魏善明，袁國(guó)霞，裴樹霞,張民

(1.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地質(zhì)測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250013；3.山東省物化探勘查院,山東 濟(jì)南 250013)

高程和坐標(biāo)測(cè)量是水文地質(zhì)調(diào)查中一項(xiàng)不可或缺的基礎(chǔ)性工作,居民井、泉、水文孔和地質(zhì)孔等觀測(cè)點(diǎn)均需施測(cè),用以繪制調(diào)查范圍內(nèi)的等水位線圖,從而了解該區(qū)域內(nèi)地下水的走向、補(bǔ)給區(qū)域、徑流范圍及地下水與地表水的關(guān)系等[1]。水文地質(zhì)調(diào)查中的高程測(cè)量精度要求較高,一直以來,采用傳統(tǒng)的高程測(cè)量方法——水準(zhǔn)測(cè)量，此方法運(yùn)用起來費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,工作效率低。近年來，伴隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的迅速發(fā)展,GPS-RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)也日趨成熟，極大的提高了測(cè)繪成果的精確度、效率和實(shí)用性。但RTK也具有其自身的使用缺陷：因?yàn)樽鳂I(yè)模式是單基站，所以需要每次單獨(dú)架設(shè)基準(zhǔn)站，而且測(cè)量的精度和穩(wěn)定性與作業(yè)半徑成反比，隨著半徑的擴(kuò)大，精度和穩(wěn)定性都會(huì)變小，具有一定的局限性[2]。為了克服GPS-RTK技術(shù)上的缺陷，一種全天候、覆蓋面廣、精度高、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)定位的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS)陸續(xù)在各地建立。

1 SDCORS簡(jiǎn)介

CORS(Continuously Operating Reference Station System，簡(jiǎn)稱CORS)是指在一個(gè)城市、地區(qū)或國(guó)家范圍內(nèi)，依照一定間距建立若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行的衛(wèi)星永久參考站，通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將每個(gè)站觀測(cè)的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心運(yùn)行專業(yè)GNSS參考站網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)各個(gè)參考站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，從而完成數(shù)據(jù)采集、備份、處理及分析，最后通過CDMA，Internet網(wǎng)和GPRS等通訊方式向各行各業(yè)用戶提供基礎(chǔ)空間信息服務(wù)[3]。

山東連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(Shan Dong Continuously Operating Reference Station System，簡(jiǎn)稱SDCORS)由山東省氣象局和山東省國(guó)土資源廳共同開發(fā)建設(shè)[4]。此系統(tǒng)由山東省國(guó)土資源廳主要負(fù)責(zé)，山東省國(guó)土測(cè)繪院具體組織實(shí)施，采用“共建共享”的方式，通過納入行業(yè)和地市過去已經(jīng)建好的CORS系統(tǒng)，從而在山東省境內(nèi)實(shí)現(xiàn)定位服務(wù)；系統(tǒng)由參考站網(wǎng)子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制中心子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、用戶服務(wù)子系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，形成省、市系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、互相配合運(yùn)行的多中心有機(jī)整體。

CORS的出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)RTK測(cè)量的作業(yè)方式，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：①不需要單獨(dú)架設(shè)、看守基準(zhǔn)站，流動(dòng)站可實(shí)現(xiàn)一人一機(jī)作業(yè)；②把作業(yè)范圍的有效半徑擴(kuò)大了，同時(shí)消除了通常情況下RTK測(cè)量隨著作業(yè)距離的增大精度減弱的缺點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)可以達(dá)到均勻的精度；③將過去的“1+1”模式變成為現(xiàn)在的2臺(tái)RTK，儀器使用率達(dá)到百分百；④配備有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強(qiáng)差分作業(yè)的可靠性。

2 工程實(shí)例

濟(jì)西水源地位于濟(jì)南市長(zhǎng)清區(qū)歸德鎮(zhèn)，水文地質(zhì)調(diào)查工作范圍南起區(qū)域地表分水嶺，北到長(zhǎng)清城區(qū)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(zhǎng)約36km，東西寬約33km，面積約1188km2。共布設(shè)居民井、河流、水文孔、地質(zhì)孔等觀測(cè)點(diǎn)149個(gè)，研究區(qū)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(qū)與魯北平原的結(jié)合部。地形、地貌的基本格局受地質(zhì)構(gòu)造的控制，縱向上東南高、西北低。由低山丘陵區(qū)過渡到山前傾斜平原和黃河沖積平原；橫向上山體走向?yàn)镾W―NE，黃河流向與山體走向近于平行。工作區(qū)交通比較便利，黃河以南有京福高速、濟(jì)菏高速、G220、S104，黃河以北有濟(jì)邯高速、G309及通往齊河、東阿的省道，各村鎮(zhèn)間皆有柏油公路相連。

2.1 項(xiàng)目精度要求

根據(jù)項(xiàng)目要求，水源地排泄區(qū)域的高程中誤差需要滿足≤4cm,徑流區(qū)域需要滿足≤8cm,補(bǔ)給區(qū)域需要滿足≤20cm[5]。為繪制準(zhǔn)確的等水位線圖,還需要對(duì)地質(zhì)孔、水文孔等觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量,以對(duì)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(diào)查最大比例尺1∶1萬,轉(zhuǎn)換為實(shí)地1.5m，所以該項(xiàng)目平面坐標(biāo)精度≤1.5m即可。

2.2 工作流程

2.2.1 接入SDCORS

該項(xiàng)目選用天寶R8GNSS GPS-RTK雙頻接收機(jī)。其作業(yè)流程如下：TSC2運(yùn)行的軟件為Trimble Survey Controller，點(diǎn)[配置]-[測(cè)量形式],如圖1所示:

圖1 設(shè)置測(cè)量形式

在測(cè)量形式中一欄中出現(xiàn)默認(rèn)的4種測(cè)量形式，點(diǎn)擊RTK, 流動(dòng)站選項(xiàng)里面測(cè)量類型為RTK；播發(fā)格式選擇VRS(RTCM)；點(diǎn)存儲(chǔ)為矢量；截止高度角5°～15°；PDOP限制默認(rèn)是6.0。如圖2所示:

圖2 設(shè)置測(cè)量類型

選擇撥號(hào)簡(jiǎn)表中的三角箭頭按鈕，從撥號(hào)簡(jiǎn)表界面選擇要用的網(wǎng)絡(luò)，點(diǎn)接受即可。建好撥號(hào)簡(jiǎn)表后選擇接受，進(jìn)行連接VRS測(cè)量。

2.2.2 收集基準(zhǔn)點(diǎn)

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

高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)：利用了Ⅱ等水準(zhǔn)點(diǎn)5個(gè)，分別為B1546，P544，P570，P573，P601，C084；成果的高程為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

以上資料經(jīng)主管部門組織驗(yàn)收，點(diǎn)位保存完好可以作為該次高程點(diǎn)測(cè)量的首級(jí)高程控制資料使用。

2.2.3 觀測(cè)井高程、坐標(biāo)采集

天寶R8GNSS GPS-RTK雙頻接收機(jī)高程測(cè)量需要至少4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)校正，且4個(gè)點(diǎn)不能位于一條直線上，該次測(cè)量使用了6個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，經(jīng)過校正后平面精度≤2cm，高程精度≤3cm,滿足該項(xiàng)目相關(guān)要求。在移動(dòng)站主機(jī)鎖定衛(wèi)星信號(hào)后，連接SDCORS控制中心，實(shí)時(shí)點(diǎn)位信息便顯示在手簿上，待解類型收斂為固定解時(shí)，即可依次采集測(cè)區(qū)內(nèi)各觀測(cè)井的高程和坐標(biāo)。在用SDCORS RTK 進(jìn)行測(cè)量時(shí)需注意的問題：①為保證測(cè)量結(jié)果的可靠性和精度，要求參與接收的衛(wèi)星數(shù)保持5顆或5顆以上，且PDOP小于6時(shí)，才能夠進(jìn)行點(diǎn)位的采集；②移動(dòng)站高級(jí)選項(xiàng)里差分電文格式需要設(shè)置為RTCM3，數(shù)據(jù)鏈方式為內(nèi)部GPRS，發(fā)送GGA數(shù)據(jù)；③在初始化后觀測(cè)多次，直到數(shù)據(jù)穩(wěn)定后結(jié)束測(cè)量。

2.3 精度檢核

為了確保CORS測(cè)量的準(zhǔn)確性,在測(cè)量過程中,注意測(cè)量精度的檢核,每天測(cè)量前,先將流動(dòng)站架設(shè)在已知高程點(diǎn)上進(jìn)行檢核。為復(fù)檢所測(cè)高程的準(zhǔn)確，從測(cè)區(qū)內(nèi)選取6個(gè)觀測(cè)井進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量檢核(表1)。

表1 水準(zhǔn)結(jié)果和CORS結(jié)果對(duì)比

式中:Mh—高程中誤差，mm；n—檢查點(diǎn)個(gè)數(shù)；△h—CORS測(cè)量高程與直接水準(zhǔn)高程的較差。

通過表1數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出CORS測(cè)量高程精度是符合要求的。

為驗(yàn)證CORS平面坐標(biāo)測(cè)量精度，對(duì)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的B，C級(jí)GPS點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；與已知坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比均小于3cm，滿足測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)要求(表2)。

表2 已知點(diǎn)坐標(biāo)和CORS結(jié)果對(duì)比

3 CORS測(cè)量影響因素

外業(yè)測(cè)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(fā)、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)、潮汐、高壓電線、用戶時(shí)鐘誤差、外圍建筑物、無線電等都會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生較大的影響，因此需要對(duì)儀器加強(qiáng)保養(yǎng)維護(hù)，避免在天氣惡劣、衛(wèi)星星歷誤差高等情況下進(jìn)行測(cè)量，通過多余觀測(cè)來縮小誤差[7]。

由于CORS測(cè)量具有操作簡(jiǎn)便、精度高、成本低、覆蓋率高等的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)測(cè)量工作中，但是由于受外界因素影響較大，因此在利用CORS測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程、技術(shù)要求，并且嚴(yán)格控制好外界條件，根據(jù)測(cè)區(qū)的具體情況，在滿足規(guī)范、項(xiàng)目精度要求的前提下，充分利用CORS來提高測(cè)量效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張書華.RTK在供水水文地質(zhì)勘察測(cè)量中的應(yīng)用[J].山東國(guó)土資源，2007，23(3)：11-13.

[2] 豐勇，郭義.GPS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS)原理及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,(29):298-301.

[3] 蘇艷紅，劉沙.單基站CORS系統(tǒng)在勝利油區(qū)石油天然氣井位測(cè)量中的應(yīng)用[J].山東國(guó)土資源,2011,27(5):31-33.

[4] 山東省國(guó)土測(cè)繪院衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心.山東省衛(wèi)星定位連續(xù)綜合應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)(SDCORS)移動(dòng)站接入用戶指南[S].2010.

[5] 胡照普.供水水文地質(zhì)調(diào)查高程測(cè)量精度分析[J].地質(zhì)測(cè)繪,1989,(4)：43-48.

[6] 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范(GB/T18341-2001)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

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