CORS—RTK結(jié)合全站儀在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

彭鳳珍　胡坤峰

【摘 要】本文論述了CORS-RTK結(jié)合全站儀在地形測(cè)繪中的應(yīng)用。并以信陽(yáng)市羊山新區(qū)茶產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)家居產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn)數(shù)字化地形測(cè)繪為例，詳細(xì)說(shuō)明了CORS-RTK技術(shù)在數(shù)字地形測(cè)量中的作業(yè)方法及所起的作用，深刻體會(huì)到該方法在地形圖測(cè)繪中具有較多優(yōu)勢(shì)，和以往測(cè)量作業(yè)模式相比，其測(cè)量速度、精度、勞動(dòng)強(qiáng)度有較大的提高。

【關(guān)鍵詞】RTK；CORS；CORS-RTK；全站儀；地形測(cè)繪

1 CORS-RTK和全站儀工作原理

Continuous Operational Reference System，簡(jiǎn)稱CORS系統(tǒng)，即連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。CORS-RTK是網(wǎng)絡(luò)RTK中的一員，CORS-RTK技術(shù)就是利用地面布設(shè)的一個(gè)或多個(gè)永久固定的基準(zhǔn)站，組成GPS連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS），綜合利用各個(gè)基站的觀測(cè)信息，通過(guò)建立精確的誤差修正模型，實(shí)時(shí)發(fā)送RTCM差分改正數(shù)，修正用戶的觀測(cè)值精度，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)。CORS-RTK技術(shù)集Internet技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體，其理論研究與系統(tǒng)開發(fā)均是GPS技術(shù)科研和應(yīng)用領(lǐng)域的熱門。

全站儀，即全站型電子速測(cè)儀（Electronic Total Station）。是一種集電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀和微型電腦于一體的測(cè)繪儀器。其基本功能是在儀器照準(zhǔn)目標(biāo)后，通過(guò)微型電腦控制處理，能自動(dòng)完成測(cè)距、水平方向和天頂距讀數(shù)、計(jì)算和存儲(chǔ)等。

2 CORS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

CORS系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量作業(yè)方式，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

1）改進(jìn)了初始化時(shí)間、擴(kuò)大了有效工作的范圍；

2）采用連續(xù)基站，用戶隨時(shí)可以觀測(cè)，使用方便，提高了工作效率；

3）擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，有效消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強(qiáng)差分作業(yè)可靠性；

4）用戶不需架設(shè)參考站，真正實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)，減少了費(fèi)用；

5）使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，減少了噪聲干擾；

6）提供遠(yuǎn)程INTERNET服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

3 作業(yè)流程

采取全面安排、總體設(shè)計(jì)、分組作業(yè)，先實(shí)地踏勘調(diào)查后測(cè)繪、各組銜接、自檢互檢的交替作業(yè)方式。首先進(jìn)行首級(jí)控制網(wǎng)的選點(diǎn)埋設(shè)工作，然后再進(jìn)行控制網(wǎng)加密測(cè)量、圖根點(diǎn)測(cè)量工作，接著采用全野外數(shù)據(jù)采集的方法開展地形地物細(xì)部測(cè)量工作，把以上所有數(shù)據(jù)成果采用南方CASS9.1地形地籍?dāng)?shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行提取、編繪，最后按照技術(shù)設(shè)計(jì)方案的要求提交文字和圖件資料。

4 實(shí)際工作中的應(yīng)用

4.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于信陽(yáng)市羊山新區(qū)開發(fā)區(qū)內(nèi)，測(cè)量任務(wù)主要是調(diào)查、測(cè)繪信陽(yáng)市羊山新區(qū)茶產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)家居小鎮(zhèn)征地范圍界線及提交1：1000地形圖資料。測(cè)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(yè)區(qū)為低山區(qū)、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(cè)量工作帶來(lái)一定困難，測(cè)區(qū)內(nèi)包括5個(gè)行政村、11個(gè)村民小組，散列式村莊較多，受信陽(yáng)市羊山新區(qū)招商局辦公室的委托，我們單位承擔(dān)此項(xiàng)工程。

