山東省三維定位基準(zhǔn)在水文地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用

李本賢

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東兗州272100）

山東省三維定位基準(zhǔn)在水文地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用

李本賢*

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東兗州272100）

地質(zhì)測(cè)繪具有測(cè)區(qū)環(huán)境差、地質(zhì)點(diǎn)分散等特點(diǎn)，測(cè)量難度大。以某水文地質(zhì)勘察項(xiàng)目為例，介紹了山東省三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)在控制測(cè)量、地質(zhì)點(diǎn)測(cè)量、地形測(cè)量等工作中的應(yīng)用。山東省三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)可以極大地提高地質(zhì)測(cè)繪工作效率。

SDCORS；似大地水準(zhǔn)面；地質(zhì)測(cè)繪

供水水文地質(zhì)勘察時(shí)需要進(jìn)行項(xiàng)目區(qū)控制測(cè)量、水文地質(zhì)點(diǎn)測(cè)繪、地形圖測(cè)量等工作。由于項(xiàng)目區(qū)大部分比較偏遠(yuǎn)，測(cè)區(qū)環(huán)境差，傳統(tǒng)測(cè)量方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，施測(cè)困難。目前，國(guó)內(nèi)很多區(qū)域已經(jīng)建立了由CORS、似大地水準(zhǔn)面精化成果組成的三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)，可以充分利用高精度的大地高，實(shí)現(xiàn)了平面坐標(biāo)與高程成果的一體化作業(yè)，極大地方便了測(cè)繪工作。目前山東省已經(jīng)完成了三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)的建設(shè)工作，探討三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)在地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用，對(duì)于提高測(cè)量效率、保證測(cè)量精度，具有一定的意義。

1　山東省三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)簡(jiǎn)介

1.1SDCORS

SDCORS是重要的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)工程，可以向測(cè)繪用戶提供統(tǒng)一、動(dòng)態(tài)、連續(xù)、高精度的時(shí)間和空間基準(zhǔn)，還可以向社會(huì)各行業(yè)提供全方位的地理空間信息數(shù)據(jù)服務(wù)。SDCORS以“共建共享”的方式，納入濟(jì)南、淄博、日照、青島等地市級(jí)CORS及氣象、地震等已有行業(yè)站點(diǎn)，并新建部分站點(diǎn)，在全省范圍內(nèi)建立了101個(gè)GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站，構(gòu)成全省新一代網(wǎng)絡(luò)化的大地基準(zhǔn)和空間數(shù)據(jù)采集服務(wù)系統(tǒng)［1］。

根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)，SDCORS事后精密定位精度平面可以達(dá)到0.0013m，高程精度0.0055m；SDCORS實(shí)時(shí)定位外符合精度平面0.0188m、高程0.0363m，測(cè)試點(diǎn)外符合精度平面最差值為0.0456m、高程0.129m［1］。可以看出，SDCORS精度較高，目前已經(jīng)在控制測(cè)量、地籍測(cè)繪、工程測(cè)量等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2山東省似大地水準(zhǔn)面精化

山東省似大地水準(zhǔn)面精化工作是華東區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化工作的一部分，根據(jù)全省1551個(gè)A、B、C級(jí)GPS點(diǎn)數(shù)據(jù)及22309.8km的一、二、三等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)，結(jié)合高精度地形數(shù)據(jù)及360階次的EGM96、WDM94和IGG05B參考重力場(chǎng)模型，使用移去—恢復(fù)法完成了150000km2的精化工作。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，山東省似大地水準(zhǔn)面精度達(dá)到±3.0cm，外部檢核精度達(dá)到±3.4cm［2］。

2　應(yīng)用案例

2.1項(xiàng)目概況

某水文地質(zhì)勘察項(xiàng)目，需要進(jìn)行控制測(cè)量、地質(zhì)點(diǎn)測(cè)量及地形圖測(cè)繪等工作。測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，交通較方便，通視條件較差。該項(xiàng)目共需布設(shè)D級(jí)GPS點(diǎn)6個(gè)，測(cè)量鉆孔、水位觀測(cè)點(diǎn)等地質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)及高程89點(diǎn)，1∶1000地形圖測(cè)繪10.8km2。

2.2控制測(cè)量及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

經(jīng)實(shí)地探勘，項(xiàng)目區(qū)周邊已有高等級(jí)控制點(diǎn)已被破壞或存在沉降等問(wèn)題，無(wú)法使用，故采用基于SDCORS的靜態(tài)測(cè)量模式。直接將接收機(jī)全部架設(shè)在未知點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量。解算時(shí)，以SDCORS基準(zhǔn)站作為起算點(diǎn)進(jìn)行解算。選點(diǎn)、觀測(cè)、解算、成果整理時(shí)需嚴(yán)格執(zhí)行GB/T18314-2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》［3］。由于測(cè)區(qū)距離SDCORS基準(zhǔn)站距離較遠(yuǎn)，為了保證精度，應(yīng)適當(dāng)增加靜態(tài)測(cè)量時(shí)間，D級(jí)GPS點(diǎn)測(cè)量時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)于90min。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，基線向量結(jié)算、三維無(wú)約束平差、約束平差精度均滿足《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》的要求。

