基于CORS系統的1∶500地形圖精度研究

張云建

(菏澤市測繪研究院，山東菏澤 274000)

連續運行參考站系統(Continuously Operating Reference System，簡稱CORS)是空間數據獲取的基礎設施之一，它能夠向用戶提供包括實時和事后在內的精密定位服務，滿足各領域對位置、時間等信息實時獲取的要求。利用CORS系統在測量地形圖中，可以大大提高測繪速度與效率，降低測繪勞動強度和成本，省去測量標志保護與修復的費用，經驗表明CORS系統能夠快速、高效提供測量成果，保證用戶使用的同時，還能節省各項測繪工程實施過程中約30% 的控制測量費用。

1 CORS系統的組成

1.1 CORS的概念

連續運行參考站系統可以定義為一個或若干個固定的、連續運行的GPS參考站，利用現代計算機、數據通信和互聯網(LAN/WAN)技術組成的網絡，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經過檢驗的不同類型的GPS觀測值(載波相位，偽距)，各種改正數、狀態信息，以及其他有關GPS服務項目的系統。

1.2 CORS的構成

CORS主要由以下幾個子系統構成:系統控制中心、衛星跟蹤基準站、數據通訊和用戶部分。

1.3 CORS的工作流程(圖1)

圖1 CORS的工作流程圖

2 全解析測量

2.1 平面控制測量

采用CORS系統可以直接測量圖根點的平面坐標，不需要按照以往的控制測量進行逐級布設。使用雙頻的GPS儀器，通過手簿藍牙連接手機上網接收CORS系統的信號直接測量平面坐標。通過兩次獨立觀測，兩次獨立觀測時間間隔必須大于20 min，并且要求兩次觀測的平面坐標互差小于3 cm，否則就要追加觀測時段。兩次互差小于限差后取其平均值作為該點的平面坐標。

2.2 高程控制測量

采用CORS系統直接測量出圖根點的WGS－84坐標和大地高，要求兩次獨立觀測的大地高限差小于6 cm，將測量出的數據整理好，利用該地區的精化大地水準面模型程序通過大地高和WGS－84坐標將該點的正常高求出，取兩次正常高的平均值作為該點的最后高程值。

2.3 地形圖測量

控制測量完畢以后，采用全站儀外業進行碎部點測量，采集地形、地物要素依據國家規范、圖式的要求進行，外業采集完畢以后，內業通過控制點坐標將外業采集數據轉換成坐標文件，利用數據成圖軟件將坐標文件展繪到計算機內，然后進行數據編輯成圖。

3 地形圖精度檢測方案

利用CORS系統完成1∶500地形圖測量以后，必須對地形圖進行有效性檢驗，以確保用戶能放心使用。有效的檢測方法是衡量通過CORS系統測量地形圖精度的必要條件。主要目的是評價CORS系統定位精度、覆蓋范圍等是否達到地形圖精度指標。由于CORS系統測量雖然采用兩次獨立觀測來增加多余觀測量，但仍然有不確定性(外界干擾源)，所以檢測基本思路為:靜態檢測動態、水準檢測似大地水準面。

3.1 對圖根點進行檢測

選擇地形圖范圍內原有的A、B、C級點作為靜態觀測的起算點，均勻的抽查地形圖范圍內的圖根點進行靜態測量，測量時間不少于30 min，將測量的坐標與利用CORS測量的動態圖根點坐標進行比較，統計精度。

3.2 對地形圖進行相對精度檢測

將地形圖回放成紙圖，到外業用鋼尺進行實地丈量地物之間的長度，要求每幅圖均勻量取邊長25條以上。然后再與內業由圖上量取的距離進行比較，得出每幅圖的相對精度。

3.3 對地形圖進行絕對精度檢測

利用全站儀和靜態測量后的圖根點坐標進行地形、地物要素采集，將測得數據轉換成當地坐標，與通過CASS等軟件處理后獲得的內業地形圖地形、地物點的坐標進行比較，求得每幅圖的絕對精度。

3.4 相鄰CORS系統互相檢測

我國現在大部分地級市都已經建成或者正在籌建本市地區內CORS系統，也給我們提出了一個更好的檢測方法，就是互相之間的檢測。具體操作就是利用兩個市區CORS系統同時測定一個點，得出該點的坐標成果，進行互相比較。

3.5 利用原有二、三等水準點進行高程精度檢測

利用測區內已有的二、三等水準點，對圖根點、道路上高程以及明顯地形高程點進行水準測量來檢測地形圖內的高程點精度。

4 應用實例

現在以2009年11月建成并投入生產運行的山東省菏澤市CORS系統(菏澤市測繪院構建)，并于2009年12月～2010年3月利用該系統進行全市13個鄉鎮的1∶500地形圖測量，總面積大約60 km2來說明上述檢測方法以及得出的利用該CORS系統所測量的地形圖的精度。

