水文地質(zhì)測(cè)繪中的三維定位基準(zhǔn)研究

呂光榮

【摘要】在對(duì)水文地質(zhì)進(jìn)行測(cè)繪的過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)闇y(cè)區(qū)環(huán)境差、以及地質(zhì)點(diǎn)比較分散等特點(diǎn)給水文地質(zhì)測(cè)繪帶來(lái)了很大的困難，然而隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，三維定位基準(zhǔn)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，逐漸進(jìn)入到了水文地質(zhì)測(cè)繪中，這種方法具有很大的優(yōu)勢(shì)，可以減少測(cè)繪的阻力。

【關(guān)鍵詞】水文地質(zhì)測(cè)繪；三維定位基準(zhǔn)

一、CORS

CORS是建立在GPS的基礎(chǔ)上的，GPS系統(tǒng)雖然能夠獲取某個(gè)地質(zhì)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，但是卻受到高程系統(tǒng)的限制，而以GPS為基礎(chǔ)的連續(xù)運(yùn)行參考站即CORS卻能彌補(bǔ)它的不足，它不僅可以獲取地質(zhì)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，還能對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，誤差建模、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)估計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)模糊度、數(shù)據(jù)通訊等等是CORS最主要的的技術(shù)。

（一）優(yōu)勢(shì)

CORS的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在它具有很高的精度，而且在測(cè)繪的時(shí)候能夠分布均勻，它所得到的測(cè)量成果都比常規(guī)作業(yè)下所得到的成果具有更高的精確度、更均勻。連續(xù)運(yùn)行的CORS系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)的、常規(guī)的測(cè)量控制網(wǎng)，國(guó)家以及區(qū)域的基本控制網(wǎng)都可以使用CORS的基本功能，可以為測(cè)繪提供長(zhǎng)久的、動(dòng)態(tài)的基準(zhǔn)點(diǎn)。CORS在地心坐標(biāo)基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上上可以對(duì)傳統(tǒng)的參心系統(tǒng)進(jìn)行取代，CORS的作用很廣泛，它不僅可以監(jiān)測(cè)地質(zhì)中的斷層現(xiàn)象、以及火山，還可以預(yù)測(cè)地震的發(fā)生，總之它可以滿足任何物理與環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求，在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，還能實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)信息傳遞給各種類型的定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，它的便捷性可以讓用戶利用通訊手段，連接到合適的服務(wù)器，從而快速地下載數(shù)據(jù)，同時(shí)幫助用戶計(jì)算點(diǎn)位信息。在對(duì)地震或者是橋梁等進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，GPS參考站網(wǎng)的建立是有效的選擇，即使受到了災(zāi)害的損害，但是利用CORS就能及時(shí)地恢復(fù)測(cè)繪基準(zhǔn)。

（二）布設(shè)內(nèi)容

在CORS布設(shè)的時(shí)候，主要涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容，即均勻性和疏密度。均勻性即CORS基準(zhǔn)站布設(shè)的空間均勻性，均勻性與CORS的精確度有著直接的聯(lián)系，通過(guò)CORS的均勻布設(shè)可以提高測(cè)繪的精度，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)，即使地形條件十分復(fù)雜，地勢(shì)起伏很大，但是在CORS均勻性的支持下，還是能夠提高對(duì)流層濕分量?jī)?nèi)插的精度。疏密度指的是CORS基準(zhǔn)站的數(shù)目，從根本上來(lái)說(shuō)就是單位面積中的CORS站。當(dāng)CORS基準(zhǔn)站之間的間距越大，那么CORS站所控制的范圍就會(huì)越大，在一樣的成本下，實(shí)現(xiàn)的NRTK的效率就會(huì)更高，然而空間誤差相關(guān)性就會(huì)降低，直接影響了內(nèi)插的精度，從高變低，并且會(huì)加長(zhǎng)NRTK的初始化時(shí)間，更嚴(yán)重可能導(dǎo)致其無(wú)法初始化，從而導(dǎo)致其可用性降低。

