HBCORS系統(tǒng)在城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

沈 銘，趙新建，劉家闊，呂 玲

(1.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北武漢 430034;2.湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，湖北荊州 434100)

HBCORS系統(tǒng)在城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

沈 銘1，趙新建2，劉家闊1，呂 玲1

(1.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北武漢 430034;2.湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，湖北荊州 434100)

以武漢市某區(qū)域城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查為例，闡述HBCORS系統(tǒng)測(cè)量較傳統(tǒng)方法具有便捷高效、低成本的特點(diǎn)，可廣泛推廣使用。

環(huán)境地質(zhì)調(diào)查;HBCORS;測(cè)量

0 引言

環(huán)境地質(zhì)調(diào)查通過(guò)對(duì)一定調(diào)查區(qū)域內(nèi)水文、氣象、地層及巖性資料收集分析、測(cè)量，確定地質(zhì)體的特征、穩(wěn)定狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，為劃分環(huán)境地質(zhì)分區(qū)，論證地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性提供依據(jù)。在此過(guò)程中，地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查是城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的重要組成部分，災(zāi)害體的大小、位置、高程，一定深度內(nèi)各巖體埋深等相關(guān)資料，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性定量分析尤為重要，所以測(cè)繪技術(shù)人員快速、高效提供符合調(diào)查精度要求的測(cè)量成果，對(duì)于快速準(zhǔn)確完成地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查項(xiàng)目有著重要的意義。本文以HBCORS在武漢市黃陂區(qū)城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用為例，闡述了HBCORS相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量手段在調(diào)查中的優(yōu)勢(shì)。

1 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查對(duì)測(cè)量工作的要求

地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查對(duì)測(cè)量工作的要求主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是圖件，分為野外地質(zhì)調(diào)查用圖和室內(nèi)編繪用圖，現(xiàn)在野外地質(zhì)調(diào)查用圖一般采用1∶1萬(wàn)地形圖，在局部重要地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)測(cè)繪1∶500或更大比例尺地形圖，室內(nèi)編繪用圖依據(jù)調(diào)查比例尺而定;二是野外調(diào)查點(diǎn)平面位置和高程數(shù)據(jù)采集，對(duì)于一般調(diào)查點(diǎn)由地質(zhì)調(diào)查人員采用手持GPS等數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行，對(duì)于重要調(diào)查點(diǎn)、涉及定性定量分析因子點(diǎn)和長(zhǎng)期保存監(jiān)測(cè)點(diǎn)要采用精度較高儀器測(cè)量;三是野外資料室內(nèi)上圖及建庫(kù)，這項(xiàng)工作中涉及不同坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換、室內(nèi)資料整飾、圖件編制等。在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查過(guò)程中，第一、二項(xiàng)工作對(duì)于測(cè)量技術(shù)人員野外工作能力要求高，也是測(cè)量技術(shù)工作質(zhì)量控制重點(diǎn)。地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查面積大，給予測(cè)量人員的時(shí)間一般只有調(diào)查時(shí)間的1/10，根據(jù)地調(diào)局的地質(zhì)調(diào)查預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)，野外測(cè)繪費(fèi)用僅占調(diào)查費(fèi)用的1/300，所以要求測(cè)量人員要盡可能采用新技術(shù)新方法，做到高效、快捷，低成本。

2 HBCORS系統(tǒng)的原理及優(yōu)勢(shì)

2.1 Cors系統(tǒng)簡(jiǎn)介

Cors是利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)(Continuous Operational Reference System)［1］，是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五部分組成(圖1)［2］，目前在中國(guó)大中城市都建立了自己的Cors系統(tǒng)，如BJ-cors，SZcors等。

2.2 HBCORS簡(jiǎn)介及優(yōu)勢(shì)

HBCORS是由湖北省區(qū)域范圍內(nèi)，均勻的設(shè)置80個(gè)永久性的可以連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站形成的一個(gè)參考站網(wǎng)，相鄰基站距離70 km以內(nèi)的占85%以上，2010年12月建成并投入試運(yùn)行。其建立了各種的網(wǎng)絡(luò)誤差模型，各個(gè)參考站之間按照設(shè)定的采樣率進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，利用通訊數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將適時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)輸送給系統(tǒng)的控制中心;然后由系統(tǒng)控制中心對(duì)各個(gè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析、處理和解算，通過(guò)估算得出網(wǎng)內(nèi)各種系統(tǒng)出現(xiàn)的誤差，從而獲得本區(qū)域內(nèi)的誤差改正模型，向社會(huì)提供精確定位、實(shí)時(shí)定位和移動(dòng)目標(biāo)導(dǎo)航等空間位置信息。這是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、大眾化、集約化、高質(zhì)量的地球空間信息服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。用戶只需要一臺(tái)并入了HBCORS的GNSS接收機(jī)就可以從事數(shù)據(jù)采集工作，從而在事后或者實(shí)時(shí)得到可靠的定位結(jié)果(見(jiàn)圖2)。

