SDCORS在濟西水源地水文地質調查中的應用

魏善明，袁國霞，裴樹霞,張民

(1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014；2.山東省地質測繪院，山東 濟南 250013；3.山東省物化探勘查院,山東 濟南 250013)

高程和坐標測量是水文地質調查中一項不可或缺的基礎性工作,居民井、泉、水文孔和地質孔等觀測點均需施測,用以繪制調查范圍內的等水位線圖,從而了解該區域內地下水的走向、補給區域、徑流范圍及地下水與地表水的關系等[1]。水文地質調查中的高程測量精度要求較高,一直以來,采用傳統的高程測量方法——水準測量，此方法運用起來費時、費力,工作效率低。近年來，伴隨著全球定位系統(GPS)技術的迅速發展,GPS-RTK(Real Time Kinematic)技術也日趨成熟，極大的提高了測繪成果的精確度、效率和實用性。但RTK也具有其自身的使用缺陷：因為作業模式是單基站，所以需要每次單獨架設基準站，而且測量的精度和穩定性與作業半徑成反比，隨著半徑的擴大，精度和穩定性都會變小，具有一定的局限性[2]。為了克服GPS-RTK技術上的缺陷，一種全天候、覆蓋面廣、精度高、動態、實時定位的衛星導航系統——連續運行參考站系統(CORS)陸續在各地建立。

1 SDCORS簡介

CORS(Continuously Operating Reference Station System，簡稱CORS)是指在一個城市、地區或國家范圍內，依照一定間距建立若干個連續運行的衛星永久參考站，通過通信網絡實時將每個站觀測的數據傳送到數據中心，數據中心運行專業GNSS參考站網數據處理軟件，對各個參考站進行遠程監控管理，從而完成數據采集、備份、處理及分析，最后通過CDMA，Internet網和GPRS等通訊方式向各行各業用戶提供基礎空間信息服務[3]。

山東連續運行參考站系統(Shan Dong Continuously Operating Reference Station System，簡稱SDCORS)由山東省氣象局和山東省國土資源廳共同開發建設[4]。此系統由山東省國土資源廳主要負責，山東省國土測繪院具體組織實施，采用“共建共享”的方式，通過納入行業和地市過去已經建好的CORS系統，從而在山東省境內實現定位服務；系統由參考站網子系統、系統控制中心子系統、數據通信子系統、用戶服務子系統4個子系統組成，各子系統通過計算機網絡連接，形成省、市系統數據共享、互相配合運行的多中心有機整體。

CORS的出現徹底改變了傳統RTK測量的作業方式，其主要優勢體現在：①不需要單獨架設、看守基準站，流動站可實現一人一機作業；②把作業范圍的有效半徑擴大了，同時消除了通常情況下RTK測量隨著作業距離的增大精度減弱的缺點，在網絡覆蓋范圍內可以達到均勻的精度；③將過去的“1+1”模式變成為現在的2臺RTK，儀器使用率達到百分百；④配備有完善的數據監控系統，可以有效地消除系統誤差和周跳，增強差分作業的可靠性。

2 工程實例

濟西水源地位于濟南市長清區歸德鎮，水文地質調查工作范圍南起區域地表分水嶺，北到長清城區北部，東以馬山斷裂為界，西部大致以黃山巖脈和牛角店斷層為界。南北長約36km，東西寬約33km，面積約1188km2。共布設居民井、河流、水文孔、地質孔等觀測點149個，研究區地處泰山山脈的西北麓，北跨黃河是魯北平原的一部分，為魯中山區與魯北平原的結合部。地形、地貌的基本格局受地質構造的控制，縱向上東南高、西北低。由低山丘陵區過渡到山前傾斜平原和黃河沖積平原；橫向上山體走向為SW―NE，黃河流向與山體走向近于平行。工作區交通比較便利，黃河以南有京福高速、濟菏高速、G220、S104，黃河以北有濟邯高速、G309及通往齊河、東阿的省道，各村鎮間皆有柏油公路相連。

2.1 項目精度要求

根據項目要求，水源地排泄區域的高程中誤差需要滿足≤4cm,徑流區域需要滿足≤8cm,補給區域需要滿足≤20cm[5]。為繪制準確的等水位線圖,還需要對地質孔、水文孔等觀測點進行坐標測量,以對精度要求最高的鉆孔為例[6],其在圖上平面位置中誤差為0.15mm,按水文調查最大比例尺1∶1萬,轉換為實地1.5m，所以該項目平面坐標精度≤1.5m即可。