二、應(yīng)用案例

以某水文地質(zhì)勘測(cè)項(xiàng)目為例，它需要對(duì)水文地質(zhì)進(jìn)行控制測(cè)量、地形圖測(cè)繪、以及地質(zhì)點(diǎn)測(cè)量，所測(cè)區(qū)域地形簡(jiǎn)單、且地勢(shì)平坦，交通也比較方便，但是通視條件比較差。為了完成這個(gè)項(xiàng)目，需要布設(shè)6個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)，測(cè)量鉆孔、水位觀測(cè)點(diǎn)等地質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)，還有高程89點(diǎn)，地形圖測(cè)繪10.8KM2，比例尺為1：1000。由于項(xiàng)目周邊很多的高等級(jí)控制點(diǎn)遭到了破壞和沉降，所以就采用了CORS靜態(tài)測(cè)量方法，將接收機(jī)架設(shè)在了所有的未知點(diǎn)上，在具體解算的時(shí)候，起點(diǎn)是CORS基準(zhǔn)站。在實(shí)際的測(cè)量中，因?yàn)镃ORS基準(zhǔn)站與測(cè)區(qū)的距離比較長(zhǎng)，所以在為了保證精度的目的下，就要適當(dāng)?shù)卦黾屿o態(tài)測(cè)量的時(shí)間，測(cè)量時(shí)間應(yīng)該大于90分鐘。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，三維無(wú)約束平差、基線向量解算，以及約束平差的精度都符合相關(guān)規(guī)范要求。在進(jìn)行水文地質(zhì)勘測(cè)的過(guò)程中，測(cè)量鉆孔、河流水位、水文孔的坐標(biāo)與高程是很必要的。一方面，在保證RTK觀測(cè)要求的基礎(chǔ)上，CORS-RTK可以達(dá)到地質(zhì)點(diǎn)的平面精度要求；另一方面，不滿足觀測(cè)要求的時(shí)候，可以利用延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間、靜態(tài)測(cè)量的方法，在周邊設(shè)置控制點(diǎn)，并利用較為傳統(tǒng)的測(cè)量方法對(duì)地質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，從而獲得其平面坐標(biāo)。供水水文地質(zhì)勘測(cè)的地質(zhì)點(diǎn)高程對(duì)精度的要求，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平面坐標(biāo)，它要求排泄區(qū)域的高程誤差小于等于4厘米，補(bǔ)給區(qū)的低于20厘米，而徑流區(qū)的要低于8厘米，不同的區(qū)域有不同的精度要求，在必要的質(zhì)量控制措施的幫助下，就可以滿足上述要求，在對(duì)其高程進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每個(gè)水文地質(zhì)測(cè)點(diǎn)都要進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)定，次數(shù)都為2次，而且兩次的誤差不能超過(guò)5厘米，一旦超過(guò)這個(gè)誤差就要重新測(cè)量，最護(hù)取兩次結(jié)果的平均值。CORS與全站儀結(jié)合起來(lái)的測(cè)量方法，不僅具有很大的靈活性，還可以提高測(cè)量的效率，節(jié)省時(shí)間。

三、三維定位基準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)與不足

三維定位基準(zhǔn)具有三大優(yōu)點(diǎn)：①三維定位基準(zhǔn)幫助實(shí)際測(cè)量實(shí)現(xiàn)了平面高程一體化作業(yè)的目標(biāo)，給其帶來(lái)了極大的便利，在三維定位基準(zhǔn)的幫助下，可以對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地測(cè)量，它可以將高精度的GPS大地高變成正常高，從而促進(jìn)了測(cè)量平面與高程的一體化。②使用三維定位基準(zhǔn)進(jìn)行水文地質(zhì)勘察，可以極大地節(jié)省費(fèi)用，并且能夠充分發(fā)揮儀器的作用，提高其利用率。CORS的建立減少了儀器的架設(shè)，在測(cè)量的時(shí)候，不用架設(shè)基準(zhǔn)站就可以利用單人機(jī)進(jìn)行測(cè)量。③在三維定位基準(zhǔn)的幫助下，可以獲得更加穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，因此所取得的測(cè)繪成果也具有穩(wěn)定性和可靠性，提高了勘測(cè)的精度。當(dāng)然三維定位基準(zhǔn)在實(shí)際運(yùn)用中也有不足之處，使用其進(jìn)行控制測(cè)量的時(shí)候與常規(guī)的儀器一樣，首先要復(fù)核起算基準(zhǔn)點(diǎn)的精度，高等級(jí)的控制點(diǎn)是其起算點(diǎn)，而且對(duì)起算基準(zhǔn)點(diǎn)以及觀測(cè)點(diǎn)之間的位置分布有很高的要求，特別是在利用起進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)時(shí)，它的精度必須要經(jīng)過(guò)3到5個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)的連測(cè)，以及復(fù)核，從而才能確?；鶞?zhǔn)站坐標(biāo)各個(gè)方位的一致性的精度，在接收信號(hào)的過(guò)程中，難免受到電離層以及對(duì)流層的干擾，從而使數(shù)據(jù)出現(xiàn)一些偏差；RTK電池的耗電量很大，只有多個(gè)大容量電池的支撐才能持續(xù)作業(yè)，由此可見(jiàn)，三維定位基準(zhǔn)雖有多種優(yōu)點(diǎn)，但是也難免有所缺點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

三維定位基準(zhǔn)相對(duì)于傳統(tǒng)的RTK，具有很多優(yōu)勢(shì)，它可以促進(jìn)勘測(cè)平面高程一體化作業(yè)，在很大程度上降低了費(fèi)用，不僅如此，還提高了勘測(cè)成果的精度，給水文地質(zhì)勘測(cè)工作帶來(lái)了極大的便利，節(jié)省了勘測(cè)工作的時(shí)間，同時(shí)有效地提高了勘測(cè)工作的效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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