HBCORS系統(tǒng)在城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

沈 銘，趙新建，劉家闊，呂 玲

(1.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北武漢 430034;2.湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，湖北荊州 434100)

HBCORS系統(tǒng)在城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

沈 銘1，趙新建2，劉家闊1，呂 玲1

(1.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北武漢 430034;2.湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，湖北荊州 434100)

以武漢市某區(qū)域城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查為例，闡述HBCORS系統(tǒng)測量較傳統(tǒng)方法具有便捷高效、低成本的特點，可廣泛推廣使用。

環(huán)境地質(zhì)調(diào)查;HBCORS;測量

0 引言

環(huán)境地質(zhì)調(diào)查通過對一定調(diào)查區(qū)域內(nèi)水文、氣象、地層及巖性資料收集分析、測量，確定地質(zhì)體的特征、穩(wěn)定狀態(tài)和發(fā)展趨勢，為劃分環(huán)境地質(zhì)分區(qū)，論證地質(zhì)災害發(fā)生的危險性提供依據(jù)。在此過程中，地質(zhì)災害調(diào)查是城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的重要組成部分，災害體的大小、位置、高程，一定深度內(nèi)各巖體埋深等相關(guān)資料，對于地質(zhì)災害的穩(wěn)定性定量分析尤為重要，所以測繪技術(shù)人員快速、高效提供符合調(diào)查精度要求的測量成果，對于快速準確完成地質(zhì)災害調(diào)查項目有著重要的意義。本文以HBCORS在武漢市黃陂區(qū)城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的地質(zhì)災害調(diào)查中的應(yīng)用為例，闡述了HBCORS相對于傳統(tǒng)測量手段在調(diào)查中的優(yōu)勢。

1 地質(zhì)災害調(diào)查對測量工作的要求

地質(zhì)災害調(diào)查對測量工作的要求主要體現(xiàn)在三個方面:一是圖件，分為野外地質(zhì)調(diào)查用圖和室內(nèi)編繪用圖，現(xiàn)在野外地質(zhì)調(diào)查用圖一般采用1∶1萬地形圖，在局部重要地質(zhì)災害點測繪1∶500或更大比例尺地形圖，室內(nèi)編繪用圖依據(jù)調(diào)查比例尺而定;二是野外調(diào)查點平面位置和高程數(shù)據(jù)采集，對于一般調(diào)查點由地質(zhì)調(diào)查人員采用手持GPS等數(shù)據(jù)采集儀進行，對于重要調(diào)查點、涉及定性定量分析因子點和長期保存監(jiān)測點要采用精度較高儀器測量;三是野外資料室內(nèi)上圖及建庫，這項工作中涉及不同坐標系間轉(zhuǎn)換、室內(nèi)資料整飾、圖件編制等。在地質(zhì)災害調(diào)查過程中，第一、二項工作對于測量技術(shù)人員野外工作能力要求高，也是測量技術(shù)工作質(zhì)量控制重點。地質(zhì)災害調(diào)查面積大，給予測量人員的時間一般只有調(diào)查時間的1/10，根據(jù)地調(diào)局的地質(zhì)調(diào)查預算標準，野外測繪費用僅占調(diào)查費用的1/300，所以要求測量人員要盡可能采用新技術(shù)新方法，做到高效、快捷，低成本。

2 HBCORS系統(tǒng)的原理及優(yōu)勢

2.1 Cors系統(tǒng)簡介

Cors是利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)(Continuous Operational Reference System)［1］，是衛(wèi)星定位技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。由基準站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五部分組成(圖1)［2］，目前在中國大中城市都建立了自己的Cors系統(tǒng)，如BJ-cors，SZcors等。

2.2 HBCORS簡介及優(yōu)勢

HBCORS是由湖北省區(qū)域范圍內(nèi)，均勻的設(shè)置80個永久性的可以連續(xù)運行的GPS參考站形成的一個參考站網(wǎng)，相鄰基站距離70 km以內(nèi)的占85%以上，2010年12月建成并投入試運行。其建立了各種的網(wǎng)絡(luò)誤差模型，各個參考站之間按照設(shè)定的采樣率進行連續(xù)觀測，利用通訊數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將適時的觀測數(shù)據(jù)輸送給系統(tǒng)的控制中心;然后由系統(tǒng)控制中心對各個站的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量分析、處理和解算，通過估算得出網(wǎng)內(nèi)各種系統(tǒng)出現(xiàn)的誤差，從而獲得本區(qū)域內(nèi)的誤差改正模型，向社會提供精確定位、實時定位和移動目標導航等空間位置信息。這是實現(xiàn)現(xiàn)代化、大眾化、集約化、高質(zhì)量的地球空間信息服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。用戶只需要一臺并入了HBCORS的GNSS接收機就可以從事數(shù)據(jù)采集工作，從而在事后或者實時得到可靠的定位結(jié)果(見圖2)。

