“AHCORS”在國家地下水監(jiān)測工程建設(shè)中的應(yīng)用研究

儲修林

（安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院，安徽合肥 230022）

0 前言

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）相關(guān)技術(shù)發(fā)展越來越成熟，在大地測量、工程測量、自然資源調(diào)查與監(jiān)測等各個測繪領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，尤其是在平面位置和高程測定中的應(yīng)用，利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的CORS系統(tǒng)已成為當(dāng)前GNSS技術(shù)應(yīng)用的熱點之一。本文通過介紹國家地下水監(jiān)測工程（安徽省部分）地下水監(jiān)測站點土建工程（以下簡稱“地下水監(jiān)測站點工程”）中測量項目實施情況，闡述了利用“安徽省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)”（以下簡稱“AHCORS”）解決常規(guī)方法無法實現(xiàn)高精度測量要求的應(yīng)用研究。

1 “AHCORS”簡介

AHCORS是集成了GNSS、移動通訊、計算機網(wǎng)絡(luò)、軟件工程等技術(shù)的省級連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括63個基準(zhǔn)站，1個控制中心、2個數(shù)據(jù)中心和高可靠數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，在安徽省建立了與國家CGCS2000坐標(biāo)系相一致的大地基準(zhǔn)。其通過“安徽省現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)研究和建設(shè)”形成的高精度省級似大地水準(zhǔn)面，建成了實時、動態(tài)、地心、高精度的現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅向測繪用戶提供統(tǒng)一的、動態(tài)的、連續(xù)的、高精度的時間和空間基準(zhǔn)，還可以向安徽省全境范圍內(nèi)的不同類型、不同需求、不同層次的用戶實時提供厘米級、亞米級和事后毫米級的定位服務(wù)。是“數(shù)字江淮”的基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是安徽省一項重要的地理空間框架和平臺。

2 項目概況

“地下水監(jiān)測站點工程”由國家發(fā)展改革委員會批準(zhǔn)建設(shè)，中央財政投資，項目業(yè)主為中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院。安徽省在16個省轄市域內(nèi)共建設(shè)370個地下水監(jiān)測站點（以下簡稱“監(jiān)測站點”），要求對所有“監(jiān)測站點”進行D級GPS觀測精度的平面坐標(biāo)測量、四等水準(zhǔn)觀測精度的高程測量以及水準(zhǔn)點建設(shè)，以實現(xiàn)全省“監(jiān)測站點”具有統(tǒng)一基準(zhǔn)的高精度坐標(biāo)和高程，為今后持續(xù)、不間斷監(jiān)測提供測量基準(zhǔn)。

3 項目技術(shù)路線與實施

3.1 平面坐標(biāo)測量技術(shù)方法

根據(jù)設(shè)計的建設(shè)監(jiān)測井分布來看，大部分監(jiān)測井都是成井群建設(shè)，井孔與井孔之間距離較短（幾米到幾十米不等），GPS區(qū)域布網(wǎng)聯(lián)測可行性不高，而且根據(jù)C級及以上GPS已知點普查情況分析，無法實現(xiàn)每處井孔聯(lián)測3個C級GPS及以上控制點。根據(jù)全省地下水監(jiān)測站點實際建設(shè)分布情況以及GPS測量觀測條件，本項目坐標(biāo)測量采用兩種方法。一是對無法采用GPS觀測的少部分坐落于居民房屋邊或稠密的樹林中的監(jiān)測站點，先采用GPS測量在監(jiān)測站附近且與其通視的地方測定一組相互通視的D級GPS點（一般在幾米內(nèi)）作為起算點，然后采用一級支導(dǎo)線方法測定監(jiān)測站點坐標(biāo)。

另外，對滿足GPS觀測條件的監(jiān)測站點，采用雙頻GNSS接收機，按D級GPS精度進行觀測，單點靜態(tài)定位獨立觀測時間不少于60min，然后所有GPS原始觀測數(shù)據(jù)由“AHCORS運維中心”按D級GPS精度控制網(wǎng)進行組網(wǎng)并解算。AHCORS運維中心根據(jù)每個點的點位分布及觀測時間和時間段，選取一定數(shù)量的“AHCORS”24h連續(xù)運行站點組成同步觀測網(wǎng)，利用TEQC軟件分析原始GPS觀測數(shù)據(jù)，通過對結(jié)果的分析來判斷外業(yè)觀測是否滿足規(guī)范要求，最后采用GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件進行基線解算，約束平差解算出坐標(biāo)成果，測定監(jiān)測站點坐標(biāo)。

3.2 D級GPS測量布設(shè)及施測

地下水監(jiān)測站點D級GPS測量對388個地下水監(jiān)測站點、水準(zhǔn)點和過渡點按D級GPS精度進行野外觀測，單點靜態(tài)定位獨立觀測時間不少于60min，然后在內(nèi)業(yè)通過“AHCORS”鄰近基準(zhǔn)站點和野外觀測點共同形成GPS同步觀測條件，從而組成同步觀測GPS網(wǎng)進行同步解算。

利用TEQC軟件對監(jiān)測站點的GPS網(wǎng)原始觀測數(shù)據(jù)從以下三個方面進行分析:

（1）觀測數(shù)據(jù)是否符合規(guī)范要求；

（2）統(tǒng)計各監(jiān)測站點完好觀測值比例；

（3）數(shù)據(jù)多路徑。

分析結(jié)果：本項目所有點位觀測的平均時段為1.9h，采樣間隔為15s，數(shù)據(jù)完好觀測值比例均大于85%，平均值為95%。根據(jù)TEQC的計算成果，監(jiān)測站點觀測數(shù)據(jù)的MP1和MP2均小于0.5m，平均值（偽距平滑前）分別為0.24m、0.23m，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測合格。

