基于CORS系統(tǒng)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(xù)運行參考站系統(tǒng)(Continuously Operating Reference System，簡稱CORS)是空間數(shù)據(jù)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(tǒng)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(jīng)驗表明CORS系統(tǒng)能夠快速、高效提供測量成果，保證用戶使用的同時，還能節(jié)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(tǒng)的組成

1.1 CORS的概念

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術組成的網(wǎng)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(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值(載波相位，偽距)，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關GPS服務項目的系統(tǒng)。

1.2 CORS的構成

CORS主要由以下幾個子系統(tǒng)構成:系統(tǒng)控制中心、衛(wèi)星跟蹤基準站、數(shù)據(jù)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(tǒng)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(wǎng)接收CORS系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)整理好，利用該地區(qū)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(yè)進行碎部點測量，采集地形、地物要素依據(jù)國家規(guī)范、圖式的要求進行，外業(yè)采集完畢以后，內業(yè)通過控制點坐標將外業(yè)采集數(shù)據(jù)轉換成坐標文件，利用數(shù)據(jù)成圖軟件將坐標文件展繪到計算機內，然后進行數(shù)據(jù)編輯成圖。

3 地形圖精度檢測方案

利用CORS系統(tǒng)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(tǒng)測量地形圖精度的必要條件。主要目的是評價CORS系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)檢測動態(tài)、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(tài)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(tài)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(tài)圖根點坐標進行比較，統(tǒng)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(yè)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(yè)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(tài)測量后的圖根點坐標進行地形、地物要素采集，將測得數(shù)據(jù)轉換成當?shù)刈鴺?，與通過CASS等軟件處理后獲得的內業(yè)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(tǒng)互相檢測

我國現(xiàn)在大部分地級市都已經(jīng)建成或者正在籌建本市地區(qū)內CORS系統(tǒng)，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(qū)CORS系統(tǒng)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(qū)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(xiàn)在以2009年11月建成并投入生產(chǎn)運行的山東省菏澤市CORS系統(tǒng)(菏澤市測繪院構建)，并于2009年12月～2010年3月利用該系統(tǒng)進行全市13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(tǒng)所測量的地形圖的精度。

4.1 菏澤市CORS系統(tǒng)說明

菏澤市測繪院自行投資50萬元建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(HZCORS)，建立了1個GNSS永久性參考站和一個系統(tǒng)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(xiàn)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(wǎng)的基礎上進行了D級網(wǎng)的布設、測量，共布設32個D級點，要求每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(xiāng)鎮(zhèn)選取兩個D級點作為首級控制點，在每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均勻選取4個圖根點進行靜態(tài)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(tǒng)計如表1所示。

地形圖平面精度統(tǒng)計表 表1

從表1各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)圖根點的精度來看，利用CORS系統(tǒng)測量圖根點完全滿足1∶500地形圖測量的要求，滿足國家規(guī)范的要求。

4.4 對地形圖進行相對精度檢測

根據(jù)菏澤市各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(yè)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(tǒng)計精度，最后按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位進行精度統(tǒng)計。統(tǒng)計結果如表2所示。

地形圖相對精度檢測統(tǒng)計表 表2

從表2可以看出13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的相對精度檢查完全符合國家規(guī)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(xiāng)鎮(zhèn)圖根點進行靜態(tài)檢查的時候，我們另外在每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(yè)處理進行坐標比較，經(jīng)過統(tǒng)計如表3所示。

地形圖絕對精度檢測統(tǒng)計表 表3

從表3精度統(tǒng)計表可以看出地形圖的精度完全符合國家規(guī)范的地形圖精度規(guī)定。

4.6 相鄰CORS系統(tǒng)的檢測

利用SDCORS系統(tǒng)對這三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的圖根點進行了檢測，其檢測結果如表4所示。

相鄰CORS系統(tǒng)檢測結果統(tǒng)計表 表4

從表4可以看出通過相鄰系統(tǒng)的檢測，精度指標非常理想。

高程精度檢測統(tǒng)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(xiāng)鎮(zhèn)測量一條四等水準附和路線，在這條水準路線聯(lián)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(guī)定的要求。

5 結論

在社會迅速發(fā)展的今天，建立數(shù)字城市是大勢所趨。隨著GPS技術的發(fā)展，CORS系統(tǒng)已經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)所測量的1∶500地形圖的精度滿足國家城市測量規(guī)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。

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