經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，我國(guó)2008年7月1日起啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000），并計(jì)劃用8～10年的時(shí)間完成現(xiàn)有坐標(biāo)系與CGCS2000的銜接。SDCORS基準(zhǔn)站同時(shí)具有1980西安坐標(biāo)系、CGCS2000坐標(biāo)，且連續(xù)運(yùn)行參考站不間斷觀測(cè)、點(diǎn)位穩(wěn)定、精度高，與之相對(duì)應(yīng)，測(cè)區(qū)D級(jí)GPS控制網(wǎng)也能得到2套成果。根據(jù)2套坐標(biāo)系成果，可以方便地求得1980西安坐標(biāo)系與CGCS2000的轉(zhuǎn)換參數(shù)，為下一步礦區(qū)1980西安坐標(biāo)系成果往CGCS2000轉(zhuǎn)換提供了方便。同時(shí)，可以根據(jù)測(cè)量得到的高精度大地高，使用山東省似大地水準(zhǔn)面成果內(nèi)插得到正常高，為測(cè)量提供方便。

2.3地質(zhì)點(diǎn)測(cè)繪

供水水文地質(zhì)勘察時(shí)，需要測(cè)量鉆孔、水文孔、河流水位等地質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)與高程。在滿足RTK觀測(cè)要求時(shí)，CORS-RTK可以滿足地質(zhì)點(diǎn)的平面精度要求；不能滿足觀測(cè)要求時(shí)，可以采用延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，快速靜態(tài)測(cè)量，在周邊測(cè)設(shè)控制點(diǎn)、使用傳統(tǒng)測(cè)量方法等措施獲得地質(zhì)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

相對(duì)于平面坐標(biāo)，供水水文地質(zhì)勘察地質(zhì)點(diǎn)高程精度要求較高，要求排泄區(qū)域的高程中誤差不大于4cm，徑流區(qū)域不大于8cm，補(bǔ)給區(qū)域不大于20cm［4］。根據(jù)已有資料，只要采取必要的質(zhì)量控制措施，RTK可以滿足供水水文地質(zhì)勘察地質(zhì)點(diǎn)高程精度要求［4-5］。高程測(cè)量時(shí)，每個(gè)水文地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)都獨(dú)立測(cè)定2次，2次觀測(cè)的高程較差應(yīng)小于5cm，否則應(yīng)重測(cè)，取2次測(cè)量成果平均值使用。數(shù)據(jù)處理時(shí)，參考山東省似大地水準(zhǔn)面精化成果，可以提高RTK高程的轉(zhuǎn)換精度。

與傳統(tǒng)測(cè)量方式相比，使用SDCORS-RTK測(cè)量水文地質(zhì)點(diǎn)的平面坐標(biāo)及高程效率明顯提高，且精度可以得到保證。

2.4大比例尺地形圖測(cè)繪

目前CORS在地形測(cè)量中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，一般采用CORS-RTK與全站儀相結(jié)合的方式進(jìn)行測(cè)量。首先根據(jù)測(cè)區(qū)已有控制點(diǎn)求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。對(duì)于能夠滿足RTK測(cè)量要求的區(qū)域，可以直接使用RTK進(jìn)行碎部點(diǎn)采集；無(wú)法滿足RTK測(cè)量要求時(shí)，在周邊布設(shè)圖根控制點(diǎn)，采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行測(cè)量。布設(shè)圖根控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)以點(diǎn)組的形式出現(xiàn)，使用RTK進(jìn)行圖根控制點(diǎn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)獨(dú)立觀測(cè)2次，平面較差小于2cm，高程較差小于5cm時(shí)取平均值使用。使用SDCORS結(jié)合全站儀進(jìn)行地形測(cè)量，作業(yè)方式靈活，效率高。

3　三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）真正實(shí)現(xiàn)了平面高程一體化作業(yè)。使用三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)測(cè)量，可是使用似大地水準(zhǔn)面成果將高精度的GPS大地高轉(zhuǎn)換為正常高，實(shí)現(xiàn)了平面、高程一體化作業(yè)。

（2）節(jié)約成本，提高儀器利用效率。以SDCORS基準(zhǔn)站作為起算點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量時(shí)，不需在起算點(diǎn)架設(shè)儀器；CORS-RTK測(cè)量時(shí)，無(wú)需架設(shè)基準(zhǔn)站，單人單機(jī)即可進(jìn)行CORS-RTK測(cè)量。

（3）成果質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。與傳統(tǒng)RTK相比，CORS接收來(lái)自經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)，更加穩(wěn)定可靠；同時(shí)似大地水準(zhǔn)面成果的應(yīng)用保證了高程精度。

4　結(jié)論

山東省三維動(dòng)態(tài)定位基準(zhǔn)的建立，為測(cè)繪工作提供了極大的方便。綜合使用SCORS、似大地水準(zhǔn)面精化成果，可以方便地完成水文地質(zhì)勘察項(xiàng)目區(qū)控制測(cè)量、水文地質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)及高程測(cè)量、地形圖測(cè)繪等工作，在保證精度的同時(shí)節(jié)省時(shí)間，提高了工作效率。

［1］張海平，高士民，周長(zhǎng)志，等.SDCORS系統(tǒng)測(cè)試與技術(shù)性能分析［J］.全球定位系統(tǒng)，2013，38（6）：61-65.

［2］張全德，郭春喜，王斌，等.華東、華中區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化［J］.地理信息世界，2007（5）：21-26.

［3］GB/T18314-2009全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范［S］.

［4］韓正，薄懷志，宋朝輝.基于RTK的水文地質(zhì)勘察測(cè)量研究［J］.全球定位系統(tǒng)，2009（2）：47-50.

［5］魏善明，袁國(guó)霞，魏升.SDCORS在高程測(cè)量中的應(yīng)用［J］.地理信息世界，2012，10（5）：26-28.

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B

1004-5716（2016）02-0183-02

2015-03-11

李本賢（1969-），男（漢族），山東嘉祥人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)測(cè)繪、工程測(cè)量、地籍測(cè)繪工作。