黑龍江CORS系統(tǒng)在生物質(zhì)電廠測量中的應(yīng)用

張永賀，邢廣銳，徐廷鵬

(中國能源建設(shè)集團 黑龍江省電力設(shè)計院有限公司，哈爾濱 150000)

0 引言

隨著近年來全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，高精度的區(qū)域連續(xù)運行參考站(continuously operating reference stations，CORS)在我國各省市建立起來，對傳統(tǒng)基于全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)的實時動態(tài)差分法(real-time kinematic，RTK)定位作業(yè)產(chǎn)生了極大的變革，黑龍江省CORS( Heilongjiang CORS，HLJCORS)建立的時間相對較晚，是我省經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)性工程，HLJCORS系統(tǒng)的成功運行惠及全省的基礎(chǔ)公益性測量工程[1]。HLJCORS系統(tǒng)正式開始上線應(yīng)用在2016年6月，HLJCORS系統(tǒng)的運行在數(shù)字測圖、建筑施工放樣、車載導(dǎo)航等方面得到廣泛的應(yīng)用。本論文結(jié)合實際工程，以CORS系統(tǒng)在生物質(zhì)電廠勘察測量中的應(yīng)用為例，對HLJCORS系統(tǒng)在生物質(zhì)能電廠勘察測量中的應(yīng)用精度進行探討分析。

1 項目工程簡介

生物質(zhì)發(fā)電主要是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能量進行的發(fā)電，生物質(zhì)發(fā)電是可再生能源發(fā)電的一種，主要包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物經(jīng)過氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋轉(zhuǎn)化氣發(fā)電、沼氣發(fā)電[2]。生物質(zhì)能發(fā)電項目是我國大力扶持和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，在東北地區(qū)利用秸稈燃燒發(fā)電，能夠有效解決農(nóng)民秸稈露天焚燒帶來的霧霾，進而有效地保護環(huán)境。在我國具有廣闊的市場前景。

生物質(zhì)電廠地形圖測量過程中需要耗費大量的人力物力，不僅需要聯(lián)測高等級國家控制點還需要進行水準(zhǔn)點聯(lián)測，傳統(tǒng)的測量方法不僅效率低，也受到諸多條件的限制。

本工程即黑龍江華電雙城30 MW生物質(zhì)能項目工程位于黑龍江省哈爾濱市雙城區(qū)希勤滿族鄉(xiāng)，根據(jù)項目的相關(guān)要求，需要實測廠址區(qū)域地形圖比例尺為1∶1 000；廠區(qū)周圍現(xiàn)有道路的定位坐標(biāo)及其控制點高程，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)；原有建(構(gòu))筑物定位坐標(biāo)(軸線)及室內(nèi)零米；原有地上、地下設(shè)施及隱蔽構(gòu)筑物定位坐標(biāo)、尺寸、高程。

2 HLJCORS介紹

本工程采用HLJCORS，HLJCORS由基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)中心子系統(tǒng)以及用戶子系統(tǒng)四大核心功能組成。黑龍江全省面積為47.3萬km2，HLJCORS總計有122個基準(zhǔn)站點分布，其中巖層觀測墩13座，土層觀測墩104座，樓頂觀測墩5座。本工程距離雙城基準(zhǔn)站的距離15 km。HLJCORS采用Trimble NetR9和Pivot作為核心軟硬件，2016年7月HLJCORS系統(tǒng)建成并成功試運行。該系統(tǒng)在歷時98 d的測試過程中，針對HLJCORS系統(tǒng)的主要功能以及系統(tǒng)性能2大項總計9個分項都進行了大量的實驗數(shù)據(jù)測試。經(jīng)測試，HLJCORS系統(tǒng)各項指標(biāo)均達到設(shè)計要求。

HLJCORS系統(tǒng)通過對基準(zhǔn)站接收并傳輸過來的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量分析和評價，對多個基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進行整理，形成統(tǒng)一的差分修正數(shù)據(jù)，對事后的精密定位數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并提供一定形式的網(wǎng)上服務(wù)。

HLJCORS系統(tǒng)能夠達到平面測量精度優(yōu)于2 cm，高程測量精度優(yōu)于5 cm。本工程平面采用中國國家大地坐標(biāo)系(China geodetic coordinate system 2000，CGCS2000)3°帶坐標(biāo)，利用HLJCORS系統(tǒng)進行平面控制點數(shù)據(jù)采集。在RTK平面控制點測量過程中，采用三腳架架設(shè)流動站保證流動站對中、整平。在對所有控制點進行觀測過程中，保證每次觀測歷元個數(shù)均大于20個，流動站的衛(wèi)星采樣間隔為2 s，對不同平面控制點每次測量的平面坐標(biāo)較差均小于4 cm[3-5]。同時保證RTK測量過程中衛(wèi)星高度截止角度為15°以上的衛(wèi)星個數(shù)大于6個，保證位置精度衰減因子(position dilution of precision，PDOP)值小于4[6-8]。保證所有平面控制點測量數(shù)據(jù)中經(jīng)度和緯度的數(shù)值都精確記錄到0.000 01″，所有平面控制點的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)采集精確至0.001 m，RTK的天線高度量取精確到0.001 m[9-10]。

3 平面控制測量精度分析

3.1 控制點布設(shè)

通過對測區(qū)內(nèi)埋設(shè)控制點進行數(shù)據(jù)采集，在測區(qū)現(xiàn)場及周圍共埋設(shè)混凝土樁4個，規(guī)格為0.5 m×0.5 m×2.5 m，分別為I01、I02、I04、I05。設(shè)置臨時過渡控制點1個，編號為I03。對上述通過RTK測量的平面控制點坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行實地檢核。

