系统在水利工程测量中的应用和精度分析

　　赵希军赵莹莹
　　摘要：测绘科学是研究测定、采集和描绘地球及其表面自然及人工地物及变化情况的科学，为人类了解自然、认识自然和改造自然提供可靠的信息保障。测绘工作一直是各种工程的先行兵，因而测绘工作的成败，测绘成果的准确性有着举足轻重的作用。任何一项水利工程从立项到可行性研究再到初步设计直至最后的施工都离不开测绘的支持。在水利工程中，测绘工作贯穿着建设的全过程，是水利水电建设的排头兵，是施工过程中的重要技术支撑，也是水工建筑物安全运营的重要保障。
　　关键词：SDCORS；测绘；信息网络；监控中心
　　测绘技术的飞速发展，尤其是GPS技术的发展和普及应用，以其得天独厚的优势，在水利工程测量中的作用越来越突出。目前在GPS基础上发展起来的连续运行基准站系统，即CORS（ContinuousOperatinalReferenceSystem）得到了广泛的发展和应用。
　　一、CORS系统概述
　　连续运行基准站系统（CORS）可以定义为由一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用计算机、数据通信和互联网技术组成的网络。实时地向不同类型、不同需求和不同层次的用户提供经过经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位、伪距）、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。与传统的GPS作业相比连续运行基准站系统具有作业范围广、精度高、野外单机作业等优点。
　　CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户系统五个部分组成，各基准站与监控中心通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。随着通信技术的发展和GPS技术的发展，出现了采用参考站中的多个站进行联合解算从而获得高精度坐标，这种采用整体平差数据的作业方式称为网络RTK，网络RTK是CORS系统的最基本应用。
　　网络RTK的主要特点有：覆盖的范围更为广泛，适用于大范围的测量和导航。精度更高，单基站一般受距离的影响较大，而网络RTK利用拟合技术可以大幅度提高精度。可靠性高，网络RTK利用几个基站的差分数据进行结果处理，比单机站可靠性高得多。稳定性好，单基站在超出40km后一般很难有固定解，而网络RTK则利用网络通信技术使差分数据随处可以接收到。功能更强大。
　　二、CORS系统在水利工程中的应用及精度分析
　　水利工程建设分为勘测设计、施工建设和运营管理等3个阶段，水利工程测量是为水利工程建设服务的。在水利勘测设计阶段，需要在国家坐标系下进行基本控制测量、大（中）比例尺数字地形图测绘、输水线路或渠（堤）纵横断面测量等工作。较多的水利工程项目地处山区或较荒凉区域，距离国家等级控制点较远，而随着国民经济的飞速发展，原有国家等级控制点破坏严重，控制测量与国家等级控制点联测成为测绘人员工作的主要困难。目前，通过GPS相对定位确定地面点的平面坐标技术已经十分成熟，而正常高数据一般通过几何水准测量的方法获得，或采用GPS高程拟合方式获得。传统的几何水准测量虽然精度高，但联测国家等级水准点困难且作业效率低，不能很好地满足工程设计的进度要求。SDCORS系统的建立基本解决了上述问题。近两年，临沂市采用SDCORS系统数据起算，对汤河汤头段、李公河干渠进行河道地形图、平邑县蒙阳峪及陈家庄水库地形图测绘、临港区坪上镇土地综合整治项目桥梁、机井附近地形图的测绘项目等多个项目进行了比较。
　　（一）汤河（汤头段）、李公河干渠（汤头段）沿岸地形图测绘以及横断面图测绘