2.2 工作流程

2.2.1 接入SDCORS

該項目選用天寶R8GNSS GPS-RTK雙頻接收機。其作業流程如下：TSC2運行的軟件為Trimble Survey Controller，點[配置]-[測量形式],如圖1所示:

圖1 設置測量形式

在測量形式中一欄中出現默認的4種測量形式，點擊RTK, 流動站選項里面測量類型為RTK；播發格式選擇VRS(RTCM)；點存儲為矢量；截止高度角5°～15°；PDOP限制默認是6.0。如圖2所示:

圖2 設置測量類型

選擇撥號簡表中的三角箭頭按鈕，從撥號簡表界面選擇要用的網絡，點接受即可。建好撥號簡表后選擇接受，進行連接VRS測量。

2.2.2 收集基準點

平面控制基準點：利用了B級GPS點1個，C級GPS點5個，分別為B1546，P544，P570，P573，P601，C084成果的平面坐標系為1980西安坐標系，中央子午線1170。

高程控制基準點：利用了Ⅱ等水準點5個，分別為B1546，P544，P570，P573，P601，C084；成果的高程為1985國家高程基準。

以上資料經主管部門組織驗收，點位保存完好可以作為該次高程點測量的首級高程控制資料使用。

2.2.3 觀測井高程、坐標采集

天寶R8GNSS GPS-RTK雙頻接收機高程測量需要至少4個基準點校正，且4個點不能位于一條直線上，該次測量使用了6個基準點，經過校正后平面精度≤2cm，高程精度≤3cm,滿足該項目相關要求。在移動站主機鎖定衛星信號后，連接SDCORS控制中心，實時點位信息便顯示在手簿上，待解類型收斂為固定解時，即可依次采集測區內各觀測井的高程和坐標。在用SDCORS RTK 進行測量時需注意的問題：①為保證測量結果的可靠性和精度，要求參與接收的衛星數保持5顆或5顆以上，且PDOP小于6時，才能夠進行點位的采集；②移動站高級選項里差分電文格式需要設置為RTCM3，數據鏈方式為內部GPRS，發送GGA數據；③在初始化后觀測多次，直到數據穩定后結束測量。

2.3 精度檢核

為了確保CORS測量的準確性,在測量過程中,注意測量精度的檢核,每天測量前,先將流動站架設在已知高程點上進行檢核。為復檢所測高程的準確，從測區內選取6個觀測井進行水準測量檢核(表1)。

表1 水準結果和CORS結果對比

式中:Mh—高程中誤差，mm；n—檢查點個數；△h—CORS測量高程與直接水準高程的較差。

通過表1數據對比，可以看出CORS測量高程精度是符合要求的。

為驗證CORS平面坐標測量精度，對測區范圍內的B，C級GPS點進行測量；與已知坐標進行對比均小于3cm，滿足測量技術設計要求(表2)。

表2 已知點坐標和CORS結果對比

3 CORS測量影響因素

外業測量中，CORS受外界影響因素較多，如：電離層延遲、載波相位整周模糊解算、太陽黑子爆發、大氣傳播延遲、多路徑效應、潮汐、高壓電線、用戶時鐘誤差、外圍建筑物、無線電等都會對測量產生較大的影響，因此需要對儀器加強保養維護，避免在天氣惡劣、衛星星歷誤差高等情況下進行測量，通過多余觀測來縮小誤差[7]。

由于CORS測量具有操作簡便、精度高、成本低、覆蓋率高等的特點，廣泛應用于各項測量工作中，但是由于受外界因素影響較大，因此在利用CORS測量時應根據相應的規范、規程、技術要求，并且嚴格控制好外界條件，根據測區的具體情況，在滿足規范、項目精度要求的前提下，充分利用CORS來提高測量效率。

參考文獻：

[1] 張書華.RTK在供水水文地質勘察測量中的應用[J].山東國土資源，2007，23(3)：11-13.

[2] 豐勇，郭義.GPS連續運行參考站系統(CORS)原理及應用[J].內蒙古科技大學學報,2010,(29):298-301.

[3] 蘇艷紅，劉沙.單基站CORS系統在勝利油區石油天然氣井位測量中的應用[J].山東國土資源,2011,27(5):31-33.

[4] 山東省國土測繪院衛星數據中心.山東省衛星定位連續綜合應用服務系統(SDCORS)移動站接入用戶指南[S].2010.

[5] 胡照普.供水水文地質調查高程測量精度分析[J].地質測繪,1989,(4)：43-48.

[6] 地質礦產勘查測量規范(GB/T18341-2001)[S].北京：中國標準出版社，2001.

[7] 段永亮.CORS高程技術在工程測量中的應用[J].山西水利，2011，(9)：46-47.