4.2 技術(shù)路線

4.2.1 控制點(diǎn)的選點(diǎn)及埋石

選點(diǎn)：①點(diǎn)位的選擇是按照信陽(yáng)市羊山新區(qū)總體規(guī)劃設(shè)計(jì)總圖進(jìn)行踏勘，選定的，首級(jí)控制點(diǎn)共17個(gè)，編號(hào)XE01-XE17，點(diǎn)位選取有利于其它測(cè)量手段進(jìn)行擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)。②點(diǎn)位選擇在接收設(shè)備和操作，視野開闊范圍內(nèi)，衛(wèi)星高度截止角15°以內(nèi)沒有障礙物阻擋衛(wèi)星信號(hào)。③點(diǎn)位遠(yuǎn)離了大功率無(wú)線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、微波站等），距離大于200m；遠(yuǎn)離高壓輸電線，其距離大50m。④點(diǎn)位選在便于保存、尋找和到達(dá)地方，并繪有點(diǎn)之記。⑤點(diǎn)位附近沒有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體。

埋石：標(biāo)石用鋼筋混凝土現(xiàn)澆，其規(guī)格20cm×20cm×40cm。

圖根控制點(diǎn)點(diǎn)位標(biāo)志采用木（鐵）樁，共埋設(shè)40個(gè)，圖根編號(hào)為T01-T0n。，分別位于地基較穩(wěn)定，便于尋找的地方，當(dāng)圖根控制點(diǎn)有些地方作為首級(jí)控制或等級(jí)點(diǎn)稀少時(shí)，又埋設(shè)了5個(gè)混凝土標(biāo)石。

4.2.2 控制測(cè)量

1）以信陽(yáng)市羊山新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)院提供的沙子崗、磚廠、工業(yè)城三個(gè)D級(jí)GPS控制點(diǎn)做為測(cè)區(qū)已知基準(zhǔn)點(diǎn)，綜合測(cè)區(qū)地形情況，按照技術(shù)方案及有關(guān)規(guī)范的要求，對(duì)信陽(yáng)市羊山新區(qū)茶產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)進(jìn)行整體控制網(wǎng)布設(shè)，共布設(shè)17個(gè)一級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)，利用中海達(dá)華星A8 RTK接入河南省地理信息局建立HNCORS系統(tǒng)，對(duì)所埋設(shè)的控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)采集，控制作業(yè)的主要技術(shù)參數(shù)：同步觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥5，PDOP<6，衛(wèi)星截止高度角≥15。每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)四個(gè)測(cè)回，觀測(cè)時(shí)間三分鐘（自動(dòng)觀測(cè)180個(gè)歷元），測(cè)回間隔一分鐘并重新初始化，對(duì)四測(cè)回觀測(cè)值比較，平面坐標(biāo)分量最大？蓀X=1.21cm，？蓀Y=0.98cm，？蓀H=2.2cm（限差±3cm），根據(jù)所得坐標(biāo)，與已知的坐標(biāo)公共點(diǎn)進(jìn)行匹配，計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，完成坐標(biāo)系統(tǒng)的建立，然后依次對(duì)所布設(shè)的17個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量，最終取得控制點(diǎn)成果，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：點(diǎn)位之間最大邊長(zhǎng) 6544.059m，最小邊長(zhǎng)447.967m，平均邊長(zhǎng)500m左右，邊長(zhǎng)相對(duì)誤差最大1/11.4萬(wàn)，最小1/24.9萬(wàn)，最大點(diǎn)位中誤差2.5mm，（限差±5cm），高程中誤差為3.8cm，滿足規(guī)范要求。

