SDCORS系統(tǒng)在水利工程測量中的應(yīng)用和精度分析

趙希軍+趙瑩瑩

摘 要：測繪科學(xué)是研究測定、采集和描繪地球及其表面自然及人工地物及變化情況的科學(xué)，為人類了解自然、認(rèn)識自然和改造自然提供可靠的信息保障。測繪工作一直是各種工程的先行兵，因而測繪工作的成敗，測繪成果的準(zhǔn)確性有著舉足輕重的作用。任何一項水利工程從立項到可行性研究再到初步設(shè)計直至最后的施工都離不開測繪的支持。在水利工程中，測繪工作貫穿著建設(shè)的全過程，是水利水電建設(shè)的排頭兵，是施工過程中的重要技術(shù)支撐，也是水工建筑物安全運營的重要保障。

關(guān)鍵詞：SDCORS;測繪;信息網(wǎng)絡(luò);監(jiān)控中心

測繪技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是GPS技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用，以其得天獨厚的優(yōu)勢，在水利工程測量中的作用越來越突出。目前在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的連續(xù)運行基準(zhǔn)站系統(tǒng)，即CORS（Continuous Operatinal Reference System）得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。

一、CORS 系統(tǒng)概述

連續(xù)運行基準(zhǔn)站系統(tǒng)（CORS）可以定義為由一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用計算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)。實時地向不同類型、不同需求和不同層次的用戶提供經(jīng)過經(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值（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)項目的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比連續(xù)運行基準(zhǔn)站系統(tǒng)具有作業(yè)范圍廣、精度高、野外單機(jī)作業(yè)等優(yōu)點。

CORS系統(tǒng)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)、用戶系統(tǒng)五個部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展和GPS技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了采用參考站中的多個站進(jìn)行聯(lián)合解算從而獲得高精度坐標(biāo)，這種采用整體平差數(shù)據(jù)的作業(yè)方式稱為網(wǎng)絡(luò)RTK，網(wǎng)絡(luò)RTK是CORS系統(tǒng)的最基本應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)RTK的主要特點有：①覆蓋的范圍更為廣泛，適用于大范圍的測量和導(dǎo)航。②精度更高，單基站一般受距離的影響較大，而網(wǎng)絡(luò)RTK 利用擬合技術(shù)可以大幅度提高精度。③可靠性高，網(wǎng)絡(luò)RTK 利用幾個基站的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果處理，比單機(jī)站可靠性高得多。④穩(wěn)定性好，單基站在超出40 km 后一般很難有固定解，而網(wǎng)絡(luò)RTK 則利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使差分?jǐn)?shù)據(jù)隨處可以接收到。⑤功能更強大。

二、CORS系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用及精度分析

水利工程建設(shè)分為勘測設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理等3個階段，水利工程測量是為水利工程建設(shè)服務(wù)的。在水利勘測設(shè)計階段，需要在國家坐標(biāo)系下進(jìn)行基本控制測量、大（中）比例尺數(shù)字地形圖測繪、輸水線路或渠（堤）縱橫斷面測量等工作。較多的水利工程項目地處山區(qū)或較荒涼區(qū)域，距離國家等級控制點較遠(yuǎn)，而隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，原有國家等級控制點破壞嚴(yán)重，控制測量與國家等級控制點聯(lián)測成為測繪人員工作的主要困難。目前，通過GPS 相對定位確定地面點的平面坐標(biāo)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，而正常高數(shù)據(jù)一般通過幾何水準(zhǔn)測量的方法獲得，或采用GPS高程擬合方式獲得。傳統(tǒng)的幾何水準(zhǔn)測量雖然精度高，但聯(lián)測國家等級水準(zhǔn)點困難且作業(yè)效率低，不能很好地滿足工程設(shè)計的進(jìn)度要求。SDCORS系統(tǒng)的建立基本解決了上述問題。近兩年， 臨沂市采用SDCORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)起算，對湯河湯頭段、李公河干渠進(jìn)行河道地形圖、平邑縣蒙陽峪及陳家莊水庫地形圖測繪、臨港區(qū)坪上鎮(zhèn)土地綜合整治項目橋梁、機(jī)井附近地形圖的測繪項目等多個項目進(jìn)行了比較。

（一）湯河（湯頭段）、李公河干渠（湯頭段）沿岸地形圖測繪以及橫斷面圖測繪

湯河及李公河干渠位于湯頭鎮(zhèn)中，測繪全程為16公里。需測繪1：1000地形圖及橫斷面圖、揚水站、橋梁1：500–1：200地形圖。測繪過程中，平面控制采用車莊、輦沂莊東北、公安嶺東、集沂莊東、薛家店子、泉沂莊、董官莊西、泉上屯南等8個E級GPS 網(wǎng)作為測區(qū)的首級控制， 聯(lián)測隆沂莊東南、湯山2個國家C級GPS 點;以附合四等水準(zhǔn)路線作為首級高程控制聯(lián)測國家三等水準(zhǔn)點2 個，四等水準(zhǔn)點2個，等外水準(zhǔn)點8個。GPS 網(wǎng)觀測結(jié)束后，采用C、D 級點為起算數(shù)據(jù)對控制網(wǎng)進(jìn)行了平差計算， 同時采用SDCORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。

