CORS—RTK結合全站儀在地形測繪中的應用

彭鳳珍　胡坤峰

【摘 要】本文論述了CORS-RTK結合全站儀在地形測繪中的應用。并以信陽市羊山新區茶產業聚集區家居產業小鎮數字化地形測繪為例，詳細說明了CORS-RTK技術在數字地形測量中的作業方法及所起的作用，深刻體會到該方法在地形圖測繪中具有較多優勢，和以往測量作業模式相比，其測量速度、精度、勞動強度有較大的提高。

【關鍵詞】RTK；CORS；CORS-RTK；全站儀；地形測繪

1 CORS-RTK和全站儀工作原理

Continuous Operational Reference System，簡稱CORS系統，即連續運行衛星定位服務系統。CORS-RTK是網絡RTK中的一員，CORS-RTK技術就是利用地面布設的一個或多個永久固定的基準站，組成GPS連續運行參考站（CORS），綜合利用各個基站的觀測信息，通過建立精確的誤差修正模型，實時發送RTCM差分改正數，修正用戶的觀測值精度，在更大范圍內實現移動用戶的高精度導航定位服務。CORS-RTK技術集Internet技術、無線通訊技術、計算機網絡管理技術和GPS定位技術于一體，其理論研究與系統開發均是GPS技術科研和應用領域的熱門。

全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集電子經緯儀、光電測距儀和微型電腦于一體的測繪儀器。其基本功能是在儀器照準目標后，通過微型電腦控制處理，能自動完成測距、水平方向和天頂距讀數、計算和存儲等。

2 CORS系統的優勢

CORS系統徹底改變了傳統動態RTK測量作業方式，其主要優勢體現在：

1）改進了初始化時間、擴大了有效工作的范圍；

2）采用連續基站，用戶隨時可以觀測，使用方便，提高了工作效率；

3）擁有完善的數據監控系統，有效消除系統誤差和周跳，增強差分作業可靠性；

4）用戶不需架設參考站，真正實現單機作業，減少了費用；

5）使用固定可靠的數據鏈通訊方式，減少了噪聲干擾；

6）提供遠程INTERNET服務，實現了數據的共享。

3 作業流程

采取全面安排、總體設計、分組作業，先實地踏勘調查后測繪、各組銜接、自檢互檢的交替作業方式。首先進行首級控制網的選點埋設工作，然后再進行控制網加密測量、圖根點測量工作，接著采用全野外數據采集的方法開展地形地物細部測量工作，把以上所有數據成果采用南方CASS9.1地形地籍數據處理軟件進行提取、編繪，最后按照技術設計方案的要求提交文字和圖件資料。

4 實際工作中的應用

4.1 測區概況

測區位于信陽市羊山新區開發區內，測量任務主要是調查、測繪信陽市羊山新區茶產業聚集區家居小鎮征地范圍界線及提交1：1000地形圖資料。測繪范圍為滬陜高速公路以北2.5公里，信正公路以東1.5公里，以西3.5公里，面積約6.5平方公里，作業區為低山區、丘陵地形，海拔最小75米，最高海拔150米，植被品種繁多、樹木茂盛高大，通視條件差，給測量工作帶來一定困難，測區內包括5個行政村、11個村民小組，散列式村莊較多，受信陽市羊山新區招商局辦公室的委托，我們單位承擔此項工程。

4.2 技術路線

4.2.1 控制點的選點及埋石

選點：①點位的選擇是按照信陽市羊山新區總體規劃設計總圖進行踏勘，選定的，首級控制點共17個，編號XE01-XE17，點位選取有利于其它測量手段進行擴展和聯測。②點位選擇在接收設備和操作，視野開闊范圍內，衛星高度截止角15°以內沒有障礙物阻擋衛星信號。③點位遠離了大功率無線電發射源（如電視臺、微波站等），距離大于200m；遠離高壓輸電線，其距離大50m。④點位選在便于保存、尋找和到達地方，并繪有點之記。⑤點位附近沒有強烈干擾衛星信號接收的物體。

埋石：標石用鋼筋混凝土現澆，其規格20cm×20cm×40cm。

圖根控制點點位標志采用木（鐵）樁，共埋設40個，圖根編號為T01-T0n。，分別位于地基較穩定，便于尋找的地方，當圖根控制點有些地方作為首級控制或等級點稀少時，又埋設了5個混凝土標石。

