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CORS—RTK结合全站仪在地形测绘中的应用

2016-09-29

科技视界 2016年20期
关键词:羊山全站仪控制点

彭凤珍 胡坤峰

【摘 要】本文论述了CORS-RTK结合全站仪在地形测绘中的应用。并以信阳市羊山新区茶产业聚集区家居产业小镇数字化地形测绘为例,详细说明了CORS-RTK技术在数字地形测量中的作业方法及所起的作用,深刻体会到该方法在地形图测绘中具有较多优势,和以往测量作业模式相比,其测量速度、精度、劳动强度有较大的提高。

【关键词】RTK;CORS;CORS-RTK;全站仪;地形测绘

1 CORS-RTK和全站仪工作原理

Continuous Operational Reference System,简称CORS系统,即连续运行卫星定位服务系统。CORS-RTK是网络RTK中的一员,CORS-RTK技术就是利用地面布设的一个或多个永久固定的基准站,组成GPS连续运行参考站(CORS),综合利用各个基站的观测信息,通过建立精确的误差修正模型,实时发送RTCM差分改正数,修正用户的观测值精度,在更大范围内实现移动用户的高精度导航定位服务。CORS-RTK技术集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和GPS定位技术于一体,其理论研究与系统开发均是GPS技术科研和应用领域的热门。

全站仪,即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。是一种集电子经纬仪、光电测距仪和微型电脑于一体的测绘仪器。其基本功能是在仪器照准目标后,通过微型电脑控制处理,能自动完成测距、水平方向和天顶距读数、计算和存储等。

2 CORS系统的优势

CORS系统彻底改变了传统动态RTK测量作业方式,其主要优势体现在:

1)改进了初始化时间、扩大了有效工作的范围;

2)采用连续基站,用户随时可以观测,使用方便,提高了工作效率;

3)拥有完善的数据监控系统,有效消除系统误差和周跳,增强差分作业可靠性;

4)用户不需架设参考站,真正实现单机作业,减少了费用;

5)使用固定可靠的数据链通讯方式,减少了噪声干扰;

6)提供远程INTERNET服务,实现了数据的共享。

3 作业流程

采取全面安排、总体设计、分组作业,先实地踏勘调查后测绘、各组衔接、自检互检的交替作业方式。首先进行首级控制网的选点埋设工作,然后再进行控制网加密测量、图根点测量工作,接着采用全野外数据采集的方法开展地形地物细部测量工作,把以上所有数据成果采用南方CASS9.1地形地籍数据处理软件进行提取、编绘,最后按照技术设计方案的要求提交文字和图件资料。

4 实际工作中的应用

4.1 测区概况

测区位于信阳市羊山新区开发区内,测量任务主要是调查、测绘信阳市羊山新区茶产业聚集区家居小镇征地范围界线及提交1:1000地形图资料。测绘范围为沪陕高速公路以北2.5公里,信正公路以东1.5公里,以西3.5公里,面积约6.5平方公里,作业区为低山区、丘陵地形,海拔最小75米,最高海拔150米,植被品种繁多、树木茂盛高大,通视条件差,给测量工作带来一定困难,测区内包括5个行政村、11个村民小组,散列式村庄较多,受信阳市羊山新区招商局办公室的委托,我们单位承担此项工程。

4.2 技术路线

4.2.1 控制点的选点及埋石

选点:①点位的选择是按照信阳市羊山新区总体规划设计总图进行踏勘,选定的,首级控制点共17个,编号XE01-XE17,点位选取有利于其它测量手段进行扩展和联测。②点位选择在接收设备和操作,视野开阔范围内,卫星高度截止角15°以内没有障碍物阻挡卫星信号。③点位远离了大功率无线电发射源(如电视台、微波站等),距离大于200m;远离高压输电线,其距离大50m。④点位选在便于保存、寻找和到达地方,并绘有点之记。⑤点位附近没有强烈干扰卫星信号接收的物体。

埋石:标石用钢筋混凝土现浇,其规格20cm×20cm×40cm。

图根控制点点位标志采用木(铁)桩,共埋设40个,图根编号为T01-T0n。,分别位于地基较稳定,便于寻找的地方,当图根控制点有些地方作为首级控制或等级点稀少时,又埋设了5个混凝土标石。

