基于CORS的河道测量方法——以娄宋沟河道测量为例

2016-01-08 02:17戴洪宝,凌以奎,许继影

河北北方学院学报（自然科学版） 2015年3期

戴洪宝1,凌以奎2,许继影3

(1.宿州学院环境与测绘工程学院，安徽宿州 234000;2.宿州市水利局勘测队，安徽宿州 234000;3.宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州 234000)

摘要：在一定区域内，GPS连续运行参考站系统(CORS)可向用户提供高精度的实时差分定位信息，深化了GPS在测量工程中的应用层次。以淮水北调娄宋沟河道测量项目为平台，应用CORS测量技术，通过内外业一系列工作，完成了河道测量中带状图、纵横断面图的绘制，为项目施工方案提供准确、可靠的测量资料。并进行了大量的测量数据的处理与分析，表明CORS技术足以高效、精确地完成河道中的测量任务。对类似的河道测量工作有一定的参考价值。

关键词：全球卫星定位系统；淮水北调；断面测量；连续运行参考站系统

中图分类号：P 28.42

DOI：10.3969/j.issn.1673-1492.2015.03.010

Measurement Method of Riverway Based on CORS——Taking Lousong River Survey as An Example

DAI Hong-bao1,LING Yi-kui2,XU Ji-ying3

(1.School of Environment Science and Spatial Informatics,Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China；2.Survey Team of Suzhou Water Conservancy Bureau,Suzhou,Anhui 234000,China；3.School of Resources and Civil Engineering,Suzhou University,Suzhou，Anhui 234000,China)

Abstract:In a certain region,GPS continuously operational reference system (CORS) can simultaneously provide accurate and real-time differential positioning information for users,whith has been used widely in engineering surveying.In this paper taking Lousong River of Huai River to North Water as the basic platform and Using CORS method,the belt map and vertical &horizontal section were completed through a series of work,and a mass of surveying data were processed and analyzed.The results can provide accurate survey inginformation for measurement tasks efficiently and accurately.The method provides certain reference value for the similar river measurement.

Key words:GPS;Huai River to North Water;section survey;CORS

1前言

连续运行卫星定位综合系统(continuous operational reference system,CORS)是在网络实时差分定位(real-time kinematic,RTK)基础上建立的，伴随着全球卫星定位系统(global positioning system,GPS)在测量工程中的广泛使用，这项新技术在工程测量中的作用也愈发重要[1]。

针对于河道测量工程，传统的技术手段如全站仪极坐标法、GPS架基站法在改善河道线路测量水平的同时，也存在一些不足，例如：在时间、空间和效率上存在一定程度的浪费[2]。CORS技术的出现，解决了传统测量无法克服的问题，在时间、空间上取得大幅度改进，测量效率获得显著提高，取得较好的社会效益和经济效益。

本文以淮水北调娄宋沟河道测量项目为平台，应用CORS技术进行测量，通过内外业一系列工作，完成了河道测量中带状图、纵横断面图的绘制工作，为项目施工方案提供测量图件数据资料，结果表明CORS技术可以高效、精确地完成河道中的测量任务。

1河道测量的内容与方法

1.1　河道测量的内容

1)带状地形图的测量。带状地形图指狭长地带的地形图，常用于铁路、公路、河道等线形工程纸上定线和初步设计[3]。具体是对河道中心线两边一定范围内的地物、地貌等进行测绘成图的工作，其测绘内容主要包括建筑物、河流、道路、桥涵等。进行野外平面图测制，其数据基础是现场采集点位信息，并在国家测绘规范下进行成图，平面图能够准确地还原现场的地形情况。

2)河道纵断面的测量。河道纵断面测量是河道左、中、右3条边线上的定桩高程，为河道纵向坡度、桥、涵、闸等位置的设计提供服务。在纵断面测量过程中，需要沿河流走向，自上游往下游定里程桩，一般规定为间隔50 m定一根里程桩，以便于纵断面测量工作。河道纵断面测量的精度要求达到四等水准测量，故而采用DS3水准仪根据水准测量的基本原理完成纵断面测量工作。

3)河道横断面测量。横断面是垂直于线路中线的面，测量百米桩的水平距离和高程，进而绘制横断面图，实际工作中，选择在纵断面测量过程中间隔50 m的里程桩所处的断面作为代表横断面。横断面图是确定工程土方、施工横向范围的基础资料。河道纵横断面测量是河道工程在勘测设计阶段初测或定线过程中的一项重要工作[4]。

1.2　河道测量的方法与比较

1)全站仪测量。全站仪是将电子经纬仪、电子测距仪及电子记录手簿结合在一起，在同一微处理机控制和检核下，同时兼具有观测数据的自动获取和改正、计算和记录等多种功能的经纬仪[5]。全站仪测量在早期的河道测量中发挥了重要的作用，基本上取代了经纬仪测量。

2)常规RTK测量。RTK是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它的出现极大地提高了野外作业效率[6]。在传统RTK作业模式下，基准站是通过数据电台将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站的，流动站接收来自基准站的数据，同时采集GPS观测数据进行实时处理，给出厘米级定位结果。

3)CORS测量。CORS是卫星导航定位、计算机信息科学、电子通讯技术等高新科技多方位结合的产物，由基准站系统、数据处理系统、定位数据传送系统、用户应用系统四部分组成，通过数据传输系统将各个基准站和监控分析中心连成一体，形成专用网络，以服务于测量工程[7]。

