基于CORS技术的林区公路测量及实例分析

黎 曦 胡伍生 孙洪飞

(1江西环境工程职业学院，赣州 341000)(2东南大学交通学院，南京 210096)

基于CORS技术的林区公路测量及实例分析

黎 曦1胡伍生2孙洪飞2

(1江西环境工程职业学院，赣州 341000)
(2东南大学交通学院，南京 210096)

摘 要:为改善常规方法及实时动态差分法(RTK)在林区公路测量时的效率和精度，通过实例对连续运行卫星定位服务综合系统(CORS)在林区测量中的应用进行了分析.将CORS技术分别与全站仪中桩放样的平面坐标和水准点联测方式中桩高程进行对比，并对CORS测量的内符合精度做出统计.实验结果表明，CORS网络放样与全站仪放样相比，平面坐标的最大差值ΔX和ΔY分别为0.021和0.015 m;与水准点联测平差的高程相比，大部分在±0.015 m左右;CORS系统在网内、网外内符合精度无明显差别，X方向为±0.9 cm，Y方向为±0.9 cm，H方向为±1.8 cm.工程实践表明，CORS测量与传统方法相比较，具有更高的工作效率，且其测量结果整体精度是均匀、独立的，具有较好的工程实用价值.

关键词:林区公路;公路测量;连续运行卫星定位服务综合系统(CORS);实时动态差分法测量

林区公路是解决林区运送木材、森林防火、森林经营和管护等交通运输活动的重要生活、生产基础设施，对林区经济发展、动植物保护、森林观光旅游、新农村建设都有着直接的促进作用.林区公路测量是一种受地形、植被地物限制影响较大的特殊线路测量，通常由较多的圆曲线、复曲线、回头曲线和直线所组成［1］.

当前，进行林区公路测量的主要方法是全站仪测量［2］.由于受作业条件的限制(线路长，附近已知点少等)，测量或放样一个点位，往往需要移动花杆和棱镜甚至于搬站，并且需要2～3人操作，此外还要求相邻点间通视良好，而林区数目较多，视线容易受阻，这样就造成了测量误差的累积和工程工作量的加大，作业效率较低［1，3］.因此，为了克服林区公路工程中通视条件差、高程变化大等缺陷，以全面提高林区公路测设质量，就需要采用新的技术手段进行工程的实施.

近几年，GPS技术在林区公路勘测的应用主要采用实时动态(RTK)作业模式进行控制点加密、数字化测图数据采集、施工放样、纵横断面测量等［4］.RTK 具有观测时间短、精度高、无须通视等优点，较之常规方法放样，使用GPS-RTK进行平面定位放样简单方便、快捷可靠，可极大地提高工作效率.但常规RTK测量利用临时的单个参考站向流动站发送差分信息，一旦参考站发生错误或者出现故障，流动站的点位精度就得不到保障，因此其可靠性受质疑.而且常规RTK测量的流动站点位精度随着参考站与流动站距离的增加而显著降低.这种作业模式的服务范围一般不超过10 km［5］.

CORS网络RTK技术则突破了常规RTK中流动站和参考站间距离的限制，增大了流动站与参考站的作业距离［6］.用户作业范围可由最多20 km扩大到50～70 km，甚至更远，而且在其覆盖范围内，观测数据精度均匀，能够实现测绘系统和定位精度的统一，便于测量成果的系统转换和事后多用途处理.在CORS网络下测图，从真正意义上改变了传统的“先控制后碎部”的测图模式.

1 CORS工作流程

连续运行参考站(continuously operating reference stations，CORS)是一个由若干个固定的连续运营的GNSS参考站通过计算机和一些可靠的通信手段来实现信息数据的实时交换的网络系统，它由参考站网、数据处理中心、数据通信链路(专用通讯网或Internet)和用户部分组成.每个参考站点都至少有一个信号接收器和通信用的天线以及电源，与数据处理中心通过网络进行连接，将原始采集数据返回到数据处理中心，数据处理中心利用参考站网相关数据处理软件对数据进行处理，然后就可以向CORS用户提供不同类型的数据服务［6］.在CORS网络的覆盖范围内，在野外作业时，不需要布设控制网，也不必加密图根点，用户只需一台GNSS流动站接收机，就可进行不同精度级数的准实时、实时的快速定位、事后定位或导航定位，全天候的支持各种类型的GNSS测量、定位、变形监测和放样作业［7］.目前我国很多省市包括江西省全省，已经建立了CORS系统［8］，网络RTK已经得到了较广泛应用，这就使得基于CORS的林区道路测量变得更简捷，且精度更高［9］.

