CORS系統(tǒng)在某供水工程測(cè)繪中的應(yīng)用

魏學(xué)文

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

0 引言

CORS系統(tǒng)是Continuously Operating Reference System的簡(jiǎn)稱，即：連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位參考站系統(tǒng)，可以定義為山西省內(nèi)一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過檢驗(yàn)的不同類型的GPS觀測(cè)值（載波相位，偽距）、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息、以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比，連續(xù)運(yùn)行參考站具有作用范圍廣、精度高、野外單機(jī)作業(yè)等眾多優(yōu)點(diǎn)。

某供水工程是山西省重點(diǎn)工程，是山西大水網(wǎng)骨干工程，橫貫平順、潞城、黎城、襄垣、長(zhǎng)治市、屯留和長(zhǎng)治縣等7個(gè)縣（市），東依太行山脈、西臨長(zhǎng)治盆地，工程建成后，能夠有效緩解晉東南地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水緊張局面。其主要測(cè)繪任務(wù)包括：平面控制網(wǎng)測(cè)量、高程控制網(wǎng)測(cè)量、1/500地形圖測(cè)繪、1/2000地形圖測(cè)繪、1/2000縱橫斷面測(cè)繪、施工放樣，具有線路長(zhǎng)、范圍廣、勘測(cè)周期短、測(cè)繪內(nèi)容多等特點(diǎn)。CORS系統(tǒng)在本工程測(cè)繪中的廣泛應(yīng)用，不僅提高了測(cè)量精度，還顯著提高了測(cè)量效率。

1 平面控制測(cè)量應(yīng)用

1.1 傳統(tǒng)平面控制測(cè)量

該工程測(cè)繪初期，采用傳統(tǒng)的測(cè)繪方式，平面控制使用靜態(tài)GPS作業(yè)方式，從國家C級(jí)GPS點(diǎn)引測(cè)至測(cè)區(qū)，分別布設(shè)D、E兩級(jí)GPS網(wǎng)，必須同步觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)段90 min和60 min，搬站時(shí)間綜合60 min，除去星歷不好的時(shí)段，加上必要重復(fù)觀測(cè)、不合格重測(cè)和補(bǔ)測(cè)，需要6臺(tái)（套）靜態(tài)GPS接收機(jī)，6個(gè)作業(yè)人員，2輛汽車，2名司機(jī)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，平均每天觀測(cè)8點(diǎn)，全網(wǎng)觀測(cè)總時(shí)間30 d。

1.2 CORS系統(tǒng)平面控制測(cè)量

工程測(cè)繪中期，我省CORS系統(tǒng)的逐步建立和完善起來，以其顯著的優(yōu)勢(shì)吸引著眾多測(cè)繪人員的關(guān)注，但其測(cè)量精度、應(yīng)用范圍是否能夠滿足本工程的需要呢？為此，我們?cè)诒緶y(cè)區(qū)使用CORS系統(tǒng)對(duì)已有平面控制點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)。

1）檢測(cè)要求：

a）選取測(cè)區(qū)不同區(qū)域的平面控制點(diǎn)檢測(cè)，共39點(diǎn)；

b）雙星CORS移動(dòng)站儀器，高度截止角10°，PDOP值小于3，設(shè)置歷元10；

c）腳架嚴(yán)格對(duì)中整平；

d）觀測(cè)前，對(duì)接收機(jī)進(jìn)行預(yù)熱和靜置，同時(shí)應(yīng)檢查電池的容量、接收機(jī)的儲(chǔ)存空間是否充足；

e）天線安置的對(duì)中誤差小于2 mm；分別從不同方向量取天線高3次，精確至l mm，較差小于3 mm時(shí)取平均值；

f）觀測(cè)中，不許在接收機(jī)近旁使用無線電通信工具；

g）CORS系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)勁，穩(wěn)定保持5 s固定解后方可采集；

h）約定每次重新初始化稱為1個(gè)測(cè)回，每點(diǎn)觀測(cè)2個(gè)測(cè)回，每測(cè)回記錄3次數(shù)據(jù)，3次讀數(shù)較差小于1.5 cm，該測(cè)回取3次讀數(shù)平均值；測(cè)回間較差小于2 cm，該點(diǎn)坐標(biāo)取2個(gè)測(cè)回平均值；超出上述限差時(shí)，需重測(cè)或補(bǔ)測(cè)；