4.2.2 控制測量

1）以信陽市羊山新區規劃設計院提供的沙子崗、磚廠、工業城三個D級GPS控制點做為測區已知基準點，綜合測區地形情況，按照技術方案及有關規范的要求，對信陽市羊山新區茶產業聚集區進行整體控制網布設，共布設17個一級控制網點，利用中海達華星A8 RTK接入河南省地理信息局建立HNCORS系統，對所埋設的控制點進行坐標采集，控制作業的主要技術參數：同步觀測衛星數≥5，PDOP<6，衛星截止高度角≥15。每個點觀測四個測回，觀測時間三分鐘（自動觀測180個歷元），測回間隔一分鐘并重新初始化，對四測回觀測值比較，平面坐標分量最大？蓀X=1.21cm，？蓀Y=0.98cm，？蓀H=2.2cm（限差±3cm），根據所得坐標，與已知的坐標公共點進行匹配，計算轉換參數，完成坐標系統的建立，然后依次對所布設的17個控制點進行坐標測量，最終取得控制點成果，統計結果顯示：點位之間最大邊長 6544.059m，最小邊長447.967m，平均邊長500m左右，邊長相對誤差最大1/11.4萬，最小1/24.9萬，最大點位中誤差2.5mm，（限差±5cm），高程中誤差為3.8cm，滿足規范要求。

2）根據測圖情況，布設的首級控制點有些圖幅不能滿足測圖的需要，我們利用全站儀和CORS-RTK進行控制網的加密，布設圖根控制點。用CORS-RTK時，對每個圖根點均應進行同一參考站下的兩次獨立測量，其點位較差不應大于圖上0.1mm，高程較差不應大于基本等高距的1/10。用南方NTS352R（測距3+2ppm×D）mm，（測角±5″）全站儀時，采取極坐標法施測，讀結果兩次，計算平均值，利用兩個已知方向檢核，兩組坐標互差：平均數△X≤6.6cm、△Y≤6.8cm（《規范》允許值：±10cm）求算的高程誤差最大值為2.5cm。（《規范》允許值為±3cm）

4.2.3 野外數據采集

采用南方NTS352R配合中海達華星A8 RTK進行數據采集。

1）全站儀測圖

全站儀測圖的方法我們采用編碼法、草圖法，當布設的圖根點不能滿足測圖需要時，采用極坐標法增設少量轉折測站點。

（1）采用草圖法作業時，按測站點繪制草圖，并對測點進行編號。測點編號觀測記錄點號一致。繪制草圖時，簡化地形要素的位置、屬性和相互關系，一目了然；采用編碼法作業時，采用通用編碼格式，有時也用軟件的自定義功能和擴展功能編碼進行作業，簡捷方便、易懂。

（2）在村莊密集的地區作業時，對于隱蔽建筑物拐點全站儀無法直接測量的點位，我們采取支距法、線交會法等幾何作圖方法進行測量，并記錄相關數據。

在采集碎部點時，應注意：

（3）對于比例規則的建筑物只需測出兩點或一點一方向即可；

（4）對于不規則的地貌應盡量多測一些點，野外采點宜多不宜少；

（5）對于反映地貌特征的山脊線、山谷線、山頂與鞍部均測繪清楚，多測一些加密的碎部特征點，用于構成地面高程模型，使所建立的DTM模形和構筑的三角網的高程點分布均勻，并與地貌特征線、點搭配適當，以滿足計算機建模的需要，也能更加詳盡地反映出現狀地形地貌。

（6）全站儀測圖的儀器安置及測站檢核，應符合下列要求：

①儀器的對中偏差不應大于5mm，儀器高和反光鏡高的量取應精確1mm。

②應選擇較遠的圖根點作為測站定向點，并施測另一個圖根點的坐標和高程，作為測站檢核。檢核點的平面位置較差不應大于圖上0.2mm，高程較差不應大于基本等高距的1/5。

③作業過程中和作業結束前，應對定向方位進行檢查校對。

全站儀測圖的最大距離長度控制在100-300m。

2）CORS-RTK測圖

作業前我們通常檢查信號接收是否正常，參考橢球參數，中央子午線經度，縱、橫坐標的加常數，投影面正常高，高程異常等參數設置是否正確。

CORS-RTK移動站的作業，符合下列了規定：

（1）流動站作業的有效衛星數少于5個，PDOP值小于6，采用固定解成果；

（2）設置和選擇測量模式、基準參數、轉換參數和數據鏈的通信頻率等，流動站的初始化，在比較開闊的地點進行測量；

（3）作業前，聯測兩個以上不低于圖根精度的已知點；

（4）每日觀測數據，及時轉存至計算機并做好數據的備份工作；

（5）作業中，出現衛星信號失鎖，重新初始化，經過重合點測量檢查合格后，才繼續作業，結束前應進行已知點檢查；

（6）各個小組作業時，各測出界線外50m的范圍，便于接邊；

（7）對采集的數據應進行檢查處理，刪除或標注作廢數據。

4.2.4 測量數據處理

1）數字測圖內業成圖方法

此次數字測圖內業成圖作業采用基于AutoCAD2008平臺開發的，南方CASS9.1版地形地籍測量軟件。此軟件圖式運用規范、圖形美觀，具備GIS國標屬性代碼，可拓展性強。