2）根據(jù)測(cè)圖情況，布設(shè)的首級(jí)控制點(diǎn)有些圖幅不能滿足測(cè)圖的需要，我們利用全站儀和CORS-RTK進(jìn)行控制網(wǎng)的加密，布設(shè)圖根控制點(diǎn)。用CORS-RTK時(shí)，對(duì)每個(gè)圖根點(diǎn)均應(yīng)進(jìn)行同一參考站下的兩次獨(dú)立測(cè)量，其點(diǎn)位較差不應(yīng)大于圖上0.1mm，高程較差不應(yīng)大于基本等高距的1/10。用南方NTS352R（測(cè)距3+2ppm×D）mm，（測(cè)角±5″）全站儀時(shí)，采取極坐標(biāo)法施測(cè)，讀結(jié)果兩次，計(jì)算平均值，利用兩個(gè)已知方向檢核，兩組坐標(biāo)互差：平均數(shù)△X≤6.6cm、△Y≤6.8cm（《規(guī)范》允許值：±10cm）求算的高程誤差最大值為2.5cm。（《規(guī)范》允許值為±3cm）

4.2.3 野外數(shù)據(jù)采集

采用南方NTS352R配合中海達(dá)華星A8 RTK進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1）全站儀測(cè)圖

全站儀測(cè)圖的方法我們采用編碼法、草圖法，當(dāng)布設(shè)的圖根點(diǎn)不能滿足測(cè)圖需要時(shí)，采用極坐標(biāo)法增設(shè)少量轉(zhuǎn)折測(cè)站點(diǎn)。

（1）采用草圖法作業(yè)時(shí)，按測(cè)站點(diǎn)繪制草圖，并對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)。測(cè)點(diǎn)編號(hào)觀測(cè)記錄點(diǎn)號(hào)一致。繪制草圖時(shí)，簡(jiǎn)化地形要素的位置、屬性和相互關(guān)系，一目了然；采用編碼法作業(yè)時(shí)，采用通用編碼格式，有時(shí)也用軟件的自定義功能和擴(kuò)展功能編碼進(jìn)行作業(yè)，簡(jiǎn)捷方便、易懂。

（2）在村莊密集的地區(qū)作業(yè)時(shí)，對(duì)于隱蔽建筑物拐點(diǎn)全站儀無(wú)法直接測(cè)量的點(diǎn)位，我們采取支距法、線交會(huì)法等幾何作圖方法進(jìn)行測(cè)量，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

在采集碎部點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意：

（3）對(duì)于比例規(guī)則的建筑物只需測(cè)出兩點(diǎn)或一點(diǎn)一方向即可；

（4）對(duì)于不規(guī)則的地貌應(yīng)盡量多測(cè)一些點(diǎn)，野外采點(diǎn)宜多不宜少；

（5）對(duì)于反映地貌特征的山脊線、山谷線、山頂與鞍部均測(cè)繪清楚，多測(cè)一些加密的碎部特征點(diǎn)，用于構(gòu)成地面高程模型，使所建立的DTM模形和構(gòu)筑的三角網(wǎng)的高程點(diǎn)分布均勻，并與地貌特征線、點(diǎn)搭配適當(dāng)，以滿足計(jì)算機(jī)建模的需要，也能更加詳盡地反映出現(xiàn)狀地形地貌。

（6）全站儀測(cè)圖的儀器安置及測(cè)站檢核，應(yīng)符合下列要求：

①儀器的對(duì)中偏差不應(yīng)大于5mm，儀器高和反光鏡高的量取應(yīng)精確1mm。

②應(yīng)選擇較遠(yuǎn)的圖根點(diǎn)作為測(cè)站定向點(diǎn)，并施測(cè)另一個(gè)圖根點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，作為測(cè)站檢核。檢核點(diǎn)的平面位置較差不應(yīng)大于圖上0.2mm，高程較差不應(yīng)大于基本等高距的1/5。

③作業(yè)過(guò)程中和作業(yè)結(jié)束前，應(yīng)對(duì)定向方位進(jìn)行檢查校對(duì)。

全站儀測(cè)圖的最大距離長(zhǎng)度控制在100-300m。

2）CORS-RTK測(cè)圖

作業(yè)前我們通常檢查信號(hào)接收是否正常，參考橢球參數(shù)，中央子午線經(jīng)度，縱、橫坐標(biāo)的加常數(shù)，投影面正常高，高程異常等參數(shù)設(shè)置是否正確。

