SDCORS系統(tǒng)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用和精度分析

趙希軍+趙瑩瑩

摘 要：測(cè)繪科學(xué)是研究測(cè)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(lèi)了解自然、認(rèn)識(shí)自然和改造自然提供可靠的信息保障。測(cè)繪工作一直是各種工程的先行兵，因而測(cè)繪工作的成敗，測(cè)繪成果的準(zhǔn)確性有著舉足輕重的作用。任何一項(xiàng)水利工程從立項(xiàng)到可行性研究再到初步設(shè)計(jì)直至最后的施工都離不開(kāi)測(cè)繪的支持。在水利工程中，測(cè)繪工作貫穿著建設(shè)的全過(guò)程，是水利水電建設(shè)的排頭兵，是施工過(guò)程中的重要技術(shù)支撐，也是水工建筑物安全運(yùn)營(yíng)的重要保障。

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

測(cè)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(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，在水利工程測(cè)量中的作用越來(lái)越突出。目前在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的連續(xù)運(yùn)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(yùn)行基準(zhǔn)站系統(tǒng)（CORS）可以定義為由一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站，利用計(jì)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(shí)時(shí)地向不同類(lèi)型、不同需求和不同層次的用戶(hù)提供經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類(lèi)型的GPS觀測(cè)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(xiàng)目的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比連續(xù)運(yùn)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(diǎn)。

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(hù)系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控中心通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專(zhuān)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(gè)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(chēng)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(diǎn)有：①覆蓋的范圍更為廣泛，適用于大范圍的測(cè)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(gè)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(qiáng)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(cè)設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理等3個(gè)階段，水利工程測(cè)量是為水利工程建設(shè)服務(wù)的。在水利勘測(cè)設(shè)計(jì)階段，需要在國(guó)家坐標(biāo)系下進(jìn)行基本控制測(cè)量、大（中）比例尺數(shù)字地形圖測(cè)繪、輸水線路或渠（堤）縱橫斷面測(cè)量等工作。較多的水利工程項(xiàng)目地處山區(qū)或較荒涼區(qū)域，距離國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)較遠(yuǎn)，而隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，原有國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)破壞嚴(yán)重，控制測(cè)量與國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)成為測(cè)繪人員工作的主要困難。目前，通過(guò)GPS 相對(duì)定位確定地面點(diǎn)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(guò)幾何水準(zhǔn)測(cè)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(cè)量雖然精度高，但聯(lián)測(cè)國(guó)家等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)困難且作業(yè)效率低，不能很好地滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)的進(jìn)度要求。SDCORS系統(tǒng)的建立基本解決了上述問(wèn)題。近兩年， 臨沂市采用SDCORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)起算，對(duì)湯河湯頭段、李公河干渠進(jìn)行河道地形圖、平邑縣蒙陽(yáng)峪及陳家莊水庫(kù)地形圖測(cè)繪、臨港區(qū)坪上鎮(zhèn)土地綜合整治項(xiàng)目橋梁、機(jī)井附近地形圖的測(cè)繪項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)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(cè)繪以及橫斷面圖測(cè)繪

湯河及李公河干渠位于湯頭鎮(zhèn)中，測(cè)繪全程為16公里。需測(cè)繪1：1000地形圖及橫斷面圖、揚(yáng)水站、橋梁1：500–1：200地形圖。測(cè)繪過(guò)程中，平面控制采用車(chē)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(gè)E級(jí)GPS 網(wǎng)作為測(cè)區(qū)的首級(jí)控制， 聯(lián)測(cè)隆沂莊東南、湯山2個(gè)國(guó)家C級(jí)GPS 點(diǎn);以附合四等水準(zhǔn)路線作為首級(jí)高程控制聯(lián)測(cè)國(guó)家三等水準(zhǔn)點(diǎn)2 個(gè)，四等水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)，等外水準(zhǔn)點(diǎn)8個(gè)。GPS 網(wǎng)觀測(cè)結(jié)束后，采用C、D 級(jí)點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行了平差計(jì)算， 同時(shí)采用SDCORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。

（二）平邑縣蒙陽(yáng)峪及陳家莊水庫(kù)地形圖測(cè)繪

蒙陽(yáng)峪及陳家莊水庫(kù)位于平邑縣柏林鎮(zhèn)，位于蒙山腳下。該項(xiàng)目1：1000地形圖測(cè)繪主要為蒙陽(yáng)峪旅游開(kāi)發(fā)及陳家莊水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用服務(wù)，測(cè)繪總面積為4平方公里。該測(cè)區(qū)聯(lián)測(cè)大夫?qū)幩畮?kù)、柏林、保太、劉家寨等4個(gè)C級(jí)點(diǎn)，萬(wàn)壽宮林場(chǎng)、三關(guān)廟等2個(gè)D級(jí)點(diǎn)，聯(lián)測(cè)了4個(gè)三等水準(zhǔn)點(diǎn)，2個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)。采用SDCORS系統(tǒng)布設(shè)測(cè)區(qū)的首級(jí)控制，及直接進(jìn)行碎步點(diǎn)測(cè)量，同時(shí)采用C、D級(jí)點(diǎn)對(duì)測(cè)區(qū)的首級(jí)控制進(jìn)行了平差結(jié)算，與SDCORS系統(tǒng)的測(cè)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(xiàng)目橋梁、機(jī)井附近地形圖的測(cè)繪項(xiàng)目

此次項(xiàng)目需測(cè)繪55個(gè)橋梁、41個(gè)機(jī)井橋址、井址地形圖，以作修建橋梁，機(jī)井勘測(cè)設(shè)計(jì)使用。該測(cè)區(qū)聯(lián)測(cè)了坪上麻峪子、坪上西諸眭、陳家老窩等3個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)，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(gè)E級(jí)GPS點(diǎn)，坪上1個(gè)C級(jí)點(diǎn)。聯(lián)測(cè)1個(gè)三等水準(zhǔn)點(diǎn)，10個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)，1個(gè)GPS擬合高程點(diǎn)。同時(shí)利用SDCORS對(duì)碎步點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，利用C、D級(jí)點(diǎn)對(duì)測(cè)區(qū)的首級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行了結(jié)算，與SDCORS系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析。

從以上3個(gè)項(xiàng)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(diǎn)平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)與國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)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(diǎn)位誤差△s 最小為±0.016 m、最大為±0.116 m。《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（SL 197–2013）規(guī)定“基本平面控制最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)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(duì)測(cè)區(qū)首級(jí)平面控制網(wǎng)進(jìn)行解算及進(jìn)行地形地物測(cè)量完全滿(mǎn)足一般水利水電工程測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)與采用國(guó)家等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)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(cè)量規(guī)范》（SL 197–2013）“基本高程控制最弱點(diǎn)高程允許中誤差為±h/20。當(dāng)h=0.5 m 時(shí)，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(yùn)行基準(zhǔn)站并結(jié)合大地水準(zhǔn)面精化計(jì)算的點(diǎn)位高程完全滿(mǎn)足水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的測(cè)量精度要求。

三、建議

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

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

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

四、結(jié)語(yǔ)

由于GPS定位技術(shù)的發(fā)展，特別是CORS系統(tǒng)的建立和運(yùn)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(shì)必將更大范圍的取代傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，同時(shí)將會(huì)大大降低勞動(dòng)強(qiáng)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(cè)設(shè)計(jì)階段的測(cè)繪工作帶入一個(gè)新的時(shí)代。

參考文獻(xiàn)：

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