2）數字測圖內業成圖作業步驟

（1）數字化作業采用分層、分色的表示地物、地形地貌。將同一類地物放在同一層次內，分色統一，代碼到位，盡量使用成圖系統的菜單繪制圖形，便于合并、縮放、接邊、數據提取等再處理。數字化作業時捕捉解析編輯細部點，若數據與草圖不符，應及時向檢查員提出，問題解決后再行作業。

（2）數字化成圖按一定的順序進行，如居民地、河流、道路、境界線等。然后依元素的主次進行分塊作業。一幅圖全部輸入后需做自查校對，清理差、錯、漏。

（3）由于測區地勢較復雜，各類地形、地物地類要素較多，全部內容完成后，最后再進行圖面高程處理，建立DTM模形，生成三角網，制作等高線，對等高線起伏凸凹不光滑的部分再人工進行修正。

5 方法分析

通過實踐，結合理論知識對信陽羊山新區茶產業聚集區家居產業小鎮地形測繪工程中應用到的CORS-RTK結合全站儀測圖的方法進行全面分析，歸納總結為六個方面的優點：

1）控制網布設簡化，與傳統的控制網分級布設相比，利用CORS系統進行控制網的布設是一項方便快捷的工作。傳統控制網布設過程中，考慮到誤差傳遞的影響，需要分級布設控制網，精度隨控制網等級的降低而降低。利用CORS系統進行控制網的布設，對于較小的測區，直接布設若干個圖根控制點即可完成測圖工作；大測區控制網的布設一般只需要布設一二級控制網即可完成測圖工作。提高了工作效率、縮減工程開支，保證了應有的精度。

2）控制點坐標采集方便快捷，與傳統的利用GPS靜態、快速靜態模式進行坐標獲取的方法相比，CORS-RTK采集坐標數據更加快速，只要保證信號接收正常，短短幾秒鐘即可完成，而傳統方法需要架設儀器進行連續幾十分鐘，甚至幾個小時的坐標數據采集，結束后還需要借助計算機軟件進行坐標數據處理。

3）縮短了工期。碎部測量中，CORS-RTK的運用使野外數據的采集變得簡單快捷。與傳統GPS-RTK相比，由于CORS基準站是永久固定的，所以不需要進行基站的架設，基站搬遷、基準點校正，一個人便可完成數據的采集，真正實現單人單機作業。節約了時間，減輕了測量人員勞動強度。

4）CORS-RTK展現了它方便快捷的一面，但也有不足之處，比如對高大密集建筑區的坐標數據采集，建筑物遮擋，衛星信號不佳，出現時斷時續現象，所以不宜采用CORS-RTK采集數據，應使用全站儀進行數據采集。

5）全站數據采集的過程中，應注意測站點的的設置，瞄準后視定向準確度。棱鏡高度變化時，及時注意儀器存儲調整，以確保采集的數據的正確性。一般后視定向時十字絲瞄準棱鏡桿的底部，用極坐標法或直角坐標法采集數據校對無誤后，方可進行地形地物的碎部點測量工作。

6）內業制圖過程中，利用CORS-RTK采集的數據未發現有異常，且在繪圖過程中發現其定位精度較高，圖面需要修正的地方相對較少。

6 達到的目的

信陽市羊山新區茶產業聚集區家居產業小鎮地形測繪約6.5平方公里的1：1000地形圖，在該工程項目中利用CORS-RTK結合全站儀測圖方法的特點，達到以下目的：

1）控制網布設等級減少，控制點坐標數據采集時間縮短，而且保證了工程所需的精度。

2）CORS-RTK測圖時不存在架設和搬遷基站，真正實現單人單機作業，提高了工作效率，減少了測量人員勞動強度。

3）CORS-RTK采集數據速度極快，在開闊地區采用CORS-RTK采集數據可以大幅度縮減工作時間。

4）在不滿足CORS-RTK采集條件的局部地區，利用全站儀進行數據采集，以保證和補充了地形圖的完整性。

目前，隨著我國社會、經濟、科技的不斷發展，測繪事業也在飛速的前進，測繪技術正日新月異。本文通過對CORS-RTK結合全站儀的方法進行全面分析和討論，促進了我們今后工作的順利開展與進行。面對新形勢下機遇和挑戰，我們更應不斷提升測繪新方法和新技術，提高工作效率、縮短工作周期、減少費用支出，提高項目利潤率。

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