圖1 Cors系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of Cors system

大多數(shù)工程應(yīng)用領(lǐng)域，利用HBCORS測(cè)量較傳統(tǒng)測(cè)量方法或GPS測(cè)量，有更多的優(yōu)勢(shì)，在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中尤其顯得重要。HBCORS采用的是連續(xù)基站，在測(cè)量時(shí)便于觀測(cè)，使用方便，可以有效地提高工作效率，加快測(cè)繪速度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本(節(jié)省30%費(fèi)用);數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)比較完善，通過(guò)消除或者削弱各種系統(tǒng)誤差的方式，可以獲得高精度的定位結(jié)果;并可提供遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，使數(shù)據(jù)可以共享。

3 HBCORS系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的實(shí)例應(yīng)用

武漢城市圈調(diào)查項(xiàng)目主要目的是查明武漢城市圈地質(zhì)環(huán)境條件和主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與區(qū)劃，提出環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題防治對(duì)策建議，為國(guó)土主體功能區(qū)劃、城市規(guī)劃與建設(shè)等提供基礎(chǔ)依據(jù)。在重點(diǎn)區(qū)域四維地質(zhì)填圖試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，逐步建立地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)平臺(tái)。2011年調(diào)查區(qū)域?yàn)辄S陂區(qū)，調(diào)查面積22.6 km2。

3.1 測(cè)量工作的內(nèi)容及精度要求

在本項(xiàng)目中，測(cè)量工作量主要有1∶500地形測(cè)量10處計(jì)2 km2，1∶1萬(wàn)地形圖修測(cè)16幅計(jì)35處2.1 km2，物探剖面測(cè)量26.6 km，工程點(diǎn)施測(cè)及定測(cè)76點(diǎn)。地形圖測(cè)量及修測(cè)按照測(cè)量規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)精度執(zhí)行。物探剖面按1∶1萬(wàn)精度，剖面點(diǎn)測(cè)量及工程點(diǎn)平面及高程精度不超過(guò)中誤差5 cm。本項(xiàng)目組核定測(cè)量工作時(shí)間為20 d。

3.2 HBCORS在地形圖測(cè)量中的應(yīng)用

圖2 HBCORS點(diǎn)位分布圖Fig.2 Distribution map of HBCORS point position

根據(jù)項(xiàng)目組的統(tǒng)一安排，本項(xiàng)目中的1∶500地形圖測(cè)量與1∶1萬(wàn)地形圖修測(cè)同時(shí)進(jìn)行，為了不影響項(xiàng)目組野外調(diào)查用圖，采用邊測(cè)量邊提供半成品圖給野外地質(zhì)調(diào)查技術(shù)人員臨時(shí)踏勘選點(diǎn)使用，測(cè)量野外工作結(jié)束后統(tǒng)一提供正式圖件的方法。本次測(cè)量配備天寶R8 GPS接收機(jī)4臺(tái)，徠卡全站儀一臺(tái)，技術(shù)人員10名，筆記本電腦5臺(tái)，工作車(chē)兩輛，野外工作時(shí)間核定15 d。

3.2.1 建筑物測(cè)量

通過(guò)踏勘，測(cè)量工作區(qū)域內(nèi)僅有少量房屋建筑，集中分布，建筑區(qū)內(nèi)衛(wèi)星信號(hào)接收不穩(wěn)定，擬采用全站儀測(cè)量組進(jìn)行測(cè)量。因建筑區(qū)域附近沒(méi)有高等級(jí)的控制點(diǎn)，為了節(jié)約時(shí)間，決定直接利用HBCORS系統(tǒng)進(jìn)行圖根點(diǎn)測(cè)量，采用R8 GPS接收機(jī)在建筑物外圍采集6～8個(gè)至少三方向通視、利于全站儀架站觀測(cè)、均勻分布于建筑四周的點(diǎn)作為圖根控制點(diǎn)。到達(dá)選好圖根點(diǎn)后，GPS接收機(jī)開(kāi)機(jī)預(yù)熱初始化，信號(hào)正常后3～4臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)，每次觀測(cè)5 min，每1 min采集一次數(shù)據(jù)，5次數(shù)據(jù)中誤差＜3 cm取其平均值作為該點(diǎn)圖根控制成果。在圖根控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀，利用2個(gè)以上通視圖根點(diǎn)定向檢核，符合規(guī)范后進(jìn)行建筑物測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)繪制草圖。

3.2.2 其它地形地物測(cè)量

測(cè)區(qū)內(nèi)在中午12:00－14:00時(shí)間段內(nèi)GPS信號(hào)較差，不易固定，其它時(shí)間段衛(wèi)星信號(hào)接收良好，利于RTK作業(yè)。在良好作業(yè)時(shí)間段內(nèi)，4臺(tái)GPS接收機(jī)分為四個(gè)組，每組負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域的地形測(cè)量工作，每臺(tái)GPS接收機(jī)的采樣時(shí)間5 s，每點(diǎn)采樣3次，現(xiàn)場(chǎng)繪制草圖地形。