4.1 菏澤市CORS系統說明

菏澤市測繪院自行投資50萬元建立的連續運行衛星定位服務系統(HZCORS)，建立了1個GNSS永久性參考站和一個系統管理中心。該GNSS永久性參考站建在菏澤市測繪院辦公樓樓頂，可實現對全市覆蓋，距參考站最遠的距離不超過60 km。

4.2 所使用的儀器和平差軟件

儀器:雙頻GPS儀器6臺;自動安平水準儀2臺。

軟件:Trimble公司的 TGO軟件;Microsoft Office Excel軟件;清華山維控制測量平差軟件。

4.3 對圖根點進行測量

2009年10月，菏澤市測繪院在菏澤市在原有C級網的基礎上進行了D級網的布設、測量，共布設32個D級點，要求每個鄉鎮至少3個D級點，并且對每個D級點進行了三、四等水準測量。此次對圖根點檢測就是在D級點的基礎上進行。2010年3月，在每個鄉鎮選取兩個D級點作為首級控制點，在每個鄉鎮均勻選取4個圖根點進行靜態測量，要求測量時間不少于30 min，高度角為15°，采樣間隔 5 s，共測量了52個圖根點。其平面精度統計如表1所示。

地形圖平面精度統計表 表1

從表1各個鄉鎮圖根點的精度來看，利用CORS系統測量圖根點完全滿足1∶500地形圖測量的要求，滿足國家規范的要求。

4.4 對地形圖進行相對精度檢測

根據菏澤市各個鄉鎮面積的大小，按照每平方千米抽查10%的比例進行檢測。我們將隨機抽查的電子圖進行回放成紙圖到外業丈量邊長，要求每幅圖至少均勻量取邊長25個。先對每幅圖進行統計精度，最后按照鄉鎮為單位進行精度統計。統計結果如表2所示。

地形圖相對精度檢測統計表 表2

從表2可以看出13個鄉鎮的相對精度檢查完全符合國家規范的要求，滿足地形圖的測量精度。

4.5 對地形圖進行絕對精度檢查

對13個鄉鎮圖根點進行靜態檢查的時候，我們另外在每個鄉鎮也用了同樣的方法布設了幾個圖根點用于絕對精度檢測。在新布設的圖根點上設站，利用全站儀采集地物點的坐標，然后進行內業處理進行坐標比較，經過統計如表3所示。

地形圖絕對精度檢測統計表 表3

從表3精度統計表可以看出地形圖的精度完全符合國家規范的地形圖精度規定。

4.6 相鄰CORS系統的檢測

利用SDCORS系統對這三個鄉鎮的圖根點進行了檢測，其檢測結果如表4所示。

相鄰CORS系統檢測結果統計表 表4

從表4可以看出通過相鄰系統的檢測，精度指標非常理想。

高程精度檢測統計表 表5

4.7 高程精度檢測

利用原有的二等、三等水準點或者新埋設的D級點的三等水準高程作為水準附和路線的起算點，在每個鄉鎮測量一條四等水準附和路線，在這條水準路線聯測地形圖中的一些圖根點和高程點。將這些點的高程與大地精化水準面所求得的高程進行比較，得出地形圖的高程精度。其結果如表5所示。

通過圖根點的高程檢測，得出高程精度符合地形圖所規定的要求。

5 結論

在社會迅速發展的今天，建立數字城市是大勢所趨。隨著GPS技術的發展，CORS系統已經逐步在各個地市興建并利用到基礎測繪當中，那么通過CORS系統所取得的地形圖精度如何、用戶是否能放心使用就成為使用部門最關心的問題。本文主要通過對CORS系統的組成、運行流程進行初步闡述，進而通過多種檢驗方案來檢測地形圖的精度。通過檢測結果可以看出利用CORS系統所測量的1∶500地形圖的精度滿足國家城市測量規范的要求，能夠對今后城市的各種比例尺地形圖、地籍圖測量提供控制基礎框架。

［1］劉經南，劉暉.連續運行衛星定位服務系統—城市空間數據的基礎設施［J］.武漢大學學報(信息科學版)，2003，28(3):259 ～264

［2］柏柳，肖鸞，胡友健.CORS的精度及其穩定性研究［J］.河南理工大學學報，2005，24:76～79

［3］丁文利，王懷念，黃良.動態GPS(RTK)測量的精度分析［J］.地礦測繪，2004，20(2):16 ～17

［4］祁芳，劉暉.GPRS技術在CORS系統中的應用［J］.全球定位系統，2003(1):37～40

［5］徐紹全，張華海.GPS測量原理及應用［M］.武漢:武漢大學出版社，2003

［6］秦福軍.河南省首家市級連續運行衛星定位綜合服務系統正式啟動［J］.資源導刊，2008(02):89～92

［7］GB/T18314－2009.全球定位系統(GPS)測量規范［S］.

［8］CJJ73－97.全球定位系統城市測量技術規程［S］.