SDCORS在济西水源地水文地质调查中的应用

魏善明，袁国霞，裴树霞,张民

(1.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014；2.山东省地质测绘院，山东 济南 250013；3.山东省物化探勘查院,山东 济南 250013)

高程和坐标测量是水文地质调查中一项不可或缺的基础性工作,居民井、泉、水文孔和地质孔等观测点均需施测,用以绘制调查范围内的等水位线图,从而了解该区域内地下水的走向、补给区域、径流范围及地下水与地表水的关系等[1]。水文地质调查中的高程测量精度要求较高,一直以来,采用传统的高程测量方法——水准测量，此方法运用起来费时、费力,工作效率低。近年来，伴随着全球定位系统(GPS)技术的迅速发展,GPS-RTK(Real Time Kinematic)技术也日趋成熟，极大的提高了测绘成果的精确度、效率和实用性。但RTK也具有其自身的使用缺陷：因为作业模式是单基站，所以需要每次单独架设基准站，而且测量的精度和稳定性与作业半径成反比，随着半径的扩大，精度和稳定性都会变小，具有一定的局限性[2]。为了克服GPS-RTK技术上的缺陷，一种全天候、覆盖面广、精度高、动态、实时定位的卫星导航系统——连续运行参考站系统(CORS)陆续在各地建立。

1 SDCORS简介

CORS(Continuously Operating Reference Station System，简称CORS)是指在一个城市、地区或国家范围内，依照一定间距建立若干个连续运行的卫星永久参考站，通过通信网络实时将每个站观测的数据传送到数据中心，数据中心运行专业GNSS参考站网数据处理软件，对各个参考站进行远程监控管理，从而完成数据采集、备份、处理及分析，最后通过CDMA，Internet网和GPRS等通讯方式向各行各业用户提供基础空间信息服务[3]。

山东连续运行参考站系统(Shan Dong Continuously Operating Reference Station System，简称SDCORS)由山东省气象局和山东省国土资源厅共同开发建设[4]。此系统由山东省国土资源厅主要负责，山东省国土测绘院具体组织实施，采用“共建共享”的方式，通过纳入行业和地市过去已经建好的CORS系统，从而在山东省境内实现定位服务；系统由参考站网子系统、系统控制中心子系统、数据通信子系统、用户服务子系统4个子系统组成，各子系统通过计算机网络连接，形成省、市系统数据共享、互相配合运行的多中心有机整体。

CORS的出现彻底改变了传统RTK测量的作业方式，其主要优势体现在：①不需要单独架设、看守基准站，流动站可实现一人一机作业；②把作业范围的有效半径扩大了，同时消除了通常情况下RTK测量随着作业距离的增大精度减弱的缺点，在网络覆盖范围内可以达到均匀的精度；③将过去的“1+1”模式变成为现在的2台RTK，仪器使用率达到百分百；④配备有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性。

2 工程实例

济西水源地位于济南市长清区归德镇，水文地质调查工作范围南起区域地表分水岭，北到长清城区北部，东以马山断裂为界，西部大致以黄山岩脉和牛角店断层为界。南北长约36km，东西宽约33km，面积约1188km2。共布设居民井、河流、水文孔、地质孔等观测点149个，研究区地处泰山山脉的西北麓，北跨黄河是鲁北平原的一部分，为鲁中山区与鲁北平原的结合部。地形、地貌的基本格局受地质构造的控制，纵向上东南高、西北低。由低山丘陵区过渡到山前倾斜平原和黄河冲积平原；横向上山体走向为SW―NE，黄河流向与山体走向近于平行。工作区交通比较便利，黄河以南有京福高速、济菏高速、G220、S104，黄河以北有济邯高速、G309及通往齐河、东阿的省道，各村镇间皆有柏油公路相连。

2.1 项目精度要求

根据项目要求，水源地排泄区域的高程中误差需要满足≤4cm,径流区域需要满足≤8cm,补给区域需要满足≤20cm[5]。为绘制准确的等水位线图,还需要对地质孔、水文孔等观测点进行坐标测量,以对精度要求最高的钻孔为例[6],其在图上平面位置中误差为0.15mm,按水文调查最大比例尺1∶1万,转换为实地1.5m，所以该项目平面坐标精度≤1.5m即可。

2.2 工作流程

2.2.1 接入SDCORS

该项目选用天宝R8GNSS GPS-RTK双频接收机。其作业流程如下：TSC2运行的软件为Trimble Survey Controller，点[配置]-[测量形式],如图1所示:

图1 设置测量形式

在测量形式中一栏中出现默认的4种测量形式，点击RTK, 流动站选项里面测量类型为RTK；播发格式选择VRS(RTCM)；点存储为矢量；截止高度角5°～15°；PDOP限制默认是6.0。如图2所示:

图2 设置测量类型

选择拨号简表中的三角箭头按钮，从拨号简表界面选择要用的网络，点接受即可。建好拨号简表后选择接受，进行连接VRS测量。

2.2.2 收集基准点

平面控制基准点：利用了B级GPS点1个，C级GPS点5个，分别为B1546，P544，P570，P573，P601，C084成果的平面坐标系为1980西安坐标系，中央子午线1170。

高程控制基准点：利用了Ⅱ等水准点5个，分别为B1546，P544，P570，P573，P601，C084；成果的高程为1985国家高程基准。

以上资料经主管部门组织验收，点位保存完好可以作为该次高程点测量的首级高程控制资料使用。

2.2.3 观测井高程、坐标采集

天宝R8GNSS GPS-RTK双频接收机高程测量需要至少4个基准点校正，且4个点不能位于一条直线上，该次测量使用了6个基准点，经过校正后平面精度≤2cm，高程精度≤3cm,满足该项目相关要求。在移动站主机锁定卫星信号后，连接SDCORS控制中心，实时点位信息便显示在手簿上，待解类型收敛为固定解时，即可依次采集测区内各观测井的高程和坐标。在用SDCORS RTK 进行测量时需注意的问题：①为保证测量结果的可靠性和精度，要求参与接收的卫星数保持5颗或5颗以上，且PDOP小于6时，才能够进行点位的采集；②移动站高级选项里差分电文格式需要设置为RTCM3，数据链方式为内部GPRS，发送GGA数据；③在初始化后观测多次，直到数据稳定后结束测量。

2.3 精度检核

为了确保CORS测量的准确性,在测量过程中,注意测量精度的检核,每天测量前,先将流动站架设在已知高程点上进行检核。为复检所测高程的准确，从测区内选取6个观测井进行水准测量检核(表1)。

表1 水准结果和CORS结果对比

式中:Mh—高程中误差，mm；n—检查点个数；△h—CORS测量高程与直接水准高程的较差。

通过表1数据对比，可以看出CORS测量高程精度是符合要求的。

为验证CORS平面坐标测量精度，对测区范围内的B，C级GPS点进行测量；与已知坐标进行对比均小于3cm，满足测量技术设计要求(表2)。

表2 已知点坐标和CORS结果对比

3 CORS测量影响因素

外业测量中，CORS受外界影响因素较多，如：电离层延迟、载波相位整周模糊解算、太阳黑子爆发、大气传播延迟、多路径效应、潮汐、高压电线、用户时钟误差、外围建筑物、无线电等都会对测量产生较大的影响，因此需要对仪器加强保养维护，避免在天气恶劣、卫星星历误差高等情况下进行测量，通过多余观测来缩小误差[7]。

由于CORS测量具有操作简便、精度高、成本低、覆盖率高等的特点，广泛应用于各项测量工作中，但是由于受外界因素影响较大，因此在利用CORS测量时应根据相应的规范、规程、技术要求，并且严格控制好外界条件，根据测区的具体情况，在满足规范、项目精度要求的前提下，充分利用CORS来提高测量效率。

参考文献：

[1] 张书华.RTK在供水水文地质勘察测量中的应用[J].山东国土资源，2007，23(3)：11-13.

[2] 丰勇，郭义.GPS连续运行参考站系统(CORS)原理及应用[J].内蒙古科技大学学报,2010,(29):298-301.

[3] 苏艳红，刘沙.单基站CORS系统在胜利油区石油天然气井位测量中的应用[J].山东国土资源,2011,27(5):31-33.

[4] 山东省国土测绘院卫星数据中心.山东省卫星定位连续综合应用服务系统(SDCORS)移动站接入用户指南[S].2010.

[5] 胡照普.供水水文地质调查高程测量精度分析[J].地质测绘,1989,(4)：43-48.

[6] 地质矿产勘查测量规范(GB/T18341-2001)[S].北京：中国标准出版社，2001.

[7] 段永亮.CORS高程技术在工程测量中的应用[J].山西水利，2011，(9)：46-47.