4.2.2 控制测量

1)以信阳市羊山新区规划设计院提供的沙子岗、砖厂、工业城三个D级GPS控制点做为测区已知基准点,综合测区地形情况,按照技术方案及有关规范的要求,对信阳市羊山新区茶产业聚集区进行整体控制网布设,共布设17个一级控制网点,利用中海达华星A8 RTK接入河南省地理信息局建立HNCORS系统,对所埋设的控制点进行坐标采集,控制作业的主要技术参数:同步观测卫星数≥5,PDOP<6,卫星截止高度角≥15。每个点观测四个测回,观测时间三分钟(自动观测180个历元),测回间隔一分钟并重新初始化,对四测回观测值比较,平面坐标分量最大?荪X=1.21cm,?荪Y=0.98cm,?荪H=2.2cm(限差±3cm),根据所得坐标,与已知的坐标公共点进行匹配,计算转换参数,完成坐标系统的建立,然后依次对所布设的17个控制点进行坐标测量,最终取得控制点成果,统计结果显示:点位之间最大边长 6544.059m,最小边长447.967m,平均边长500m左右,边长相对误差最大1/11.4万,最小1/24.9万,最大点位中误差2.5mm,(限差±5cm),高程中误差为3.8cm,满足规范要求。

2)根据测图情况,布设的首级控制点有些图幅不能满足测图的需要,我们利用全站仪和CORS-RTK进行控制网的加密,布设图根控制点。用CORS-RTK时,对每个图根点均应进行同一参考站下的两次独立测量,其点位较差不应大于图上0.1mm,高程较差不应大于基本等高距的1/10。用南方NTS352R(测距3+2ppm×D)mm,(测角±5″)全站仪时,采取极坐标法施测,读结果两次,计算平均值,利用两个已知方向检核,两组坐标互差:平均数△X≤6.6cm、△Y≤6.8cm(《规范》允许值:±10cm)求算的高程误差最大值为2.5cm。(《规范》允许值为±3cm)

4.2.3 野外数据采集

采用南方NTS352R配合中海达华星A8 RTK进行数据采集。

1)全站仪测图

全站仪测图的方法我们采用编码法、草图法,当布设的图根点不能满足测图需要时,采用极坐标法增设少量转折测站点。

(1)采用草图法作业时,按测站点绘制草图,并对测点进行编号。测点编号观测记录点号一致。绘制草图时,简化地形要素的位置、属性和相互关系,一目了然;采用编码法作业时,采用通用编码格式,有时也用软件的自定义功能和扩展功能编码进行作业,简捷方便、易懂。

(2)在村庄密集的地区作业时,对于隐蔽建筑物拐点全站仪无法直接测量的点位,我们采取支距法、线交会法等几何作图方法进行测量,并记录相关数据。

在采集碎部点时,应注意:

(3)对于比例规则的建筑物只需测出两点或一点一方向即可;

(4)对于不规则的地貌应尽量多测一些点,野外采点宜多不宜少;

(5)对于反映地貌特征的山脊线、山谷线、山顶与鞍部均测绘清楚,多测一些加密的碎部特征点,用于构成地面高程模型,使所建立的DTM模形和构筑的三角网的高程点分布均匀,并与地貌特征线、点搭配适当,以满足计算机建模的需要,也能更加详尽地反映出现状地形地貌。

(6)全站仪测图的仪器安置及测站检核,应符合下列要求:

①仪器的对中偏差不应大于5mm,仪器高和反光镜高的量取应精确1mm。

②应选择较远的图根点作为测站定向点,并施测另一个图根点的坐标和高程,作为测站检核。检核点的平面位置较差不应大于图上0.2mm,高程较差不应大于基本等高距的1/5。

③作业过程中和作业结束前,应对定向方位进行检查校对。

全站仪测图的最大距离长度控制在100-300m。

2)CORS-RTK测图

作业前我们通常检查信号接收是否正常,参考椭球参数,中央子午线经度,纵、横坐标的加常数,投影面正常高,高程异常等参数设置是否正确。

CORS-RTK移动站的作业,符合下列了规定:

(1)流动站作业的有效卫星数少于5个,PDOP值小于6,采用固定解成果;

(2)设置和选择测量模式、基准参数、转换参数和数据链的通信频率等,流动站的初始化,在比较开阔的地点进行测量;

(3)作业前,联测两个以上不低于图根精度的已知点;

(4)每日观测数据,及时转存至计算机并做好数据的备份工作;

(5)作业中,出现卫星信号失锁,重新初始化,经过重合点测量检查合格后,才继续作业,结束前应进行已知点检查;

(6)各个小组作业时,各测出界线外50m的范围,便于接边;

(7)对采集的数据应进行检查处理,删除或标注作废数据。

4.2.4 测量数据处理

1)数字测图内业成图方法

此次数字测图内业成图作业采用基于AutoCAD2008平台开发的,南方CASS9.1版地形地籍测量软件。此软件图式运用规范、图形美观,具备GIS国标属性代码,可拓展性强。