本文使用江西CORS，采用网络RTK技术来进行林区公路的测图，可直接获取点位坐标信息:仅需一台加对中杆的接收机和GPS手簿在需要测的碎部点上，在手簿上输入天线高等信息，开机连接CORS网，初始化并得到固定解后开始记录数据，每个点的观测历元数不少于20个，最后取每次测量的平均值数作为最终成果.按此方法，把测区内的特征点点位测定后返回室内或在野外，由专业测图软件输出所要求的地形图.在有些高大树林覆盖或偏僻的山谷中，没有网络及卫星信号覆盖或信号不稳定的情况下，可先在信号稳定的开阔处，用RTK测设出图根点，再用全站仪测量需要的碎部点［9-11］.

CORS具体的外业操作主要由3个大步骤:一是利用3个以上的已知点，进行坐标转换;二是用手簿建立对改正数类型、协议、Modem连接、联网类型、IP地址、用户名称、密码、虚拟网电台等进行设置;三是将蓝牙手机电话建立手薄到网络的拔号连接.完成这3步操作即可进行点测量或放样工作［10-12］.

2 CORS在林区公路测量中的做法

林区公路的测量包括线路控制测量、带状地形图的测绘、纵横断面测绘、施工放样、竣工测量等，是一种特殊地区的线路测量［1］.CORS系统应用了最先进的多基站RTK算法，具有观测时间短，测站间无须通视等优点.而且CORS使用的便利性使得单机单人即可进行林区测量的实施，可大幅度提高工作效率并节省大量的人力物力［13-14］.

2.1 林区公路控制测量

为便于后期施工测量和满足地形图测绘精度需求，林区公路工程首先需要布设测量控制点来进行控制测量.由于公路多为线状工程，进行常规的布设控制具有很大的难度，而使用CORS网络，在选定的控制点上，单人单机就可以实施测量.利用CORS又可进行动态方式和静态方式的测量［15-16］.静态方式主要用于精度要求较高的工程或工程点(如大型桥梁等)，动态方式主要用于精度要求不高的一般工程(如本文提及的林区公路测量).静态方式可获得平面≤5 mm，高程≤10 mm精度的成果;动态方式可获得平面2～3 cm，高程5 cm左右精度的成果.

林区公路工程具体实施时，卫星信号或GPRS/CDMA信号常常不是很好，利用CORS的网络RTK采集控制点的精确坐标，需使用双频GNSS 接收机［9-10］.

2.2 林区公路地形测量

林区公路选线和设计通常需要大比例尺的带状地形图，在沿线每个碎部点上采集坐标数据，利用CORS进行网络RTK测图，不再像常规方法需要点间通视［9-10］.根据地物地貌的类型，选择记录数个历元数据，输入特征码，手簿显示固定解时，保存记录为碎部点坐标，由成图软件编辑成图.在高大林木覆盖或较深的山谷中，则依据控制点或采用CORS的网络RTK功能测设临时控制点，用常规仪器测量碎部点.

2.3 林区公路中线测设及施工测量

采用基于CORS的网络RTK技术，可使林区公路中线测设和施工测量很方便.先将公路中桩点或放样点坐标输入GPS手簿中，后在待放点附近架设仪器并通过GPRS/CDMA与数据处理中心连接，进行初始化并得到RTK固定解，再根据手簿指示，将对中杆移至要测设的点位.

采用CORS方式测设，每个点测量都是独立完成的，精度一致，误差没有传递和积累.对于局部无卫星信号或数据通信信号未覆盖区域，则采用常规方法测设［17］.

2.4 林区公路纵、横断面测量

由于带状地形碎部点数据是通过CORS网络RTK采集的，所以当设计确定公路中线后，可根据采集的中线桩点坐标通过绘图软件便可绘出纵、横面图.每隔一定的距离就要测一横断面，这是一项工作量非常巨大的工作，以前常用经纬仪、水准仪及全站仪进行测量，工作效率太低.采用CORS进行测量，与传统方法相比，在精度、经济、实用等方面都有明显的优势［4-5，18］.

3 实例分析

3.1 工程概况

本文采用的实例项目是江西某林区公路工程项目，项目按四级公路的技术标准设计，全长27.6 km，测区为大型国有林场，山高林密，林道为年久土路，现需重新规划和建设，改善行车及森林防火条件，同时带动林区经济发展和旅游开发.

3.2 测量仪器

JXCORS网络RTK，主要设备为TOPCON HiperGb接收机，FC系列手簿，有蓝牙功能的NOKIA手机;NIKON全站仪(2″)1台，DS3水准仪1台等.