圖1 Cors系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of Cors system

大多數(shù)工程應(yīng)用領(lǐng)域，利用HBCORS測量較傳統(tǒng)測量方法或GPS測量，有更多的優(yōu)勢，在地質(zhì)災害調(diào)查中尤其顯得重要。HBCORS采用的是連續(xù)基站，在測量時便于觀測，使用方便，可以有效地提高工作效率，加快測繪速度，降低勞動強度和成本(節(jié)省30%費用);數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)比較完善，通過消除或者削弱各種系統(tǒng)誤差的方式，可以獲得高精度的定位結(jié)果;并可提供遠程互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，使數(shù)據(jù)可以共享。

3 HBCORS系統(tǒng)在地質(zhì)災害調(diào)查中的實例應(yīng)用

武漢城市圈調(diào)查項目主要目的是查明武漢城市圈地質(zhì)環(huán)境條件和主要環(huán)境地質(zhì)問題，進行地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價與區(qū)劃，提出環(huán)境地質(zhì)問題防治對策建議，為國土主體功能區(qū)劃、城市規(guī)劃與建設(shè)等提供基礎(chǔ)依據(jù)。在重點區(qū)域四維地質(zhì)填圖試點的基礎(chǔ)上，逐步建立地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)和動態(tài)評價平臺。2011年調(diào)查區(qū)域為黃陂區(qū)，調(diào)查面積22.6 km2。

3.1 測量工作的內(nèi)容及精度要求

在本項目中，測量工作量主要有1∶500地形測量10處計2 km2，1∶1萬地形圖修測16幅計35處2.1 km2，物探剖面測量26.6 km，工程點施測及定測76點。地形圖測量及修測按照測量規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)精度執(zhí)行。物探剖面按1∶1萬精度，剖面點測量及工程點平面及高程精度不超過中誤差5 cm。本項目組核定測量工作時間為20 d。

3.2 HBCORS在地形圖測量中的應(yīng)用

圖2 HBCORS點位分布圖Fig.2 Distribution map of HBCORS point position

根據(jù)項目組的統(tǒng)一安排，本項目中的1∶500地形圖測量與1∶1萬地形圖修測同時進行，為了不影響項目組野外調(diào)查用圖，采用邊測量邊提供半成品圖給野外地質(zhì)調(diào)查技術(shù)人員臨時踏勘選點使用，測量野外工作結(jié)束后統(tǒng)一提供正式圖件的方法。本次測量配備天寶R8 GPS接收機4臺，徠卡全站儀一臺，技術(shù)人員10名，筆記本電腦5臺，工作車兩輛，野外工作時間核定15 d。

3.2.1 建筑物測量

通過踏勘，測量工作區(qū)域內(nèi)僅有少量房屋建筑，集中分布，建筑區(qū)內(nèi)衛(wèi)星信號接收不穩(wěn)定，擬采用全站儀測量組進行測量。因建筑區(qū)域附近沒有高等級的控制點，為了節(jié)約時間，決定直接利用HBCORS系統(tǒng)進行圖根點測量，采用R8 GPS接收機在建筑物外圍采集6～8個至少三方向通視、利于全站儀架站觀測、均勻分布于建筑四周的點作為圖根控制點。到達選好圖根點后，GPS接收機開機預熱初始化，信號正常后3～4臺GPS接收機同時觀測，每次觀測5 min，每1 min采集一次數(shù)據(jù)，5次數(shù)據(jù)中誤差＜3 cm取其平均值作為該點圖根控制成果。在圖根控制點上架設(shè)全站儀，利用2個以上通視圖根點定向檢核，符合規(guī)范后進行建筑物測量，現(xiàn)場繪制草圖。

3.2.2 其它地形地物測量

測區(qū)內(nèi)在中午12:00－14:00時間段內(nèi)GPS信號較差，不易固定，其它時間段衛(wèi)星信號接收良好，利于RTK作業(yè)。在良好作業(yè)時間段內(nèi)，4臺GPS接收機分為四個組，每組負責一個區(qū)域的地形測量工作，每臺GPS接收機的采樣時間5 s，每點采樣3次，現(xiàn)場繪制草圖地形。

