摘 要：利用CORS系統(tǒng)和免棱鏡全站儀相結(jié)合的測量方法在礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理中發(fā)揮了重要作用?，F(xiàn)代CORS系統(tǒng)的普及和應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)測量工作有了革命性的進步，大大提高了野外測量工作的效率和精度。本文介紹和討論了CORS系統(tǒng)原理和全站儀測量方法及它們的優(yōu)勢，詳述了這兩種測量技術(shù)相結(jié)合在生產(chǎn)實踐中的經(jīng)驗和技巧。

關(guān)鍵詞：CORS系統(tǒng)；全站儀；礦山地質(zhì)測量；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.073

隨著GNSS技術(shù)的快速發(fā)展進步和廣泛應(yīng)用普及，它在礦山地質(zhì)測量中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（簡稱CORS），它是由多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立，也成為GNSS在礦山地質(zhì)工作中的應(yīng)用研究熱點。CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等高新科技多方位、多要素、大深度結(jié)晶的產(chǎn)物。同時，全站儀測繪技術(shù)作為一種成熟的測量方法，在礦山地質(zhì)測量領(lǐng)域也有著不可替代的作用。本文主要通過生產(chǎn)實踐，把這兩種重要的測量技術(shù)相結(jié)合，為促進礦山地質(zhì)事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

1 CORS技術(shù)

1.1 CORS系統(tǒng)工作原理

CORS系統(tǒng)在一定區(qū)域內(nèi)布設(shè)若干個長時間連續(xù)運行的GNSS固定參考站，GNSS參考站通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實時的將觀測數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)控制中心，系統(tǒng)控制中心首先對各個參考站的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量分析和預(yù)處理，然后對特定時段內(nèi)所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一解算，實時估算出站網(wǎng)內(nèi)的各種系統(tǒng)誤差改正項（對流層、電離層、衛(wèi)星軌道誤差等）獲得本區(qū)域的誤差改正模型。然后向用戶實時發(fā)送GNSS改正數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)需要使用一臺或多臺GNSS接收機，便可實時或事后獲得高精度的可靠的定位結(jié)果。

1.2 CORS系統(tǒng)構(gòu)成

CORS系統(tǒng)由五部分組成：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)廣播系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)。每個基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接，形成一個專用網(wǎng)絡(luò)。

1.3 CORS系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

CORS系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用使外業(yè)測繪工作發(fā)生了一項革命性的進步，與以往傳統(tǒng)RTK測量作業(yè)方式相比較，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：（1） 使得某一地區(qū)有了一個可靠的測量基準(zhǔn)框架，繼而從很大程度上解決了部分行業(yè)部門之間坐標(biāo)系統(tǒng)的不一致問題；（2）可提供不同精度要求的數(shù)據(jù)，滿足各類用戶的不同需求；（3）大大的擴展GNSS的有效服務(wù)范圍；（4）采用連續(xù)運行基準(zhǔn)站，用戶可全天候野外作業(yè)，提高了工作效率；（5）使用成熟完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)，在消除或削弱各種系統(tǒng)誤差的影響下，可實時獲得高精度、高可靠性的數(shù)據(jù)成果；（6）不考慮架設(shè)基站，可單人完成作業(yè)，作業(yè)成本大幅降低；（7）應(yīng)用可靠穩(wěn)定的通訊方式，能有效減少噪聲干擾；（8）向各類用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，大家可方便共享數(shù)據(jù)。

2 全站儀的特點及技術(shù)優(yōu)勢

測繪技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和集成微機的廣泛應(yīng)用，測繪野外作業(yè)方法也得到了質(zhì)的提高 。作為一種測繪器材，全站儀在二十余年實際應(yīng)用中，為國民經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了獨特的不可替代的作用。當(dāng)然全站儀也在不斷的演化升級：野外作業(yè)時可在沒有反射棱鏡的情況下快速進行距離和三維坐標(biāo)測量，這就是免棱鏡全站儀，它是在普通全站儀的基礎(chǔ)上新增的一項功能，觀測距離一般超過500m，最遠(yuǎn)已可達(dá)到2000m。由于免棱鏡全站儀具有無棱鏡測距功能，并裝配有紅外激光瞄準(zhǔn)器，可靈敏高效完成任何可視目標(biāo)定位作業(yè)，有棱鏡、無棱鏡模式可隨時切換，都可獲得精確可靠的測距結(jié)果。

全站儀為礦山地質(zhì)測量工作做出了許多貢獻(xiàn)，它具有操作方便、操作簡單、功能齊全、精度高的優(yōu)點?？赏瓿蓽y角、高差、測距、高程、放樣、數(shù)據(jù)處理等工作。