3.3 林道中线测设

根据公路现状，内业解算出公路中线桩号和中桩坐标，每隔20 m解算一个中桩，在地形变坡处、公路交叉口、曲线主点、土质变化不良地段进行加桩.用CORS放样功能将中桩及加桩放于实地.

3.4 林道纵断面测量

公路中线确定后，根据CORS采集的中线桩点坐标，通过绘图软件绘制出公路纵横断面图.

3.5 施工控制点测量

在公路交叉口施工范围外5～10 m各选择4个施工控制点，用三脚架固定方式独立测量两测回取平均值.

3.6 观测数据分析

观测完成后对观测数据进行了以下对比.

1)CORS所放样中桩实地用全站仪观测进行对比.将林区公路部分路段300 m的中桩CORS所测值再用全站仪测量，坐标差值Y最大值为0.015 m，X最大值为0.021 m，点位误差最大值出现在K0+140处，点位最大误差为0.026 m.结果见表1.

2)CORS所测中桩高程与水准点联测平差高程进行对比.将林区公路部分路段300 m中桩的CORS直接所测高程再经水准点联测平差后相比较，高程最大差值在K3+157处，最大值为0.033 m.结果如表2所示.

3)CORS测量内符合精度统计.内符合精度统计采用测量值与组内平均值比较的方法，即计算每组观测数据的平均值，再与每个观测值计算较差，从而计算出测量值在X，Y，H方向的内符合精度，结果见表3.

由表1、表2可以看出，基于 CORS的网络RTK放样成果与全站仪的放样成果相差不大，与水准点联测平差后的高差也相差不大，大部分为毫米级，其余差值为厘米级.平面成果中最大差值为26 mm，高程成果中最大差值为33 mm，满足公路工程施工的放样要求.从表3可以看出CORS林区公路测量点位精度没有随距离的变化发生变化，CORS系统在网内、网外内符合精度无明显差别，X方向为 ±0.9 cm，Y方向为 ±0.9 cm，H 方向为±1.8 cm.而在效率方面，根据经验要在同一等级的精度要求，常规测量方法下，完成这样近30 km的林区公路测量，需要5个工序，至少需要6人，20 d的工期，其中仅砍伐影响线路通视的林木就要占据1/3～1/2的工作量.而使用CORS，一人一机，仅需2个工序，2人12 d工期即可完成.

表1 全站仪与CORS中桩放样对比表

表2 CORS中桩高程与水准联测平差高程相比较

表3 CORS测量内符合精度统计表 cm

4 结论

1)在林区完成公路测量，CORS与传统测量相比较，工作效率高，效果更加显著，是常规测量方法的4倍以上，但必须保证测区CORS网络覆盖及无线网络与移动用户通讯畅通.

2)相比与常规测量方法的误差累积，CORS林区公路测量结果整体精度均匀、独立.

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Forest highway survey and empirical analysis based on CORS

Li Xi1Hu Wusheng2Sun Hongfei2

(1Jiangxi Environmental Engineering Vocational College，Ganzhou 341000，China)
(2School of Transportation，Southeast University，Nanjing 210096，China)

Abstract:In order to improve the efficiency and accuracy of the general measuring method and the real-time kinematic(RTK)method in forest highway survey，the application of the continuous operational reference system(CORS)in forest highway survey is analyzed.The CORS technology is compared with the middle stake lofting with total station and leveling-network adjustment，respectively，in plane coordinates and height of the middle modulus.And then the statistics of internal accord accuracy in CORS measurements is analyzed.The results illustrate that compared with the total station lofting，the CORS network lofting has the maximum coordinate differences with ΔX and ΔY of 0.021 and 0.015 m，respectively.The deviation of height between the leveling-network adjustment and the CORS is mostly about ±0.015 m.The internal and external fitting precisions of the CORS have no obvious difference，which are ± 0.9 cm in the X direction，± 0.9 cm in the Y direction and ± 1.8 cm in the H direction，respectively.Engineering practice indicates that compared with the traditional survey methods，the CORS is of some practical engineering value，which has higher efficiency and the overall accuracy of the measurement results is uniform and independent.

Key words:forest highway;highway survey;continuous operational reference system(CORS);real-time kinematic survey

中图分类号:S771.1

A

1001－0505(2013)S2-0360-05

doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.031

收稿日期:2013-08-20.

黎曦(1971—)，男，硕士，副教授，lixi_1971@126.com.

基金项目:江西省科技支撑计划资助项目(20132BBF60082).

引文格式:黎曦，胡伍生，孙洪飞.基于CORS技术的林区公路测量及实例分析［J］.东南大学学报:自然科学版，2013，43(S2):360-364.［doi:10.3969/j.issn.1001 －0505.2013.S2.031］