　　汤河及李公河干渠位于汤头镇中，测绘全程为16公里。需测绘1：1000地形图及横断面图、扬水站、桥梁1：5001：200地形图。测绘过程中，平面控制采用车庄、辇沂庄东北、公安岭东、集沂庄东、薛家店子、泉沂庄、董官庄西、泉上屯南等8个E级GPS网作为测区的首级控制，联测隆沂庄东南、汤山2个国家C级GPS点；以附合四等水准路线作为首级高程控制联测国家三等水准点2个，四等水准点2个，等外水准点8个。GPS网观测结束后，采用C、D级点为起算数据对控制网进行了平差计算，同时采用SDCORS系统数据进行解算。
　　（二）平邑县蒙阳峪及陈家庄水库地形图测绘
　　蒙阳峪及陈家庄水库位于平邑县柏林镇，位于蒙山脚下。该项目1：1000地形图测绘主要为蒙阳峪旅游开发及陈家庄水库开发利用服务，测绘总面积为4平方公里。该测区联测大夫宁水库、柏林、保太、刘家寨等4个C级点，万寿宫林场、三关庙等2个D级点，联测了4个三等水准点，2个四等水准点。采用SDCORS系统布设测区的首级控制，及直接进行碎步点测量，同时采用C、D级点对测区的首级控制进行了平差结算，与SDCORS系统的测量数据进行比较。
　　（三）临港区坪上镇土地综合整治项目桥梁、机井附近地形图的测绘项目
　　此次项目需测绘55个桥梁、41个机井桥址、井址地形图，以作修建桥梁，机井勘测设计使用。该测区联测了坪上麻峪子、坪上西诸眭、陈家老窝等3个D级GPS点，朱芦河西村东、朱芦锦鸡机械、坪上玻璃厂、坪上一中、坪上殡仪馆、坊前花生厂、坪上广雨石子厂、团林北等8个E级GPS点，坪上1个C级点。联测1个三等水准点，10个四等水准点，1个GPS拟合高程点。同时利用SDCORS对碎步点数据进行了采集，利用C、D级点对测区的首级控制点进行了结算，与SDCORS系统的测量数据进行了比较分析。
　　从以上3个项目数据比较情况分析，利用SDCORS站数据进行解算得出的各点平面坐标数据与国家等级控制点进行平差的结果相比较，纵坐标差值x最小为0。004m、最大为0。082m，平均差值为0。052m；横坐标差值y最小为0。001m、最大为0。089m，平均差值为0。032m；点位误差s最小为0。016m、最大为0。116m。《水利水电工程测量规范》（SL1972013）规定基本平面控制最弱相邻点点位允许中误差为0。05图上mm。从以上分析可以看出采用CORS系统采集数据对测区首级平面控制网进行解算及进行地形地物测量完全满足一般水利水电工程测量的精度要求。
　　从高程数据两种解算情况看，四等高程CORS系统测量数据与采用国家等级水准点平差结果相比较，高程差值H最小为0。002m、最大为0。047m，平均值为0。020m；等外水准相比较H最小为0。003m、最大为0。096m，平均值为0。030m。按照《水利水电工程测量规范》（SL1972013）基本高程控制最弱点高程允许中误差为h20。当h0。5m时，允许中误差为h16的要求规定，采用全球导航卫星系统连续运行基准站并结合大地水准面精化计算的点位高程完全满足水利水电工程勘测设计阶段的测量精度要求。
　　三、建议
　　（一）利用CORS系统进行测量时，特别是进行控制测量时，必须确保GPS流动站天线高量取的准确性，并且尽量增加观测时间和观测历元数，以便获取较高质量的观测数据。
　　（二）由于采用CORS系统解算的各点点位误差是独立的，不存在误差积累问题，所以在测区距离CORS站较远时，应适当选取一定比例的测段，采用几何水准的方法对CORS解算的点位高程进行检验，以避免仪器高量取不准确或录入错误造成点位高程粗差的存在。
　　（三）在水利工程的测量中，由于成片连片水面的出现，不可避免的会出现多路径效应，采用GPS观测是尽可能采取合适的观测时间和观测环境，尽量避免多路径效应的发生。
　　四、结语
　　由于GPS定位技术的发展，特别是CORS系统的建立和运用，在大地水准面精化区域不断扩大、更加精确的基础上，CORS系统势必将更大范围的取代传统的测量技术，同时将会大大降低劳动强度和经济投入，有效地提高工作效率，由此将水利工程勘测设计阶段的测绘工作带入一个新的时代。
　　参考文献：
　　〔1〕马艳艳。全球定位系统（GPS）技术在水利工程中的应用〔J〕。山东水利，2009（10）。
　　〔2〕秦晓珂。AHCORS系统在水利工程测量中的应用以及精度分析〔J〕。安徽建筑，2014（4）。