i）檢測(cè)完成后，CORS測(cè)量成果和靜態(tài)GPS測(cè)量成果精度比較見表1。

表1 CORS系統(tǒng)平面控制點(diǎn)檢測(cè)比較表

2）檢測(cè)精度

計(jì)算CORS系統(tǒng)測(cè)量點(diǎn)位中誤差m點(diǎn)=±29.1 mm。根據(jù)《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（SL197）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）4.1平面控制精度要求：“當(dāng)進(jìn)行1/500比例尺測(cè)圖時(shí)，其二等、三等、四等、五等基本平面控制最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)位允許中誤差為±5 cm”的規(guī)定，可見本測(cè)區(qū)CORS控制點(diǎn)點(diǎn)位精度能夠滿足本工程首級(jí)平面控制測(cè)繪的要求。

2 高程控制測(cè)量應(yīng)用

2.1 傳統(tǒng)高程控制測(cè)量

根據(jù)本工程的技術(shù)設(shè)計(jì)方案，水準(zhǔn)線路分別測(cè)設(shè)5條，檢測(cè)測(cè)段9段，總長(zhǎng)約200 km。在已完工程的高程控制測(cè)量中，使用較先進(jìn)的精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量，需要一臺(tái)（套）自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，5名以上作業(yè)人員，1輛汽車，1名司機(jī)，加上必要重復(fù)觀測(cè)、不合格重測(cè)和補(bǔ)測(cè)，對(duì)地形高差大的測(cè)段，測(cè)量難度和時(shí)間大幅增加。平均每天觀測(cè)6 km，全網(wǎng)觀測(cè)總時(shí)間為70天。

2.2 CORS系統(tǒng)高程控制測(cè)量

本工程的取水樞紐部分位于長(zhǎng)治盆地東部的太行山邊緣山區(qū)，河谷狹窄、山勢(shì)陡峭、溝壑縱橫、植被茂密，測(cè)區(qū)引測(cè)直接水準(zhǔn)線路一條。供水管線部分位于長(zhǎng)治盆地的中部，地勢(shì)平坦開闊、工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、村鎮(zhèn)眾多，分別沿管線測(cè)設(shè)直接水準(zhǔn)線路。

根據(jù)水準(zhǔn)模型原理，高程異常的不均勻?qū)⒂绊懙礁叱虦y(cè)量的精度。為了檢驗(yàn)CORS系統(tǒng)的高程測(cè)量精度，分別對(duì)各條線路的部分直接水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行CORS高程觀測(cè)和計(jì)算。

1）檢測(cè)要求

a）選取測(cè)區(qū)不同區(qū)域的高程控制點(diǎn)檢測(cè)，共26點(diǎn)。

b）其他同平面控制檢測(cè)要求b)～h)。

c）檢測(cè)完成后，CORS測(cè)量成果和水準(zhǔn)儀直接水準(zhǔn)測(cè)量成果精度比較見表2。

2）檢測(cè)精度

按照式（1）測(cè)量誤差理論計(jì)算CORS系統(tǒng)測(cè)量高程中誤差，m高=±23.1 mm。根據(jù)《規(guī)范》5.1高程控制精度要求：“最弱點(diǎn)高程允許中誤差為±h/20。當(dāng)h=0.5 m時(shí)，允許中誤差為±h/16”的規(guī)定，即：±h/20=±5 cm； ±h/16=±3 cm?？梢姳緶y(cè)區(qū)CORS高程精度能夠滿足本工程首級(jí)高程控制測(cè)繪的要求。

3 CORS系統(tǒng)的應(yīng)用總結(jié)

3.1 應(yīng)用效果

根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，CORS的測(cè)量方法避免了誤差的累積，精度完全滿足平面和高程控制測(cè)量的限差要求。

