1、1本科毕业论文（20 届）全站仪与 CORS 联合在城市道路地形图测量中的应用以厦门市金鼎路为研究实例所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2【摘要】随着城市不断发展，城市地形图数据也要及时的更新完善，让相关部门对城市的规划和建设工作能够更好的把握与完成，这就要求测量工作能够在最短的时间内快速、准确、有效的完成，所以我们要利用现有测量仪器与方法不断创新来提高工作效率。本文通过对全站型电子速测仪（以下称全站仪）与 CORS 技术的组成、原理的了解和它们优缺点的对比，并结合对厦门市金鼎路段的测量应用实例的研究，来探究全站仪与 CORS 技术联合在城市道路地形图测量中的方便、快捷、高效。
2、【关键词】全站仪；CORS；地形测量3目录1 引言 .21.1 研究背景 .21.2 研究意义 .21.3 研究内容 .32 全站仪与 CORS 系统技术 .32.1 全站仪 .32.1.1 全站仪及其特点 .32.1.2 全站仪的测量原理 .32.2 CORS .42.2.1 CORS 及其特点 .42.2.2 CORS 技术原理 .42.3 优缺点对比 .52.3.1 全站仪优缺点 .52.3.2 CORS 优缺点 .53 全站仪与 CORS 联合测量技术在地形测量中的应用实例 .63.1 研究区概况 .63.1.1 地理环境 .63.1.2 地理气候 .63.2 引用标准与作业依据 .6
3、3.3 全站仪与 CORS 系统联合作业方法 .63.4 外业实测 .73.4.1 测前准备工作 .73.4.2 外业测量 .73.5 内业成图 .93.5.1 数据处理 .93.5.2 数字成图 .104 总结 .115 致谢语 .12参考文献 .141 引言1.1 研究背景由于城市道路建设不断改进，城市道路工程也需及时的进行整治和维护，并且迫切需要能将反应4道路变化的地形图实时的呈现出来，这就需要我们能快速准确的测量出地形图，虽然随着现代科技的不断发展，出现大批先进测量仪器，使得测量技术和方法更加快捷方便，但是每种测量技术和方法都有一定的优势和劣势，有它们适应的范围，在地形的测量中如果能将
4、这些测量仪器的优点有效的结合起来，优势互补，在复杂的地形中，我们就可以更加快捷方便的进行数据的采取。本文就以全站仪与CORS 联合在城市道路中测量为例，简要阐述有效利用全站仪与 CORS 的优缺点在城市道路测量中的快捷方便。1.2 研究意义在地形测量中，某些测区范围内，单一的使用全站仪或 CORS 技术测量地形图，不能满足测量的需要，通过对全站仪与 CORS 技术的了解，在使用全站仪测量地形图的时候，必须用控制点坐标设置测站和定后视，每次设站都需要输入站点和后视点的坐标或者从仪器中调取坐标数据，在较为复杂的测区内，外业测量时耗时耗力，迫使加大工作量，如果亮度太暗,两个测点之间不能相互看到,其测
5、量精度会受到影响 1；CORS 的作业自动化、集成化程度高，CORS 技术不要求两个点之间能够通视，并且定位精度程度高，数据安全可靠，没有误差积累，很大程度上减少了全站仪测量方法所需要的控制点数量和“搬站”的次数，操作简便、数据处理功能力强，但是 CORS 技术在高压线、高大建筑物、树下等,不容易收到信号，这样就会使测量速度、精度等受到影响，所以为保证地形测量工作高质量、高精度、快速、高效的进行，采用全站仪与 CORS 技术两个结合使用，在某些较为复杂的测区中，使得两者在测量过程中充分发挥其各自的优势，实现优势互补，能够在这个快节奏的社会中，在规定的时间内高质量、高精度、快速、高效的完成测量工
6、作 2。1.3 研究内容（1）本文主要对全站仪与 CORS 的原理与优缺点进行对比分析，探究全站仪与 CORS 联合进行地形图测量的方法。 （2）结合厦门市金鼎路地形图测量的应用实例来详细说明如何发挥全站仪与 CORS 各自的测量优势，进行高效率，高精度的数字测图。2 全站仪与 CORS 系统技术2.1 全站仪2.1.1 全站仪及其特点全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，兼有自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统 3。全站仪的出现减轻了测量人员的繁琐工作，带来轻便
7、快捷的测量方式：（1）作业效率高。轻便的仪器与操作功能极大地提高作业速度。（2）全站仪的自动化不仅减少了测量误差，还加快作业速度和准确度，减少人为因素误差。2.1.2 全站仪的测量原理全站仪测距原理：全站仪内置测距仪通过测量光波往返待测点与仪器之间的距离和传播的时间来计算待测距离。计算公式如下：512DCt其中 D 为全站仪与待测点距离， C 为光速约 30 万 kms ，t 为测量出光波在全站仪与待测点之间往、返传播的时间。设测站点 A 坐标为（XA，YA ，ZA ），后视点 B 坐标为（ XB，YB，ZB），未知点 C 坐标为（XC， YC，ZC ），S 为侧站点与未知点距离，AB 为侧站