CORS-RTK移動(dòng)站的作業(yè)，符合下列了規(guī)定：

（1）流動(dòng)站作業(yè)的有效衛(wèi)星數(shù)少于5個(gè)，PDOP值小于6，采用固定解成果；

（2）設(shè)置和選擇測(cè)量模式、基準(zhǔn)參數(shù)、轉(zhuǎn)換參數(shù)和數(shù)據(jù)鏈的通信頻率等，流動(dòng)站的初始化，在比較開闊的地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；

（3）作業(yè)前，聯(lián)測(cè)兩個(gè)以上不低于圖根精度的已知點(diǎn)；

（4）每日觀測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)轉(zhuǎn)存至計(jì)算機(jī)并做好數(shù)據(jù)的備份工作；

（5）作業(yè)中，出現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)失鎖，重新初始化，經(jīng)過(guò)重合點(diǎn)測(cè)量檢查合格后，才繼續(xù)作業(yè)，結(jié)束前應(yīng)進(jìn)行已知點(diǎn)檢查；

（6）各個(gè)小組作業(yè)時(shí)，各測(cè)出界線外50m的范圍，便于接邊；

（7）對(duì)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行檢查處理，刪除或標(biāo)注作廢數(shù)據(jù)。

4.2.4 測(cè)量數(shù)據(jù)處理

1）數(shù)字測(cè)圖內(nèi)業(yè)成圖方法

此次數(shù)字測(cè)圖內(nèi)業(yè)成圖作業(yè)采用基于AutoCAD2008平臺(tái)開發(fā)的，南方CASS9.1版地形地籍測(cè)量軟件。此軟件圖式運(yùn)用規(guī)范、圖形美觀，具備GIS國(guó)標(biāo)屬性代碼，可拓展性強(qiáng)。

2）數(shù)字測(cè)圖內(nèi)業(yè)成圖作業(yè)步驟

（1）數(shù)字化作業(yè)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(nèi)，分色統(tǒng)一，代碼到位，盡量使用成圖系統(tǒng)的菜單繪制圖形，便于合并、縮放、接邊、數(shù)據(jù)提取等再處理。數(shù)字化作業(yè)時(shí)捕捉解析編輯細(xì)部點(diǎn)，若數(shù)據(jù)與草圖不符，應(yīng)及時(shí)向檢查員提出，問(wèn)題解決后再行作業(yè)。

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

（3）由于測(cè)區(qū)地勢(shì)較復(fù)雜，各類地形、地物地類要素較多，全部?jī)?nèi)容完成后，最后再進(jìn)行圖面高程處理，建立DTM模形，生成三角網(wǎng)，制作等高線，對(duì)等高線起伏凸凹不光滑的部分再人工進(jìn)行修正。

5 方法分析

通過(guò)實(shí)踐，結(jié)合理論知識(shí)對(duì)信陽(yáng)羊山新區(qū)茶產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)家居產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn)地形測(cè)繪工程中應(yīng)用到的CORS-RTK結(jié)合全站儀測(cè)圖的方法進(jìn)行全面分析，歸納總結(jié)為六個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

1）控制網(wǎng)布設(shè)簡(jiǎn)化，與傳統(tǒng)的控制網(wǎng)分級(jí)布設(shè)相比，利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)是一項(xiàng)方便快捷的工作。傳統(tǒng)控制網(wǎng)布設(shè)過(guò)程中，考慮到誤差傳遞的影響，需要分級(jí)布設(shè)控制網(wǎng)，精度隨控制網(wǎng)等級(jí)的降低而降低。利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行控制網(wǎng)的布設(shè)，對(duì)于較小的測(cè)區(qū)，直接布設(shè)若干個(gè)圖根控制點(diǎn)即可完成測(cè)圖工作；大測(cè)區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)一般只需要布設(shè)一二級(jí)控制網(wǎng)即可完成測(cè)圖工作。提高了工作效率、縮減工程開支，保證了應(yīng)有的精度。