3 應(yīng)用案例

3.1 工作區(qū)概況

鄭-少-洛高速沿線礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理項目區(qū)（洛陽段）位于洛陽市龍門東山東部，緊鄰鄭-少-洛高速和二廣高速兩條黃金旅游通道，距世界文化遺產(chǎn)—洛陽龍門石窟約2km。項目區(qū)的礦山開采活動主要是上世紀(jì)八十年代開始的石灰?guī)r礦露天開采，多為無證開采，主要供給周圍的石料廠、石灰窯、水泥廠等企業(yè)。經(jīng)過20多年的無序開發(fā)和強力開采，致使該區(qū)的地形地貌景觀遭到嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重影響到龍門石窟景區(qū)和鄭-少-洛高速及二廣高速沿途景觀，2000年左右絕大部分石灰?guī)r礦被洛陽市政府和洛陽市國土資源局關(guān)停。經(jīng)過改革開放二十多年的高速發(fā)展，過去的一些認(rèn)識和弊端漸漸顯露出來，那種邊發(fā)展邊治理或先發(fā)展后治理的模式已經(jīng)越來越不適應(yīng)新時代的發(fā)展形勢，既要美好生活，又要碧水藍(lán)天，這是廣大人民群眾迫切愿望，更國家對地方政府的具體要求。特別是今年新組建的自然資源部，更突顯國家對生態(tài)環(huán)境的重視。通過對采石場的高陡邊坡進行整治，清除危巖體、消除崩塌災(zāi)害隱患；清理、整治廢渣，采坑回填，覆土綠化，恢復(fù)植被，美化環(huán)境，讓久違的綠色重新布滿山澗，讓飛逝的鳥兒再來這里安家，使這一片區(qū)域與龍門石窟周圍環(huán)境整體相協(xié)調(diào)，并為洛陽市民一個周末休閑放松的好去處。這其中無論前期勘查工作中的地形測繪、工程地質(zhì)剖面測繪，以及治理工作中的放樣驗線，還是監(jiān)理檢查都需要各種測繪儀器提供精確可靠得數(shù)據(jù)的來支持各項工作的順利開展。（見圖1）

3.2 地形測繪

地形圖測量采用1980西安坐標(biāo)系，1985國家高程系，中央子午線為112°30′。E級GNSS控制點觀測使用4臺套南方S86型雙頻接收機觀測，儀器標(biāo)稱精度為（5mm+2ppm）。碎部點測量采用CORS和全站儀相結(jié)合的方法，測繪滿足《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 工程地質(zhì)剖面測繪

為了查明項目區(qū)采場立體形態(tài)，對項目區(qū)開展1∶500工程地質(zhì)剖面測繪，剖面線布置主要依據(jù)采場的形態(tài)而定，縱向以貫穿多個標(biāo)高段采場為主，橫向基本垂直縱向剖面線。縱橫剖面線間距根據(jù)勘查區(qū)環(huán)境地質(zhì)復(fù)雜程度定位50×50m，局部區(qū)域加密控制，勘探線網(wǎng)度滿足勘查、設(shè)計需要。執(zhí)行《巖土工程勘察技術(shù)規(guī)范》及《工程測量規(guī)范》。（見圖2）

3.4 工程放樣驗線測量

用一定的測量儀器和方法把設(shè)計圖紙上的各項工程的平面位置和高程進行實地測設(shè)稱為工程放樣（也稱施工放樣）；而驗線測量則是采用一定的測量儀器和方法采集施工中及已完工的各項工程的的平面位置和高程的數(shù)據(jù)，然后對比設(shè)計圖紙上相應(yīng)位置是否一致的工作，驗線工作是保證各項工程位置正確，符合精度要求，按圖施工，保質(zhì)保量，如期完成任務(wù)的重要措施。

4 結(jié)果分析研究

4.1 CORS在礦山環(huán)境治理中測量的可行性

工作區(qū)面積約3.6Km2，植被較少，結(jié)合CORS的技術(shù)特點：

（1）作業(yè)效率高。一般的地形條件下，只要是移動網(wǎng)絡(luò)信號（包括移動、電信、聯(lián)通、）覆蓋的區(qū)域，都可以使用CORS進行外業(yè)測量作業(yè)，進而極大的降低布設(shè)多個野外控制點和測量儀器頻繁的“遷站”的苦惱，只要一人單機，數(shù)秒時間即得一組高精度的測量數(shù)據(jù)，大幅度的降低了勞動強度，加快了作業(yè)速度，達(dá)到了提高勞動效率，節(jié)省作業(yè)成本的目的。