8、点到已知点的坐标方位角， 为观测的水平角， 为观测的竖直角，i 为仪器高，v 为目标高，则未知点 C 坐标为：viSZsYXACABtan)180(ico对于式中的“”，当 AB+180时，为“+”，当 AB+180 时，为“-”。2.2 CORS2.2.1 CORS 及其特点CORS，即利用多基站网络 RTK 技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System），由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成 5，如图 2-1 所示。CORS 克服了传统 RTK 的局限性，它不需要架设
9、参考站极大地的减轻测量员的负担，从而测量误差不会随着距离的增长而增加，增加了作业的距离。图 2-1 CORS 系统组成示意图2.2.2 CORS 技术原理CORS 将多个连续运行的 GPS 参考站均匀分布建设在一个地区内，每个参考站把对同一个目标测量的数据传输到控制中心。起初对数据预处理及精度分析，再按照某一模型对数据统一解算，得到的误差修正模型，然后及时纠正数据发送给用户，用户只需要一个仪器就可以得到高精度定位结果 7，CORS 工作原理如图 2-2 所示：（2-2）(2-1)6图2-2 CORS工作原理2.3 优缺点对比2.3.1 全站仪优缺点（1）数据处理快速而准确。（2）相比 GPS
10、测量技术，全站仪测量的精度相对更稳定写。（3）全站仪的自动化提高了作业的速度和准确性。（4）能够自动校准轴系误差节省检测时间。（5）自动显示和读书功能减少了误差和提高了工作效率。（6）存在误差积累，因为需要频繁引点搬站，会使得上一个点的误差累积到下个站点。（7）两点需要通视，因为需要定向，所以两个站点必须相互通视，才能进行工作。2.3.2 CORS 优缺点（1）控制测量成本低。不需架设参考站，实现了单机全天候作业。使用方便，提高了工作效率。（2）CORS 技术大大提高了平面和高程定位的精度，而且均匀稳定，整体连续性强，定位误差不累积。提高数据的可靠性。（3）节省了人力资源。只需一个人就能测量，
11、减少了频繁设置基准站等步骤。（4）测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强 8。（5）具有更为广阔的应用前景,为建设数字化城市提供了新的契机。（6）信号强度不够。在网络信号差的测区或者植被覆盖茂密的地方，CORS 的信号强度远远不如传统 RTK，这就使得测量效率大大减小。（7）机动性不强。CORS 测量时只能在基站覆盖的区域，超出此区域则无法进行测量工作，传统RTK 则能自由设站搬站。（8）使用成本高。CORS 基站每年的维护、使用时耗用的电量等较大，成本较高。7表 2-1 全站仪与 CORS 优缺点对比对比项目 全站仪 CORS设站灵活性 灵活设站 利用控制点校正后，无需设站操作复杂程度 操
12、作简单，但相对于 RTK 稍显复杂 操作简单通视要求 要求测站点与观测点相互通视 无需通视测量精度（相同情况下） 较高 较高稳定性 稳定 稳定性受地貌影响较大所受限制类型 水平遮挡 竖直遮挡数据实时性 内业处理时才能知晓精度情况 可当场知晓点位信息与测量精度人力物力投入量 较大 小适用地形 高楼密集区域，上空遮挡较为严重区域 适用于视野开阔、水平方向遮挡且无较高上空遮挡区域3 全站仪与 CORS 联合测量技术在地形测量中的应用实例3.1 研究区概况3.1.1 地理环境厦门市金鼎路位于厦门岛内湖里区，测区道路全长约为 300 多米，面积约为 4000 多平方米，地势较陡，高差大，房屋多集中在道路
13、北侧，本次测图比例为 1：500，平面坐标系统为 92 厦门坐标系，高程系统为 1985 国家高程基准。3.1.2 地理气候属南亚热带海洋性季风气候。最热月与最冷月均温差不足 16，盛夏海陆风明显。东部和北部沿海 11 月至翌年 3 月东北风，气温较岛西南部低 2左。3.2 引用标准与作业依据（1)GB/7929-19951:500，1:1000，1:2000 地形图图式（2)CJJ8-99城市测量规范（3)CH/1002-1995测绘产品检查验收规定（4)CH/1003-1995测绘产品质量评定标准（5)GB/T18316-2001数字测绘产品松果验收规定和质量评定（6)FCB 001-20
14、05福建省技术规定(7)CH/T 1004-2005测绘技术设计规定(8)CH/T 1001-2005测绘技术总结编写规定83.3 全站仪与 CORS 系统联合作业方法常规测量作业工作需要遵循“从整体到局部，先控制后碎部，分级布网，逐级控制”原则。具体工序包括一级控制网、加密控制网、图根点控制、特征点数据采集和成图，从施工流程来看，完成一个测区的测量工作往往需要数次进出作业现场。且多次在同一测站上设站，导致测量作业效率低下，也必将造成不必要的精度流失（如对中误差和定向误差的增加等） 9。针对上述情况以及 CORS 针对于全站仪缺点的补偿性，利用 CORS 协同全站仪采集数据方式进行作业，用以克