2）控制點(diǎn)坐標(biāo)采集方便快捷，與傳統(tǒng)的利用GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)模式進(jìn)行坐標(biāo)獲取的方法相比，CORS-RTK采集坐標(biāo)數(shù)據(jù)更加快速，只要保證信號(hào)接收正常，短短幾秒鐘即可完成，而傳統(tǒng)方法需要架設(shè)儀器進(jìn)行連續(xù)幾十分鐘，甚至幾個(gè)小時(shí)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集，結(jié)束后還需要借助計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理。

3）縮短了工期。碎部測(cè)量中，CORS-RTK的運(yùn)用使野外數(shù)據(jù)的采集變得簡(jiǎn)單快捷。與傳統(tǒng)GPS-RTK相比，由于CORS基準(zhǔn)站是永久固定的，所以不需要進(jìn)行基站的架設(shè)，基站搬遷、基準(zhǔn)點(diǎn)校正，一個(gè)人便可完成數(shù)據(jù)的采集，真正實(shí)現(xiàn)單人單機(jī)作業(yè)。節(jié)約了時(shí)間，減輕了測(cè)量人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

4）CORS-RTK展現(xiàn)了它方便快捷的一面，但也有不足之處，比如對(duì)高大密集建筑區(qū)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集，建筑物遮擋，衛(wèi)星信號(hào)不佳，出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)現(xiàn)象，所以不宜采用CORS-RTK采集數(shù)據(jù)，應(yīng)使用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

5）全站數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，應(yīng)注意測(cè)站點(diǎn)的的設(shè)置，瞄準(zhǔn)后視定向準(zhǔn)確度。棱鏡高度變化時(shí)，及時(shí)注意儀器存儲(chǔ)調(diào)整，以確保采集的數(shù)據(jù)的正確性。一般后視定向時(shí)十字絲瞄準(zhǔn)棱鏡桿的底部，用極坐標(biāo)法或直角坐標(biāo)法采集數(shù)據(jù)校對(duì)無(wú)誤后，方可進(jìn)行地形地物的碎部點(diǎn)測(cè)量工作。

6）內(nèi)業(yè)制圖過(guò)程中，利用CORS-RTK采集的數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)有異常，且在繪圖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其定位精度較高，圖面需要修正的地方相對(duì)較少。

6 達(dá)到的目的

信陽(yáng)市羊山新區(qū)茶產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)家居產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn)地形測(cè)繪約6.5平方公里的1：1000地形圖，在該工程項(xiàng)目中利用CORS-RTK結(jié)合全站儀測(cè)圖方法的特點(diǎn)，達(dá)到以下目的：

1）控制網(wǎng)布設(shè)等級(jí)減少，控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集時(shí)間縮短，而且保證了工程所需的精度。

2）CORS-RTK測(cè)圖時(shí)不存在架設(shè)和搬遷基站，真正實(shí)現(xiàn)單人單機(jī)作業(yè)，提高了工作效率，減少了測(cè)量人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）CORS-RTK采集數(shù)據(jù)速度極快，在開闊地區(qū)采用CORS-RTK采集數(shù)據(jù)可以大幅度縮減工作時(shí)間。

4）在不滿足CORS-RTK采集條件的局部地區(qū)，利用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以保證和補(bǔ)充了地形圖的完整性。

目前，隨著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展，測(cè)繪事業(yè)也在飛速的前進(jìn)，測(cè)繪技術(shù)正日新月異。本文通過(guò)對(duì)CORS-RTK結(jié)合全站儀的方法進(jìn)行全面分析和討論，促進(jìn)了我們今后工作的順利開展與進(jìn)行。面對(duì)新形勢(shì)下機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我們更應(yīng)不斷提升測(cè)繪新方法和新技術(shù)，提高工作效率、縮短工作周期、減少費(fèi)用支出，提高項(xiàng)目利潤(rùn)率。

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