使用CORS系統(tǒng)進(jìn)行平面和高程控制測(cè)量，每點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間平均約6 min，測(cè)量過程僅需移動(dòng)站1臺(tái)，1輛汽車，1名司機(jī)、2名作業(yè)人員，遷站時(shí)間約10min，除去不良觀測(cè)時(shí)段，每天測(cè)設(shè)平面控制點(diǎn)可達(dá)30點(diǎn)以上，與原靜態(tài)GPS測(cè)量比較，效率提高3～5倍，綜合成本節(jié)約70%左右；與水準(zhǔn)測(cè)量比較，CORS系統(tǒng)高程測(cè)量不僅能與平面測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，而且不受地形高差、視距和水準(zhǔn)路線的限制，綜合成本僅為水準(zhǔn)測(cè)量的20%左右，大幅提高了測(cè)量經(jīng)濟(jì)效益。

表2 CORS系統(tǒng)高程控制點(diǎn)檢測(cè)比較表

3.2 CORS系統(tǒng)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

為了保證CORS系統(tǒng)的測(cè)量精度，在測(cè)量過程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1）使用性能穩(wěn)定、接收可靠、精度較高、雙星或多星的儀器設(shè)備；

2）選擇測(cè)區(qū)GPS信號(hào)干擾少、CORS網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)、傳續(xù)穩(wěn)的點(diǎn)位；

3）遠(yuǎn)離GPS干擾源；

4）檢查測(cè)區(qū)的CORS信號(hào)是否穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)延遲是否嚴(yán)重（通訊延遲小于3 s，可靠性100%）；

5）避開中午、早8時(shí)和強(qiáng)對(duì)流天氣觀測(cè)；

6）查看星歷預(yù)報(bào)，選擇較好時(shí)段觀測(cè)；要求PDOP＜3；

7）固定解、收斂精度穩(wěn)定2～5 s后進(jìn)行觀測(cè)記錄，每點(diǎn)觀測(cè)2個(gè)測(cè)回，每測(cè)回記錄3次數(shù)據(jù)，3次讀數(shù)較差小于1.5 cm，該測(cè)回取3次讀數(shù)平均值；測(cè)回間較差小于2 cm，該點(diǎn)坐標(biāo)取2個(gè)測(cè)回平均值；超出上述限差時(shí)，需重測(cè)或補(bǔ)測(cè)；

8）聯(lián)測(cè)已知國家控制點(diǎn)，檢查觀測(cè)精度。

3.3 應(yīng)用拓展與展望

通過CORS系統(tǒng)對(duì)本工程平面控制、高程控制的檢測(cè)分析，CORS系統(tǒng)在本測(cè)區(qū)范圍內(nèi)具有較高的測(cè)量精度，滿足《規(guī)范》各項(xiàng)限差要求，所以，對(duì)于較低精度要求的測(cè)繪內(nèi)容都可以廣泛使用。

1）在工程項(xiàng)目基礎(chǔ)測(cè)繪中，作為首級(jí)平面和高程控制點(diǎn)使用；

2）在CORS信號(hào)不能覆蓋的范圍外，利用CORS系統(tǒng)測(cè)設(shè)控制點(diǎn)，作為平面和高程控制網(wǎng)的起算控制點(diǎn)，高效地引入測(cè)區(qū)控制；

3）對(duì)于單純的地形圖測(cè)繪任務(wù)，可直接使用CORS系統(tǒng)測(cè)設(shè)圖根控制，并進(jìn)行比例尺在1/500以下的地形圖測(cè)繪；

4）對(duì)于斷面測(cè)繪項(xiàng)目，不再受到RTK基站距離的限制，通過CORS系統(tǒng)的多基站無縫銜接，實(shí)行不間斷全程測(cè)量；

5）對(duì)于工程踏勘選線、施工放樣、地籍測(cè)量等項(xiàng)目，不必逐級(jí)布設(shè)控制點(diǎn)，直接利用CORS系統(tǒng)完成三維坐標(biāo)的測(cè)量。

綜上所述，CORS系統(tǒng)不僅具有較高的測(cè)量精度，而且能夠創(chuàng)造非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，相信，CORS系統(tǒng)必將在國家經(jīng)濟(jì)騰飛、興水戰(zhàn)略的背景下，為我省的大水網(wǎng)工程和小水庫工程建設(shè)發(fā)揮重大的作用。