2)数字测图内业成图作业步骤

(1)数字化作业采用分层、分色的表示地物、地形地貌。将同一类地物放在同一层次内,分色统一,代码到位,尽量使用成图系统的菜单绘制图形,便于合并、缩放、接边、数据提取等再处理。数字化作业时捕捉解析编辑细部点,若数据与草图不符,应及时向检查员提出,问题解决后再行作业。

(2)数字化成图按一定的顺序进行,如居民地、河流、道路、境界线等。然后依元素的主次进行分块作业。一幅图全部输入后需做自查校对,清理差、错、漏。

(3)由于测区地势较复杂,各类地形、地物地类要素较多,全部内容完成后,最后再进行图面高程处理,建立DTM模形,生成三角网,制作等高线,对等高线起伏凸凹不光滑的部分再人工进行修正。

5 方法分析

通过实践,结合理论知识对信阳羊山新区茶产业聚集区家居产业小镇地形测绘工程中应用到的CORS-RTK结合全站仪测图的方法进行全面分析,归纳总结为六个方面的优点:

1)控制网布设简化,与传统的控制网分级布设相比,利用CORS系统进行控制网的布设是一项方便快捷的工作。传统控制网布设过程中,考虑到误差传递的影响,需要分级布设控制网,精度随控制网等级的降低而降低。利用CORS系统进行控制网的布设,对于较小的测区,直接布设若干个图根控制点即可完成测图工作;大测区控制网的布设一般只需要布设一二级控制网即可完成测图工作。提高了工作效率、缩减工程开支,保证了应有的精度。

2)控制点坐标采集方便快捷,与传统的利用GPS静态、快速静态模式进行坐标获取的方法相比,CORS-RTK采集坐标数据更加快速,只要保证信号接收正常,短短几秒钟即可完成,而传统方法需要架设仪器进行连续几十分钟,甚至几个小时的坐标数据采集,结束后还需要借助计算机软件进行坐标数据处理。

3)缩短了工期。碎部测量中,CORS-RTK的运用使野外数据的采集变得简单快捷。与传统GPS-RTK相比,由于CORS基准站是永久固定的,所以不需要进行基站的架设,基站搬迁、基准点校正,一个人便可完成数据的采集,真正实现单人单机作业。节约了时间,减轻了测量人员劳动强度。

4)CORS-RTK展现了它方便快捷的一面,但也有不足之处,比如对高大密集建筑区的坐标数据采集,建筑物遮挡,卫星信号不佳,出现时断时续现象,所以不宜采用CORS-RTK采集数据,应使用全站仪进行数据采集。

5)全站数据采集的过程中,应注意测站点的的设置,瞄准后视定向准确度。棱镜高度变化时,及时注意仪器存储调整,以确保采集的数据的正确性。一般后视定向时十字丝瞄准棱镜杆的底部,用极坐标法或直角坐标法采集数据校对无误后,方可进行地形地物的碎部点测量工作。

6)内业制图过程中,利用CORS-RTK采集的数据未发现有异常,且在绘图过程中发现其定位精度较高,图面需要修正的地方相对较少。

6 达到的目的

信阳市羊山新区茶产业聚集区家居产业小镇地形测绘约6.5平方公里的1:1000地形图,在该工程项目中利用CORS-RTK结合全站仪测图方法的特点,达到以下目的:

1)控制网布设等级减少,控制点坐标数据采集时间缩短,而且保证了工程所需的精度。

2)CORS-RTK测图时不存在架设和搬迁基站,真正实现单人单机作业,提高了工作效率,减少了测量人员劳动强度。

3)CORS-RTK采集数据速度极快,在开阔地区采用CORS-RTK采集数据可以大幅度缩减工作时间。

4)在不满足CORS-RTK采集条件的局部地区,利用全站仪进行数据采集,以保证和补充了地形图的完整性。

目前,随着我国社会、经济、科技的不断发展,测绘事业也在飞速的前进,测绘技术正日新月异。本文通过对CORS-RTK结合全站仪的方法进行全面分析和讨论,促进了我们今后工作的顺利开展与进行。面对新形势下机遇和挑战,我们更应不断提升测绘新方法和新技术,提高工作效率、缩短工作周期、减少费用支出,提高项目利润率。

【参考文献】

[1]河南省地质信息连续采集运行系统用户手册[S].2010.

[2]1:500 1:1000 1:2000外业数字测图技术规程(GB/T 14912-2005)[S].

[3]全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范(CH/T 2009-2010)[S].

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