3.3 HBCORS在剖面及工程點(diǎn)點(diǎn)位測(cè)量中的應(yīng)用

根據(jù)HBCORS的特點(diǎn)，平面位置中誤差容許達(dá)到5 cm，但是在離HBCORS站網(wǎng)較遠(yuǎn)的區(qū)域或網(wǎng)形結(jié)構(gòu)差的地方，點(diǎn)中誤差特別是高程誤差能否達(dá)到5 cm，HBCORS技術(shù)人員沒(méi)有給予肯定的答復(fù)，為此，項(xiàng)目組在工作范圍內(nèi)圖形較弱區(qū)域布設(shè)了兩條四等水準(zhǔn)線路，利用高等級(jí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)了部分物探點(diǎn)和工程點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比，確定了采用HBCORS系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的工作方法:工程點(diǎn)和物探線的起始端點(diǎn)每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間3 min，每一分鐘采集三次數(shù)據(jù)，九次數(shù)據(jù)中誤差＜5 cm時(shí)取其平均值作為該點(diǎn)有效成果，物探線上其它點(diǎn)利用兩個(gè)端點(diǎn)的成果采用GPS導(dǎo)航測(cè)量完成，每點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間2 min，每分鐘采集數(shù)據(jù)兩次，四次數(shù)據(jù)中誤差＜5 cm取平均值作為最終成果。

3.4 應(yīng)用效果分析

利用HBCORS進(jìn)行的黃陂區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查測(cè)量，利用水準(zhǔn)測(cè)量和GPS架設(shè)基準(zhǔn)站定位測(cè)量，檢測(cè)平面位置和高程精度，檢測(cè)點(diǎn)均勻分布于檢測(cè)區(qū)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 黃陂區(qū)城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目成果檢查表Table 1 Checklist of geological survey of the urban environment

通過(guò)檢查可知，所有檢查點(diǎn)的誤差都符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，檢查點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差一般在3 cm左右，僅個(gè)別點(diǎn)最大誤差5 cm。利用HBCORS系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量完全可以滿足地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查項(xiàng)目的要求。利用HBCORS系統(tǒng)，有以下優(yōu)勢(shì):

(1)成果精度能夠保障。HBCORS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)湖北省的全覆蓋，除了邊緣地帶和少數(shù)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)較差區(qū)域，基本上能夠保證5 cm的精度，采用一定的方法后，精度可以達(dá)到圖根等級(jí)的精度，能夠直接用于1∶500大比例尺測(cè)圖，并且精度分布均勻。

(2)節(jié)約時(shí)間。按照傳統(tǒng)測(cè)量方法，5個(gè)組同時(shí)開(kāi)展工作，在15 d內(nèi)無(wú)法完成2 km21∶500地形圖測(cè)量和物探剖面測(cè)量。根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，完成黃陂區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的測(cè)量工作，最優(yōu)的工作時(shí)間需要30 d以上，采用HBCORS系統(tǒng)能夠單兵作業(yè)，不受視線通視條件影響，節(jié)約控制測(cè)量時(shí)間，較傳統(tǒng)測(cè)量方法可以大大節(jié)約時(shí)間。

(3)節(jié)省成本。根據(jù)本次黃陂區(qū)測(cè)量最后決算，測(cè)量工作直接野外費(fèi)用5萬(wàn)元，計(jì)入技術(shù)費(fèi)用、人員工資、設(shè)備折舊后最終測(cè)量費(fèi)用為15萬(wàn)元，定額預(yù)算費(fèi)用45萬(wàn)元。如果采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，直接野外費(fèi)用需要8萬(wàn)元，最終測(cè)量費(fèi)用約需要25萬(wàn)元左右，定額預(yù)算費(fèi)用79萬(wàn)元。

4 結(jié)論

HBCORS測(cè)量有很多優(yōu)點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量方法，較之傳統(tǒng)的測(cè)量方法具有工作便捷、精度高、節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)，特別是在中國(guó)北斗系統(tǒng)全面覆蓋啟用后，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、北斗(Compass)相互結(jié)合使用，將使工作效率與精度得到較大的提高，在城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查以及其他領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］ 黃建學(xué).江蘇省CORS系統(tǒng)中RTK測(cè)量技術(shù)研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(2):6－8.

［2］ 徐聲馨.GPSCORS技術(shù)在城市控制測(cè)量及地形測(cè)量中應(yīng)用方法研究［J］.科技資訊，2011(3):61－62.

(責(zé)任編輯:陳文寶)

The Application of HBCORS System in Geological Survey of the Urban Environment

SHEN Ming1，ZHAO Xinjiang2，LIU Jiakuo1，LV Ling1

(1.Hubei Geological Environment Station，Wuhan，Hubei430034;2.Hubei Institute of Hydrogeologic and Engineering Sunveying，Jingzhou，Hubei434100)

Geological survey of the urban environment is public welfare project.The main feature is a large area ofinvestigation，high precision and fast measurement results.Through the rational use of HBCORS system，the author can provide measurement results of geological hazard survey data，reduce the cost of measurement.

environment geological survey;HBCORS;application

P228

B

1671－1211(2013)06－0812－04

2013－07－15;改回日期:2013－07－19

沈銘 (1970－)，男，高級(jí)工程師，測(cè)繪工程專業(yè)，從事測(cè)量工作。E－mail:shengming1988@163.com