（2）定位精度高，因為有效的避免了傳統(tǒng)測量儀器的誤差積累影響，所測數(shù)據(jù)安全可靠。在滿足CORS的基本工作條件下，CORS系統(tǒng)測量平面精度和高程精度可達(dá)到厘米級，能夠勝任多項常規(guī)外業(yè)測量任務(wù)。

（3）作業(yè)條件要求下降。在有穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)信號環(huán)境下了，不需要考慮兩點通視，用CORS作業(yè)即可精度可靠的測量數(shù)據(jù)，因此，相比傳統(tǒng)測量技術(shù)，能見度、通視條件、氣候、季節(jié)等因素對CORS系統(tǒng)的影響和限制較小，從傳統(tǒng)測量技術(shù)手段來看，那些受地形、地物障礙影響而無法開展作業(yè)的通視困難地區(qū)，只要達(dá)到了CORS系統(tǒng)的基本作業(yè)條件，就可進行快速高效的野外作業(yè)。

4.2 CORS在礦山環(huán)境治理中測量的局限性

工作區(qū)西鄰龍門石窟景區(qū)，偏西部有二廣高速公路穿過，區(qū)內(nèi)渣堆眾多，坡坎遍布，陡壁林立，形成的采坑有多達(dá)158個。而為了保證CORS外業(yè)采集數(shù)據(jù)信號良好的要求，截止高度角必須大于15°，且多于4顆以上的有效衛(wèi)星，還要求精度因子PDOP<6。CORS系統(tǒng)的局限性所造成的干擾如樹木障礙、高層建筑和高頻信號源及城市地區(qū)，山地、林地等作業(yè)時衛(wèi)星信號被遮擋比較嚴(yán)重，使其在測量中失去了一定優(yōu)勢。

4.3 免棱鏡全站儀在礦山環(huán)境治理中測量的可行性和局限性

（1）將免棱鏡全站儀應(yīng)用于開闊區(qū)域，達(dá)到直觀測量、降低勞動強度、節(jié)省時間的目的，大大提高了作業(yè)效率。

（2）兩個人即可組成一個作業(yè)組開展野外作業(yè)，一人操作儀器，另一人跑尺負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)站點的測設(shè)及碎部點的采集。

（3）在一些無法到達(dá)或到達(dá)困難的區(qū)域，比如溝渠、坑塘、陡峭的懸崖等，免棱鏡全站儀都能方便地測得目標(biāo)點的空間位置，從而避免跑尺人員安全問題，在節(jié)省時間的同時，提高了作業(yè)精度及工作效率。

全站儀作為一種精度高、應(yīng)用廣且高度自動化的野外測量器材，雖然不會像衛(wèi)星接收機那樣受傳播信號等因素的影響，但能見度、通視條件、氣候、季節(jié)等因素對全站儀作業(yè)有較大影響，而治理區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，坡坎遍布，陡崖交錯，這就需要全站儀在碎部測量中頻繁設(shè)點“遷站”，因而加大了作業(yè)勞動強度，增大了工作量，容易導(dǎo)致誤差積累，降低測量精度。

4.4 CORS系統(tǒng)聯(lián)合全站儀在礦山環(huán)境治理區(qū)測量的優(yōu)越性

在一般的地形條件下，只要是網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的區(qū)域，都可以使用CORS進行測量作業(yè)，進而極大的降低布設(shè)多個野外控制點和測量儀器頻繁的“遷站”的要求，只要一人單機就可進行野外作業(yè)。因此盡可能使用CORS在一般開闊地形條件下進行數(shù)據(jù)采集；而由于全站儀具有測量精度高和穩(wěn)定性好的特點，在高崖陡坎及城市區(qū)域開展作業(yè)優(yōu)勢更為明顯，因此在野外作業(yè)時采用CORS在遮擋少信號好地方布設(shè)圖根級控制點，并同時進行碎部點采集；有些區(qū)域CORS信號失鎖較嚴(yán)重和采集精度不理想，則用全站儀進行碎部點的測量。這種兩種儀器相結(jié)合的綜合測量辦法，使得CORS測量在某些地方精度較低，不能滿足規(guī)范要求的弊端得以避免，又使采用常規(guī)的全站儀布設(shè)大量圖根導(dǎo)線工作繁重測量效率低下的缺憾大大降低；這樣在提高全站儀碎部點的采集精度的同時，又可大幅度減少支導(dǎo)線誤差積累。在野外實際工作中，一個項目組5人（其中3人3個CORS作業(yè)組，2人為一臺全站儀組）即可完成常規(guī)測量中4個作業(yè)小組8人（3臺全站儀組）的實際工作，生產(chǎn)效率提高了，工作強度降低了，很自然經(jīng)濟效益顯著。