3.2 控制點精度分析

使用Topcon 332N全站儀對采用HLJCORS系統(tǒng)采集的所有控制點數(shù)據(jù)進行邊長檢查。該全站儀的最小讀數(shù)為0.2 mm，測角精度為1″，該全站儀精度滿足《火力發(fā)電廠工程測量規(guī)程》[11-12](DL5001-2004)平面控制測量的4.1.1～4.1.9條款中相關(guān)指標(biāo)要求，通過全站儀對平面控制點與點之間邊長進行檢核，對測量結(jié)果進行數(shù)據(jù)比對分析，如表1所示。

表1 平面控制點精度對比 m

工程中平面控制點I4-I5之間由于不具備通視條件，所以沒能校核該2個平面控制點間距離，針對精度分析結(jié)果結(jié)合本工程實際情況及可行性研究階段根據(jù)測量結(jié)果分析，上述平面控制點資料精度滿足設(shè)計要求。

3.3 高程控制測量精度分析

工程高程采用1985國家高程基準(zhǔn)，該高程基準(zhǔn)主要采用HLJCORS似大地水準(zhǔn)面精化成果數(shù)據(jù)。根據(jù)黑龍江省2′2′格網(wǎng)似大地水準(zhǔn)面成果和相應(yīng)的計算軟件是由武漢大學(xué)測繪學(xué)院于2017年完成的，現(xiàn)勢性較好[13]。隨著時間的推移，受地表沉降等因素影響，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)水準(zhǔn)測量精度可能降低。因此工程采用組合法，將GPS水準(zhǔn)確定的高精度但分辨率低的幾何大地水準(zhǔn)面成果作為控制基準(zhǔn)，將重力學(xué)方法確定的高分辨率但精度低的重力大地水準(zhǔn)面與之進行擬合，最終達到精化局部大地水準(zhǔn)面的目的。

通過廠區(qū)內(nèi)5個控制點的1985國家高程數(shù)據(jù)，并結(jié)合收集到的似大地水準(zhǔn)面精化區(qū)域的重力資料和數(shù)字高程模型資料，按格網(wǎng)平均重力異常計算要求對數(shù)據(jù)整理計算。采用地形均衡重力歸算法來計算重力異常值，采用移去—恢復(fù)技術(shù)計算重力似大地水準(zhǔn)面。最終采用融合技術(shù)消除或削弱高程異?？刂泣c與對應(yīng)的重力似大地水準(zhǔn)面的不符值。對上述數(shù)據(jù)進行校核檢查，重新在廠區(qū)內(nèi)測設(shè)四等水準(zhǔn)路線，并針對兩組高程數(shù)據(jù)進行對比分析[14]。

3.4 四等水準(zhǔn)測量及精度分析

使用中緯ZDL700數(shù)字水準(zhǔn)儀，儀器標(biāo)稱精度為往返測中誤差0.3 mm/km。本工程水準(zhǔn)測量采用閉合方式進行，從I02點沿布設(shè)的平面控制點進行測量，然后閉合到I02上，中間無間點。高程控制網(wǎng)標(biāo)石埋設(shè)及規(guī)格數(shù)量與平面控制網(wǎng)一致，點位與平面控制網(wǎng)點位重合。按照《國家三四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB12898—2009)中相關(guān)規(guī)定具體要求進行施測，水準(zhǔn)網(wǎng)平差使用Nasew智能圖文網(wǎng)平差軟件，按照段水準(zhǔn)方式對四等水準(zhǔn)網(wǎng)進行平差計算。

水準(zhǔn)網(wǎng)精度情況分析：在電廠測量周圍布設(shè)四等水準(zhǔn)網(wǎng)的水準(zhǔn)路線長度為1.6 km。四等水準(zhǔn)網(wǎng)I02-I03-I04-A01-I02高程觀測值中誤差為0.64 mm，閉合差為-0.008 0 m，單位權(quán)中誤差為0.000 641 m，直接高程誤差為0.000 641 m，路線長度之和為1 555.600 m，高程網(wǎng)中最弱點為I4，高程中誤差為0.000 398 m，高程網(wǎng)中最弱相鄰點為I5-I1，相對高程中誤差為0.000 386 m。通過對比HLJCORS系統(tǒng)計算出的上述控制點高程數(shù)據(jù)與四等導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)進行精度對比分析表2所示。

表2 水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)與HLJCORS數(shù)據(jù)對比 m

4 結(jié)束語

通過結(jié)合實際工程，利用HLJCORS系統(tǒng)采集的平面控制點坐標(biāo)數(shù)據(jù)能夠滿足整個生物質(zhì)電廠廠區(qū)地形圖測量工作，并且對平面控制點精度進行精度分析，成果數(shù)據(jù)完全滿足《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范》(CH/T2009-2010)的要求。經(jīng)過似大地水準(zhǔn)面精化獲取的控制點高程精度滿足規(guī)程要求。通過對廠區(qū)控制點進行四等水準(zhǔn)路線測量，CORS系統(tǒng)高程控制點數(shù)據(jù)的精度滿足相關(guān)規(guī)程要求。經(jīng)過工程實踐，HLJCORS系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)精度滿足相關(guān)工程地形圖測量和控制點布設(shè)精度要求。采用HLJCORS系統(tǒng)能夠節(jié)省人工成本，提高外業(yè)測量工作效率，HLJCORS未來將會滿足日益增長的測繪基準(zhǔn)與高精度動態(tài)定位服務(wù)需求，并在地理國情監(jiān)測、土地承包經(jīng)營權(quán)、地名普查、林業(yè)普查等重大項目中發(fā)揮重大作用，為黑龍江省經(jīng)濟建設(shè)與發(fā)展提供更加有力的測繪保障。