解算中，由于監(jiān)測點分布于全省各地，點位較為分散，多數(shù)采用了單點解算的模式進行。對于每個監(jiān)測站點，根據(jù)其坐落位置，在其周圍一定范圍內(nèi)選取4～5個以上的AHCORS連續(xù)運行基準(zhǔn)站，組成同步觀測GPS網(wǎng)進行同步解算，如圖1所示。

圖1 同步觀測組網(wǎng)示意圖Figure 1．Schematic diagram of synchronous observation network

本項目解算基線形成同步環(huán)2488個，最長基線為79740.4952m，最短基線為3001.1153m。形成的三角形同步環(huán)2146個，同步環(huán)閉合差最大值1.18×10-6。基線解算結(jié)果的中誤差如圖2所示。由圖可知，監(jiān)測站網(wǎng)基線解算的中誤差在南北分量（N）最大中誤差為0.3cm；東西分量（E）最大中誤差為0.35cm；高程分量（U）上的中誤差普遍小于0.5cm，最大為0.82cm。

圖2 基線中誤差分布圖Figure 2．Distribution of mean square errors of baselines

CGCS2000基準(zhǔn)下的三維約束平差，是以部分已知基準(zhǔn)站的坐標(biāo)為基準(zhǔn)進行三維約束平差，獲得監(jiān)測站點和剩余基準(zhǔn)站CGCS2000基準(zhǔn)下的坐標(biāo)，并對監(jiān)測站點位精度和邊長比例誤差進行統(tǒng)計分析,精度統(tǒng)計結(jié)果見表1、表2。

表1 最弱點位精度統(tǒng)計結(jié)果Table 1.Statistics of the weakest spot precisions

表2 最弱邊長比例誤差統(tǒng)計Table 2.Statistics of the weakest side length ratio errors

本工程中所有監(jiān)測站點經(jīng)三維約束平差，解算得到的點位中誤差最大值為4.99cm，最小值為0.18cm，邊長比例誤差最大為1/50000，點位精度高，各項精度指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

3.3 高程測量

根據(jù)全省地下水監(jiān)測站點位置、水準(zhǔn)點布設(shè)地點以及三等以上國家水準(zhǔn)點分布情況，本項目地下水監(jiān)測站點和水準(zhǔn)點的高程測量采用兩種方法。

一是對于水準(zhǔn)點25km范圍內(nèi)有三等及以上水準(zhǔn)點的情況采用四等水準(zhǔn)觀測方法測定高程。二是對于25km范圍內(nèi)無三等及以上水準(zhǔn)點的地下水監(jiān)測站點和水準(zhǔn)點，進行D級GPS觀測，然后利用安徽省似大地水準(zhǔn)面精化成果，用區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化方法求得其GNSS擬合高程，共測定了103個監(jiān)測站點和96個水準(zhǔn)點高程。

4 利用“AHCORS”解算的成果精度分析

4.1 GNSS似大地水準(zhǔn)面精化擬合高程

我們對GPS觀測的129個監(jiān)測站點數(shù)據(jù)，通過AHCORS運維中心利用24小時連續(xù)運行站點進行數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)處理，進行GNSS似大地水準(zhǔn)面精化后的擬合高程與四等水準(zhǔn)聯(lián)測后計算得到的水準(zhǔn)高程數(shù)據(jù)進行對比，統(tǒng)計情況見表3。

表3 GNSS擬合高程與四等水準(zhǔn)高程較差統(tǒng)計Table 3.Statistics of differences between GNSS fitting elevations and fourth-grade leveling elevations

由表3可知，在無法進行高等級水準(zhǔn)測量的困難情況下，利用CORS網(wǎng)采用GNSS似大地水準(zhǔn)面精化后的擬合高程完全能夠達到四等水準(zhǔn)精度，滿足項目對點位高程精度的要求。

4.2 平面精度統(tǒng)計分析

對監(jiān)測站點進行D級GPS精度觀測，通過AHCORS運維中心利用24小時連續(xù)運行站點進行數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)處理，所有網(wǎng)基線解算的中誤差在南北分量（N）最大中誤差為0.3cm；東西分量（E）最大中誤差為0.35cm；高程分量（U）上的中誤差普遍小于0.5cm，最大為0.82cm。約束平差后，點位中誤差最大值為4.99cm，點位中誤差最小值為0.18cm；邊長比例誤差最大值為1/50000，GPS測量的各項精度指標(biāo)達到了D級GPS精度規(guī)范要求。

對所有點位進行三維約束平差時，以部分已知基準(zhǔn)站的坐標(biāo)為約束條件進行三維約束平差，其余87個基準(zhǔn)站按未知點參與平差，獲得與監(jiān)測站點同精度的施測坐標(biāo)，與其已知坐標(biāo)值進行對比，得到D級GPS觀測成果精度，統(tǒng)計最大和最小較差見表4。

表4 基準(zhǔn)站平差坐標(biāo)與已知坐標(biāo)差值表Table 4.Differences between adjustment coordinates of reference station and known coordinates

通過基準(zhǔn)站平差坐標(biāo)與已知坐標(biāo)值進行對比，驗證了利用AHCORS系統(tǒng)實現(xiàn)高精度平面定位成果的可靠性。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合實例，介紹了利用AHCORS系統(tǒng)和區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化成果，野外單點觀測，測定國家高等級精度要求的監(jiān)測點的實施方法，闡述了具體技術(shù)路線、解算程序和成果精度分析與驗證。為解決地質(zhì)勘查等有關(guān)工程中，類似高精度要求的施測點點位分布范圍大、點位分散、不同地點的點位相距很遠、相同地點的不同點位相距太近（幾米），以及常規(guī)水準(zhǔn)聯(lián)測無法實施等難題，提供了可靠、可行、可參考的解決方案。