SDCORS系統(tǒng)在水利工程測量中的應用和精度分析

趙希軍+趙瑩瑩

摘 要：測繪科學是研究測定、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，為人類了解自然、認識自然和改造自然提供可靠的信息保障。測繪工作一直是各種工程的先行兵，因而測繪工作的成敗，測繪成果的準確性有著舉足輕重的作用。任何一項水利工程從立項到可行性研究再到初步設計直至最后的施工都離不開測繪的支持。在水利工程中，測繪工作貫穿著建設的全過程，是水利水電建設的排頭兵，是施工過程中的重要技術支撐，也是水工建筑物安全運營的重要保障。

關鍵詞：SDCORS;測繪;信息網(wǎng)絡;監(jiān)控中心

測繪技術的飛速發(fā)展，尤其是GPS技術的發(fā)展和普及應用，以其得天獨厚的優(yōu)勢，在水利工程測量中的作用越來越突出。目前在GPS基礎上發(fā)展起來的連續(xù)運行基準站系統(tǒng)，即CORS（Continuous Operatinal Reference System）得到了廣泛的發(fā)展和應用。

一、CORS 系統(tǒng)概述

連續(xù)運行基準站系統(tǒng)（CORS）可以定義為由一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術組成的網(wǎng)絡。實時地向不同類型、不同需求和不同層次的用戶提供經(jīng)過經(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值（載波相位、偽距）、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關GPS服務項目的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比連續(xù)運行基準站系統(tǒng)具有作業(yè)范圍廣、精度高、野外單機作業(yè)等優(yōu)點。

CORS系統(tǒng)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)、用戶系統(tǒng)五個部分組成，各基準站與監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡。隨著通信技術的發(fā)展和GPS技術的發(fā)展，出現(xiàn)了采用參考站中的多個站進行聯(lián)合解算從而獲得高精度坐標，這種采用整體平差數(shù)據(jù)的作業(yè)方式稱為網(wǎng)絡RTK，網(wǎng)絡RTK是CORS系統(tǒng)的最基本應用。

網(wǎng)絡RTK的主要特點有：①覆蓋的范圍更為廣泛，適用于大范圍的測量和導航。②精度更高，單基站一般受距離的影響較大，而網(wǎng)絡RTK 利用擬合技術可以大幅度提高精度。③可靠性高，網(wǎng)絡RTK 利用幾個基站的差分數(shù)據(jù)進行結果處理，比單機站可靠性高得多。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RTK 則利用網(wǎng)絡通信技術使差分數(shù)據(jù)隨處可以接收到。⑤功能更強大。

二、CORS系統(tǒng)在水利工程中的應用及精度分析

水利工程建設分為勘測設計、施工建設和運營管理等3個階段，水利工程測量是為水利工程建設服務的。在水利勘測設計階段，需要在國家坐標系下進行基本控制測量、大（中）比例尺數(shù)字地形圖測繪、輸水線路或渠（堤）縱橫斷面測量等工作。較多的水利工程項目地處山區(qū)或較荒涼區(qū)域，距離國家等級控制點較遠，而隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，原有國家等級控制點破壞嚴重，控制測量與國家等級控制點聯(lián)測成為測繪人員工作的主要困難。目前，通過GPS 相對定位確定地面點的平面坐標技術已經(jīng)十分成熟，而正常高數(shù)據(jù)一般通過幾何水準測量的方法獲得，或采用GPS高程擬合方式獲得。傳統(tǒng)的幾何水準測量雖然精度高，但聯(lián)測國家等級水準點困難且作業(yè)效率低，不能很好地滿足工程設計的進度要求。SDCORS系統(tǒng)的建立基本解決了上述問題。近兩年， 臨沂市采用SDCORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)起算，對湯河湯頭段、李公河干渠進行河道地形圖、平邑縣蒙陽峪及陳家莊水庫地形圖測繪、臨港區(qū)坪上鎮(zhèn)土地綜合整治項目橋梁、機井附近地形圖的測繪項目等多個項目進行了比較。

（一）湯河（湯頭段）、李公河干渠（湯頭段）沿岸地形圖測繪以及橫斷面圖測繪

湯河及李公河干渠位于湯頭鎮(zhèn)中，測繪全程為16公里。需測繪1：1000地形圖及橫斷面圖、揚水站、橋梁1：500–1：200地形圖。測繪過程中，平面控制采用車莊、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E級GPS 網(wǎng)作為測區(qū)的首級控制， 聯(lián)測隆沂莊東南、湯山2個國家C級GPS 點;以附合四等水準路線作為首級高程控制聯(lián)測國家三等水準點2 個，四等水準點2個，等外水準點8個。GPS 網(wǎng)觀測結束后，采用C、D 級點為起算數(shù)據(jù)對控制網(wǎng)進行了平差計算， 同時采用SDCORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行解算。

