級(jí)、圖根控制點(diǎn)測(cè)量采用導(dǎo)線測(cè)量、GPS-RTK控制測(cè)量、CORS控制測(cè)量等方法進(jìn)行。及為了檢驗(yàn)各種作業(yè)方法在不同環(huán)境精度及相互精度，通過二種以上方法測(cè)同一組控制點(diǎn)進(jìn)行比較分析，操作嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范。

2.1 CORS與靜態(tài)GPS網(wǎng)點(diǎn)比較

在不同范圍選擇四等或一級(jí)GPS靜態(tài)測(cè)量網(wǎng)控制點(diǎn)，與利用CORS系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)RTK檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比，共檢測(cè)控制點(diǎn)25個(gè)，其較差分布情況如表1所示。最大較差為：dx=4.6 cm，dy=-4.2 cm，dH=-5.3 cm。平均較差為：dx=-1.22 cm，dy=1.14 cm，dH=2.16 cm。由較差計(jì)算得的中誤差為mx=±1.58 cm，my=±1.67 cm，mH= ±2.55 cm。從較差和中誤差來看，CORS提供的網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量結(jié)果精度完全符合《城市測(cè)量規(guī)范》要求，可作城市二級(jí)以下控制測(cè)量，可否作城市一級(jí)或更高等級(jí)控制測(cè)量，有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 GPS類方法與常規(guī)方法對(duì)比

利用全站儀實(shí)測(cè)相互通視的GPS靜態(tài)網(wǎng)點(diǎn)、CORS控制點(diǎn)及RTK控制點(diǎn)相鄰點(diǎn)對(duì)的邊長和高差，與點(diǎn)對(duì)測(cè)量坐標(biāo)反算值進(jìn)行比較，共檢測(cè)點(diǎn)對(duì)62對(duì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：邊長最大較差為5.57 cm，最小為0.02 cm，平均為1.69 cm，間距中誤差1.83 cm；高差最大較差為7.05 cm，最小為0.04 cm，平均為2.42 cm，高差中誤差2.66 cm。幾種方法的對(duì)比結(jié)果，平面差值在許可范圍內(nèi)，個(gè)別RTK控制點(diǎn)高差較值稍大，考慮城鎮(zhèn)地籍測(cè)量對(duì)高程一般不作要求，因此幾種方法皆能滿足城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中控制測(cè)量的需要。

2.3 幾種方法在不同地形條件下的比較

分別在建成區(qū)、山地、丘陵地、水庫邊4類不同的地形條件選擇導(dǎo)線測(cè)量方法施測(cè)的控制點(diǎn)和利用RTK施測(cè)能得到固定解的控制點(diǎn)對(duì)，每組地形條件檢測(cè)20對(duì)，共80對(duì)。在不同地形條件下，RTK測(cè)量與導(dǎo)線測(cè)量較差區(qū)分較顯著，在建成區(qū)由于建筑物的遮擋和反射，較差值最大；在較開闊的丘陵地，較差值最小；山地由于山體對(duì)部分衛(wèi)星信號(hào)遮擋，較差值稍大；大面積水域?qū)TK測(cè)量值影響并不明顯。在距離較短的點(diǎn)對(duì)，RTK測(cè)邊誤差比導(dǎo)線較高，但點(diǎn)位誤差卻較小，可以得出在短距離測(cè)量中，導(dǎo)線測(cè)量相對(duì)于RTK測(cè)量精度較高。

3 結(jié)語

通過幾種常用控制測(cè)量方法在大比例地形地籍圖運(yùn)用分析和比較，筆者認(rèn)為每種作業(yè)方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，不同的等級(jí)及不同地形條件適用不同的作業(yè)方法。概括來說，靜態(tài)GPS相對(duì)定位測(cè)量適用于等級(jí)控制點(diǎn)測(cè)量，導(dǎo)線測(cè)量適宜于建成區(qū)或較隱蔽區(qū)域，RTK或CORS適宜于開闊、遮擋物少地區(qū)。在實(shí)際作業(yè)中，可根據(jù)測(cè)區(qū)情況選用適宜的方法，也可以綜合利用各種方法，以提高作業(yè)效率，滿足精度要求。

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