3.3 HBCORS在剖面及工程點點位測量中的應(yīng)用

根據(jù)HBCORS的特點，平面位置中誤差容許達到5 cm，但是在離HBCORS站網(wǎng)較遠的區(qū)域或網(wǎng)形結(jié)構(gòu)差的地方，點中誤差特別是高程誤差能否達到5 cm，HBCORS技術(shù)人員沒有給予肯定的答復，為此，項目組在工作范圍內(nèi)圖形較弱區(qū)域布設(shè)了兩條四等水準線路，利用高等級點聯(lián)測了部分物探點和工程點，通過對比，確定了采用HBCORS系統(tǒng)進行測量的工作方法:工程點和物探線的起始端點每個點觀測時間3 min，每一分鐘采集三次數(shù)據(jù)，九次數(shù)據(jù)中誤差＜5 cm時取其平均值作為該點有效成果，物探線上其它點利用兩個端點的成果采用GPS導航測量完成，每點觀測時間2 min，每分鐘采集數(shù)據(jù)兩次，四次數(shù)據(jù)中誤差＜5 cm取平均值作為最終成果。

3.4 應(yīng)用效果分析

利用HBCORS進行的黃陂區(qū)地質(zhì)災害調(diào)查測量，利用水準測量和GPS架設(shè)基準站定位測量，檢測平面位置和高程精度，檢測點均勻分布于檢測區(qū)，檢測結(jié)果見表1。

表1 黃陂區(qū)城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查項目成果檢查表Table 1 Checklist of geological survey of the urban environment

通過檢查可知，所有檢查點的誤差都符合項目設(shè)計要求，檢查點的點位中誤差一般在3 cm左右，僅個別點最大誤差5 cm。利用HBCORS系統(tǒng)進行測量完全可以滿足地質(zhì)災害調(diào)查項目的要求。利用HBCORS系統(tǒng)，有以下優(yōu)勢:

(1)成果精度能夠保障。HBCORS系統(tǒng)實現(xiàn)了對湖北省的全覆蓋，除了邊緣地帶和少數(shù)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)較差區(qū)域，基本上能夠保證5 cm的精度，采用一定的方法后，精度可以達到圖根等級的精度，能夠直接用于1∶500大比例尺測圖，并且精度分布均勻。

(2)節(jié)約時間。按照傳統(tǒng)測量方法，5個組同時開展工作，在15 d內(nèi)無法完成2 km21∶500地形圖測量和物探剖面測量。根據(jù)以往測量經(jīng)驗，完成黃陂區(qū)地質(zhì)災害調(diào)查的測量工作，最優(yōu)的工作時間需要30 d以上，采用HBCORS系統(tǒng)能夠單兵作業(yè)，不受視線通視條件影響，節(jié)約控制測量時間，較傳統(tǒng)測量方法可以大大節(jié)約時間。

(3)節(jié)省成本。根據(jù)本次黃陂區(qū)測量最后決算，測量工作直接野外費用5萬元，計入技術(shù)費用、人員工資、設(shè)備折舊后最終測量費用為15萬元，定額預算費用45萬元。如果采用傳統(tǒng)的測量方法，直接野外費用需要8萬元，最終測量費用約需要25萬元左右，定額預算費用79萬元。

4 結(jié)論

HBCORS測量有很多優(yōu)點，作為先進的測量方法，較之傳統(tǒng)的測量方法具有工作便捷、精度高、節(jié)約成本等優(yōu)勢，特別是在中國北斗系統(tǒng)全面覆蓋啟用后，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、北斗(Compass)相互結(jié)合使用，將使工作效率與精度得到較大的提高，在城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查以及其他領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］ 黃建學.江蘇省CORS系統(tǒng)中RTK測量技術(shù)研究［J］.科技創(chuàng)新導報，2011(2):6－8.

［2］ 徐聲馨.GPSCORS技術(shù)在城市控制測量及地形測量中應(yīng)用方法研究［J］.科技資訊，2011(3):61－62.

(責任編輯:陳文寶)

The Application of HBCORS System in Geological Survey of the Urban Environment

SHEN Ming1，ZHAO Xinjiang2，LIU Jiakuo1，LV Ling1

(1.Hubei Geological Environment Station，Wuhan，Hubei430034;2.Hubei Institute of Hydrogeologic and Engineering Sunveying，Jingzhou，Hubei434100)

Geological survey of the urban environment is public welfare project.The main feature is a large area ofinvestigation，high precision and fast measurement results.Through the rational use of HBCORS system，the author can provide measurement results of geological hazard survey data，reduce the cost of measurement.

environment geological survey;HBCORS;application

P228

B

1671－1211(2013)06－0812－04

2013－07－15;改回日期:2013－07－19

沈銘 (1970－)，男，高級工程師，測繪工程專業(yè)，從事測量工作。E－mail:shengming1988@163.com