5 實地檢查與精度分析

5.1 控制點的檢核

衛(wèi)星信號質(zhì)量的好壞和衛(wèi)星的空間分布狀況及移動網(wǎng)絡(luò)信號強弱都會對CORS測量觀測質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，因此，野外作業(yè)時必須進行必要的質(zhì)量控制，來避免CORS測量時產(chǎn)生的偶然誤差和系統(tǒng)誤差?，F(xiàn)在已知點檢核法和重測比較法是進行CORS測量質(zhì)量控制的主要兩種方法。已知點檢核法，是采用GNSS或全站儀在布測控制網(wǎng)時盡可能多測設(shè)高等級控制點，然后和采用CORS測出相同控制點的數(shù)據(jù)成果進行檢核，發(fā)現(xiàn)精度較低或不滿足要求的數(shù)據(jù)馬上采取措施進行改正；重測比較法，是在開展野外作業(yè)前，先用CORS重測2個以上已知的高精度控制點或CORS圖根控制點，和已知數(shù)據(jù)檢核確認(rèn)無誤后再進行CORS測量。這兩種方法中，已知點檢法是比較可靠的，但在野外布設(shè)高等級控制點單位成本較高，數(shù)量也很有限，所以可以采用CORS和全站儀相結(jié)合的方法在缺少控制點的地方進行坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行檢核。對治理區(qū)25個圖根級控制點進行了檢核比較，根據(jù)公式計算各個點的點位誤差，再根據(jù)公式，計算所有控制點點的點位中誤差為1.61cm，高程的中誤差為1.69 cm。根據(jù)計算的各個點位誤差和高程的中誤差檢核結(jié)果來分析發(fā)現(xiàn)，CORS測量成果的高程中誤差平面中誤差均未超過5cm，可以看出，《工程測量規(guī)范》中最弱點的點位中誤差不大于±5cm的相關(guān)要求，CORS技術(shù)可以滿足的。這25個圖根級控制點有5個點的誤差較大，是由于這5個點的衛(wèi)星和基站的信號傳輸時受到附近坡坎遮擋的影響所致，在對這5個點的重測檢核后，發(fā)現(xiàn)重測的坐標(biāo)數(shù)據(jù)跟上次測得坐標(biāo)數(shù)據(jù)相比，差值很小，都分布在±3cm之內(nèi)，所以在野外的測量中，應(yīng)求取兩次坐標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值來作為最終成果開展作業(yè)。

5.2 碎部點檢核

衛(wèi)星狀態(tài)、觀測時段、高程異常、測區(qū)地物地形等問題是影響CORS測量精度的主要因素，而定向、天氣、三軸誤差等情況也對全站儀測量結(jié)果的影響較大，采取相應(yīng)措施對兩者采集的數(shù)據(jù)進行相互檢核，以使數(shù)據(jù)精度最終完全達(dá)到相應(yīng)規(guī)范要求后才能外業(yè)測量工作。在對部分碎部點數(shù)據(jù)檢核后發(fā)現(xiàn)全站儀坐標(biāo)數(shù)據(jù)和CORS坐標(biāo)數(shù)據(jù)在交匯處吻合度很高，并與甲方提供的測區(qū)原先局部地形圖吻合度也較好。通過對CORS和全站儀測圖的交接處部分同一特征點進行檢核比較，并把采集數(shù)據(jù)精度進行分析，具體做法和控制點分析相同。

6 結(jié)束語

在礦山環(huán)境治理中無論單獨使用CORS或者全站儀都有一定的局限性，實際應(yīng)用可以看出，把這兩者相結(jié)合的作業(yè)方法能大大提高勞動效率及成果的可靠性，也極大擴展了GNSS技術(shù)的服務(wù)范圍。在1︰500該區(qū)域地形圖測量及各項工程測量中，正常情況下流動站5～10秒左右就可采集1個碎部點，即使是做一級GNSS圖根控制點，也僅需幾分鐘時間，且作業(yè)距離幾乎不受限制，更無需考慮遷站。用傳統(tǒng)的方法測量該測區(qū)外業(yè)工作需3個月左右工作日，用這種組合模式測量僅需2個月的工作日就完成了，快速高效顯而易見。2020年我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將組網(wǎng)完成實現(xiàn)全球覆蓋，伴隨著新一代導(dǎo)航定位技術(shù)、抗干擾技術(shù)、高保密技術(shù)（如量子通訊技術(shù)）等跨越式的高速發(fā)展，為GNSS的的發(fā)展空間和應(yīng)用領(lǐng)域提供了無限可能！

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作者簡介：狄廣禮（1978-），男，河南封丘人，本科，工程師，主要從事地質(zhì)測繪、地籍測量等工作。