（二）平邑縣蒙陽峪及陳家莊水庫地形圖測繪

蒙陽峪及陳家莊水庫位于平邑縣柏林鎮(zhèn)，位于蒙山腳下。該項目1：1000地形圖測繪主要為蒙陽峪旅游開發(fā)及陳家莊水庫開發(fā)利用服務，測繪總面積為4平方公里。該測區(qū)聯(lián)測大夫寧水庫、柏林、保太、劉家寨等4個C級點，萬壽宮林場、三關廟等2個D級點，聯(lián)測了4個三等水準點，2個四等水準點。采用SDCORS系統(tǒng)布設測區(qū)的首級控制，及直接進行碎步點測量，同時采用C、D級點對測區(qū)的首級控制進行了平差結算，與SDCORS系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進行比較。

（三）臨港區(qū)坪上鎮(zhèn)土地綜合整治項目橋梁、機井附近地形圖的測繪項目

此次項目需測繪55個橋梁、41個機井橋址、井址地形圖，以作修建橋梁，機井勘測設計使用。該測區(qū)聯(lián)測了坪上麻峪子、坪上西諸眭、陳家老窩等3個D級GPS點，朱蘆河西村東、朱蘆錦雞機械、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、團林北等8個E級GPS點，坪上1個C級點。聯(lián)測1個三等水準點，10個四等水準點，1個GPS擬合高程點。同時利用SDCORS對碎步點數(shù)據(jù)進行了采集，利用C、D級點對測區(qū)的首級控制點進行了結算，與SDCORS系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進行了比較分析。

從以上3個項目數(shù)據(jù)比較情況分析， 利用SDCORS 站數(shù)據(jù)進行解算得出的各點平面坐標數(shù)據(jù)與國家等級控制點進行平差的結果相比較， 縱坐標差值△x 最小為0.004 m、最大為0.082 m，平均差值為0.052 m;橫坐標差值△y 最小為0.001m、最大為0.089m，平均差值為0.032 m; 點位誤差△s 最小為±0.016 m、最大為±0.116 m。《水利水電工程測量規(guī)范》（SL 197–2013）規(guī)定“基本平面控制最弱相鄰點點位允許中誤差為±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)對測區(qū)首級平面控制網(wǎng)進行解算及進行地形地物測量完全滿足一般水利水電工程測量的精度要求。

從高程數(shù)據(jù)兩種解算情況看，四等高程 CORS系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)與采用國家等級水準點平差結果相比較， 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《水利水電工程測量規(guī)范》（SL 197–2013）“基本高程控制最弱點高程允許中誤差為±h/20。當h=0.5 m 時，允許中誤差為±h/16”的要求規(guī)定，采用全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行基準站并結合大地水準面精化計算的點位高程完全滿足水利水電工程勘測設計階段的測量精度要求。

三、建議

（一）利用CORS系統(tǒng)進行測量時，特別是進行控制測量時，必須確保GPS流動站天線高量取的準確性，并且盡量增加觀測時間和觀測歷元數(shù)，以便獲取較高質量的觀測數(shù)據(jù)。

（二）由于采用CORS系統(tǒng)解算的各點點位誤差是獨立的，不存在誤差積累問題，所以在測區(qū)距離CORS 站較遠時， 應適當選取一定比例的測段， 采用幾何水準的方法對CORS 解算的點位高程進行檢驗， 以避免儀器高量取不準確或錄入錯誤造成點位高程粗差的存在。

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

四、結語

由于GPS定位技術的發(fā)展，特別是CORS系統(tǒng)的建立和運用，在大地水準面精化區(qū)域不斷擴大、更加精確的基礎上，CORS系統(tǒng)勢必將更大范圍的取代傳統(tǒng)的測量技術，同時將會大大降低勞動強度和經(jīng)濟投入， 有效地提高工作效率，由此將水利工程勘測設計階段的測繪工作帶入一個新的時代。

參考文獻：

[1] 馬艷艷.全球定位系統(tǒng)（GPS）技術在水利工程中的應用[J].山東水利，2009（10）.

[2] 秦曉珂.AHCORS 系統(tǒng)在水利工程測量中的應用以及精度分析[J].安徽建筑，2014（4）.