4)全站仪测量、常规RTK测量、CORS测量的比较。通过多年的河道测量案例来分析比较3种方法，可以有效说明CORS测量的较大优势。

CORS测量相对于全站仪测量的优点：①解除了通视条件的限制。全站仪测量需要测站点和照准点通视才能进行测量，因为河道两边多为树林和民房，造成全站仪测量受到一定的限制，CORS测量采用GPS后方交会原理，只需要接受卫星和CORS站的信号，无需考虑通视要求。②解除了距离限制条件。全站仪测程一般为3 km范围内，实际工作中因为外界条件和观测者的限制，只能达到1 km范围内，CORS则可以覆盖网内30 km范围。③避免误差累计。全站仪测量需要站站定向，定向过程中易出现定向误差，进而影响控制点和碎部点的精度，下一站会延续上一点的定向误差，造成误差的累计，CORS测量采用单点测量技术，点与点之间无需定向联系，误差不会累计。④技术人员和作业时间的减少。全站仪测量需要3-4名技术人员，分别为测量员、跑尺员、绘图员，并且需3人具备一定的协作能力，CORS测量只需要1名技术员即可，且采集每一个碎部点只需要10 s，真正实现单兵高效测量。⑤操作简便。CORS测量只需要技术员携带手簿和接收机即可工作。⑥全天候作业，功能多，应用广泛。

CORS测量相对与常规RTK测量的优点：①扩大工作范围。传统RTK测量的有效测量范围在基准站周围10 km范围内，而CORS测量将这个数值提升到30 km。②拥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。③单机作业。传统RTK测量需要架设基准站，而河道测量的线路比较长，在测量过程中需要不断地移动基准站，给工作带来了不便，CORS测量使用永久固定基准站，无需单独架站。④使用稳定可靠的数据链通讯方式，减少噪声干扰。⑤由于削弱了对流层、电离层的误差和随距离逐渐增加的比例误差，利用CORS得到的河道测量数据比常规RTK测量精度更加可靠。⑥提供了远程Internet服务，实现数据的共享[8]。

2实例分析

本文以淮水北调娄宋沟河道测量工程为平台进行实例分析。淮水北调工程属“南水北调”东线安徽配套工程，也是皖北地区规模最大的跨区域调水工程，自蚌埠五河站从淮河干流抽水，经淮北市濉溪县黄桥闸向北至宿州市萧县岱山口闸，调水线路总长266 km，估算投资10.3亿元，主要保障淮北、宿州两市工农业生产用水[9]。2014年4月，淮水北调灵璧县娄宋沟段测量工程，河道全长13.5 km，采用中海达H32型GNSS接收机，以AHDLCORS为平台，进行数据采集。本次测量主要任务是在地面上沿河道中心线定出左右岸两边的里程桩，并实地测量带状图、纵断面图、横断面图，内业进行一体化成图，结合设计横断面图，对土方量进行全面计算，为工程全面施工提供完整的测量基础资料。

2.1　外业实施

本次外业测量使用了3台中海达GPS，依托CORS系统，分为左岸、右岸、测深3个工作组，在10个工作日内完成外业测量任务。CORS作为1个固定的、连续运行的GPS参考站，利用移动GPRS网络，实时地向3台移动站提供经过检验的GPS载波相位、各种改正数、状态等信息。在测量过程中，3台移动站通过连接AHDLCORS，在对已知控制点进行参数校正，获得能够保证整个测区精度的七参数之后，即可进行碎步测量，放置接收机于待测点上，操作手簿即可完成碎步测量工作。

2.2　内业处理

将外业数据导入南方CASS成图软件，在计算机上进行带状地形图的数字化绘制。在带状地形图基础上制作纵、横断面里程数据，在Excel中进行数据编辑，得到按顺序排放的横断面里程文件，然后将纵、横里程文件分别导入南方CASS软件制作出纵、横断面线。结合工程实际在CAD中制作相应的表格，将纵、横断面线按照准确的基准线嵌套到表格中，即可得出河道的纵、横断面图。本次内业成图步骤如下：①数据整理及带状地形图的绘制；②制作里程文件，获得.hdm格式文件；③数据导入软件，即将整理好的数据文件导入进CASS软件；④绘制纵横断面图。图1为内外业一体化制图流程图。

图1　内外业一体化流程图

2.3　成果分析

带状地形图1∶500比例尺的地形图绘制，采用西安80坐标系为平面坐标系。

横断面图如图2～5所示，图中的水平比例尺为1∶100，垂直比例尺为1∶1000，横轴为水平距离(单位：m)，纵轴为85黄海高程值(单位：m)。

该段河道是南北走向，南部地势较低，为河道下游，北部地势较高，为河道上游。横断面的分析自东向西(即图中的左岸为东岸，右岸为西岸)，具体分析如下：①图2中的横轴0位置是河道横断面的最东边，为堤坝的东部边缘，0到30 m之间为河道左侧呈一定坡度的堤坝；横轴30 m位置处有一明显的转折点，可见其为左岸的河口所在点；横轴30 m到50 m为从河口到河底最深处的河道边坡，由图分析可知此段地形陡峭，坡度较大；高程最小值出现在河道中心的底部处，此处即为河底;沿河底往西出现又一段边坡和堤坝，为河道右侧区域。从图中可见左右两岸呈现基本对称、局部不同的特点。②从图2～5依次对比中发现高程变化呈现一定的规律性，变化显著处即是河底的高程，这给河道的设计工作提供了参考依据。③图6是纵断面图，从该图中分析得出河道左岸、右岸、河底的基本走向，高程从最下游0+000里程到01+500逐步上升。

通过纵横断面图的绘制和分析，为工程施工、土方量分配、现场定线等工作提供了基础图件和数据资料。