15、服上述诸多弊端 10。利用 CORS 联合全站仪测量作业可分为两个阶段：（1）CORS 测量图根点。CORS 的测量精度完全可以满足图根控制的要求，利用 CORS 进行控制测量既能实时知晓定位结果，还能实时知道定位精度，大大提高了作业效率 11。（2）碎部点数据采集。使用 CORS 和全站仪同时进行，这样不但能解决水平方向遮挡(全站仪视线)问题，同样也解决了上方遮挡(卫星信号)问题，避免了因个别碎部点不通视而不得不搬站的影响 9。全站仪与 CORS 联合作业方法示意图如图 3-1 所示：图 3-1 全站仪联合 CORS 进行数字测图基本流程3.4 外业实测3.4.1 测前准备工作资料准备：20
16、06 年厦门市湖里区金鼎路 1：1000 地形图，将测区以外部分剔除，把比例尺刷成1：500 并打印出来，可作为图纸供作业过程中核查使用；测区现场查看，并与委托人进行交流，由于是道路重新修建，所以要求本测区除了正常测图要素之外，还要将道路两侧下水道深度测出并标注与地形图中。仪器准备：拓普康全站仪一台；莱卡接收机一台（配套手簿）；棱镜一个；钢卷尺一把；脚架一副；对桩杆两根；对讲机两台。注意事项：在作业出发前应该对仪器进行检查一遍，查看是否有遗漏，并且对电量进行严格的检查，防止在工作中出现电量不多不够用的情况，导致无法进行作业。3.4.2 外业测量（1）实地踏勘工程组一行人来到金鼎路后，组长先去实
17、地踏勘，与地形图资料进行实地对比并做好标注，搞清楚测区的植被覆盖、山体坡度、道路情况等， 以便后面测量分工安排。（2）做点校正在测图前，使用 CORS 对至少 4 个已知点进行检验，确定测量数据的准确性，误差均在限差范围内，表明利用 CORS 进行图根点的测量精度是可靠的。在测区均匀布设一定数量的图根点，并使用 CORS 测出这些图根点的坐标，供测图使用。将图根点前缀设为 a，我们共布设了 6 个图根点，图根点坐标如表 3-1 所示：卫星参考站数据中心GPS 流动站控制点资料 全站仪碎部点数据数据处理、成图碎部点数据9表 3-1 图根控制点坐标点号 X Y Za1 2709688.767 45
18、6970.028 10.890a2 2709696.479 456992.022 12.320a3 2709689.213 457067.687 16.560a4 2709693.671 457131.012 21.130a5 2709738.918 457205.657 25.800a6 2709769.029 457203.037 25.480（3）碎部测量基于全站仪的碎部测量（对于 RTK 信号不佳的区域，如树木、建筑物较高的区域、高压线区域，使用全站仪进行碎部点采集）摆好仪器并量取仪器的高度；建立文件，并选择该文件作为碎部点存储文件；照准地物特征点，输入特征点相应的编码，部分代码如表
19、3-2 所示，按下全站仪上的观测键进行观测采集数据。其中线状地物在采集第二个以上特征点时需要输入编码“+”或者“-”连接起来，以便内业成图时易于识别。例如图上的 1、2、3、4 点，坐标代码如图 3-2 所示，在 CASS 中展点和简码识别结果分别如图 3-4、3-5 所示图 3-2 1、2、3、4 点坐标数据 图 3-3 1、2、3、4 点地形图图 3-4 1、2、3、4 点在 Cass 中展点 图 3-5 1、2、3、4 点在 Cass 简码识别10基于 CORS 的碎部测量接收机和手簿开机并连接进入操作界面如图 3-6 所示先新建一个文件夹，一般以当天日期为名，方便数据查找与导出，防止把
20、数据遗忘或者弄混，并选择该文件作为碎部点存储文件。然后在配置选项中选择差分数据链进入登陆界面，登录成功后，启动移动站接收机选项，最后进入测量界面如图 3-7 所示，需要注意的是点名称处格式为“*-*”，如：“0515-s6”，一般前面会写当天日期，这样就算不小心选错存储文件，和以前的文件混在一起，也可以很容易区分出来。和全站仪采集数据一样，照准地物特征点，选择或者输入特征点相应的代码，手簿本身带有代码，而全站仪没有自带代码，所以如果输入手簿自带以外代码要记得保存。图 3-6 手簿操作界面 图 3-7 手簿碎部测量操作界面 表 3-2 部分代码地物 代码路灯 LD路 L井盖 JG水栓 SS坎 K电杆 DG水沟 SG楼梯 LT地界线 DJ花圃 HP3.5 内业成图3.5.1 数据处理外业测量完，回去之后要第一时间把数据导出，并且进行处理成图，全站仪和 CORS 直接用专用的数据线导出，便可得到 DAT 文件，但需先将数据文件进行整理才可展点，全站仪数据文件只需把坐标大数删除，CORS 数据除了需要进行坐标大数删除外，还需删掉除坐标、高程、代码、点号以外的无用