（二）平邑縣蒙陽峪及陳家莊水庫地形圖測繪

蒙陽峪及陳家莊水庫位于平邑縣柏林鎮(zhèn)，位于蒙山腳下。該項目1：1000地形圖測繪主要為蒙陽峪旅游開發(fā)及陳家莊水庫開發(fā)利用服務(wù)，測繪總面積為4平方公里。該測區(qū)聯(lián)測大夫?qū)幩畮?、柏林、保太、劉家寨?個C級點，萬壽宮林場、三關(guān)廟等2個D級點，聯(lián)測了4個三等水準(zhǔn)點，2個四等水準(zhǔn)點。采用SDCORS系統(tǒng)布設(shè)測區(qū)的首級控制，及直接進(jìn)行碎步點測量，同時采用C、D級點對測區(qū)的首級控制進(jìn)行了平差結(jié)算，與SDCORS系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

（三）臨港區(qū)坪上鎮(zhèn)土地綜合整治項目橋梁、機(jī)井附近地形圖的測繪項目

此次項目需測繪55個橋梁、41個機(jī)井橋址、井址地形圖，以作修建橋梁，機(jī)井勘測設(shè)計使用。該測區(qū)聯(lián)測了坪上麻峪子、坪上西諸眭、陳家老窩等3個D級GPS點，朱蘆河西村東、朱蘆錦雞機(jī)械、坪上玻璃廠、坪上一中、坪上殯儀館、坊前花生廠、坪上廣雨石子廠、團(tuán)林北等8個E級GPS點，坪上1個C級點。聯(lián)測1個三等水準(zhǔn)點，10個四等水準(zhǔn)點，1個GPS擬合高程點。同時利用SDCORS對碎步點數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，利用C、D級點對測區(qū)的首級控制點進(jìn)行了結(jié)算，與SDCORS系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析。

從以上3個項目數(shù)據(jù)比較情況分析， 利用SDCORS 站數(shù)據(jù)進(jìn)行解算得出的各點平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)與國家等級控制點進(jìn)行平差的結(jié)果相比較， 縱坐標(biāo)差值△x 最小為0.004 m、最大為0.082 m，平均差值為0.052 m;橫坐標(biāo)差值△y 最小為0.001m、最大為0.089m，平均差值為0.032 m; 點位誤差△s 最小為±0.016 m、最大為±0.116 m?！端姽こ虦y量規(guī)范》（SL 197–2013）規(guī)定“基本平面控制最弱相鄰點點位允許中誤差為±0.05 圖上mm”。從以上分析可以看出采用CORS 系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)對測區(qū)首級平面控制網(wǎng)進(jìn)行解算及進(jìn)行地形地物測量完全滿足一般水利水電工程測量的精度要求。

從高程數(shù)據(jù)兩種解算情況看，四等高程 CORS系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)與采用國家等級水準(zhǔn)點平差結(jié)果相比較， 高程差值△H 最小為0.002 m、最大為0.047 m，平均值為0.020 m; 等外水準(zhǔn)相比較△H 最小為0.003 m、最大為0.096 m，平均值為0.030 m。按照《水利水電工程測量規(guī)范》（SL 197–2013）“基本高程控制最弱點高程允許中誤差為±h/20。當(dāng)h=0.5 m 時，允許中誤差為±h/16”的要求規(guī)定，采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行基準(zhǔn)站并結(jié)合大地水準(zhǔn)面精化計算的點位高程完全滿足水利水電工程勘測設(shè)計階段的測量精度要求。

三、建議

（一）利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行測量時，特別是進(jìn)行控制測量時，必須確保GPS流動站天線高量取的準(zhǔn)確性，并且盡量增加觀測時間和觀測歷元數(shù)，以便獲取較高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。

（二）由于采用CORS系統(tǒng)解算的各點點位誤差是獨立的，不存在誤差積累問題，所以在測區(qū)距離CORS 站較遠(yuǎn)時， 應(yīng)適當(dāng)選取一定比例的測段， 采用幾何水準(zhǔn)的方法對CORS 解算的點位高程進(jìn)行檢驗， 以避免儀器高量取不準(zhǔn)確或錄入錯誤造成點位高程粗差的存在。

（三）在水利工程的測量中，由于成片連片水面的出現(xiàn)，不可避免的會出現(xiàn)多路徑效應(yīng)，采用GPS觀測是盡可能采取合適的觀測時間和觀測環(huán)境，盡量避免多路徑效應(yīng)的發(fā)生。

四、結(jié)語

由于GPS定位技術(shù)的發(fā)展，特別是CORS系統(tǒng)的建立和運用，在大地水準(zhǔn)面精化區(qū)域不斷擴(kuò)大、更加精確的基礎(chǔ)上，CORS系統(tǒng)勢必將更大范圍的取代傳統(tǒng)的測量技術(shù)，同時將會大大降低勞動強度和經(jīng)濟(jì)投入， 有效地提高工作效率，由此將水利工程勘測設(shè)計階段的測繪工作帶入一個新的時代。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬艷艷.全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用[J].山東水利，2009（10）.

[2] 秦曉珂.AHCORS 系統(tǒng)在水利工程測量中的應(yīng)用以及精度分析[J].安徽建筑，2014（4）.