水利工程测量中SXCORS高程控制精度分析

魏学文

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概述

水利工程相比一般土建工程而言，不仅投资大、工期长、工程量大，而且工程条件复杂、施工难度较高、经济效益较低、影响国民经济、失事后果严重等。因此，水利工程测量工作比一般土建工程显得更为重要，无论是在勘测设计阶段、施工建设阶段，还是在运行管理阶段，都应在具备测量成果的基础上才能顺利进行，特别是水利工程测量中的高程测量工作尤为重要。修建水库时，首先要测量河底高程、水位深度，经过计算设计后才能确定大坝的基础深度、坝体高度、蓄水高度、淹没、移民和安置高度。精确的高程测量是水利工程建设的重要基础。

传统的高程测量使用精密水准仪配合水准尺进行等级水准测量，每个测量小组需要5人以上，经过长途跋涉，测量出每个站点的相对高差，经严密平差计算，才能推算出未知水准点或放样要求的高程值。这种高程测量方法精度较高、技术成熟，但劳动强度大、干扰因素多、测量效率低，而且容易超出规范限差和返工浪费。通过SXCORS系统对不同地区、不同等级和不同水利工程类型的等级水准测量成果进行检测测量，来分析SXCORS系统的高程测量精度。

SXCORS系统是山西省连续运行卫星定位参考站系统，可定义为山西省内一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，综合应用GNSS定位技术、计算机技术、网络通讯技术进行实时差分改正、信息解算，提供满足GPS用户使用数据以及其他有关GPS服务项目的系统。与传统的GPS作业相比，连续运行参考站具有作用范围广、精度高、野外单机作业等诸多优点，对传统高程测量方式产生了颠覆性影响。

2 工程实例

2.1 水库工程高程检测测量

水库工程高程检测测量是检测山区地形、小区域（相对网络覆盖区域可视为点状区域）、单基站、近距离（10 km以内）情况下的CORS高程测量精度。

拟建的守口堡水库位于山西省大同市阳高县城西北约10 km的黑水河上游段，是永定河上游防洪的骨干工程，也是缓解当地水资源供需矛盾、促进大同市工农业发展的优选方案。为满足1/500坝址地形测图、1/2000库区地形测图、断面测绘以及施工放样的需要，通过传统的等级水准测量布设了四等和五等两级水准网，四等水准路线总长约10 km，五等水准路线总长约15 km，成果精度满足《规范》的各项限差要求。

2.1.1 测量方法

第一，四等和五等水准分别测量4点，平均测段长度约1 km（不足1 km按1 km计），路线长度4 km。第二，选用南方测绘S86T双频双星CORS移动站仪器。第三，选取没有影响卫星信号或影响较小的水准点作为检测点。第四，严格对中整平仪器。第五，测量前预热和静置仪器，检查电池容量和接收机的储存空间。第六，测量对中误差小于2 mm，分别量取天线高3次，精确至1 mm，较差小于3 mm时取平均值。第七，CORS信号强劲，稳定保持5 s固定解后方可采集。第八，每点观测2个测回，每测回记录2次数据，读数较差小于1.5 cm，测回差小于2.0 cm时，该测回成果取平均值；超出上述限差时，重新测量本测回或测点。

2.1.2 测量精度

检测测量的CORS高程原始数据为WGS2000格式，经山西省测绘局GPS中心转换为当地坐标成果，与已有水准测量成果计算较差。通过比较各点高程高差，可以计算测段和路线的精度，见表1。

表1 水库工程水准测量限差及CORS检测精度比较表

由表1可见，守口堡水库工程CORS高程测量精度均高于《规范》规定的五等水准限差。

2.2 线路工程高程检测测量

线路工程高程检测测量是检测平川地形、大区域（水利工程线路可长达几十公里或100 km以上）、多基站、远距离（CORS基站建在城镇）情况下的CORS高程测量精度。

坪上应急引水工程位于山西省忻州市,横贯忻府区、定襄县、五台县，干线长达120 km，是缓解当地水资源供需矛盾、促进忻州市工农业发展的有效方案。为满足工程勘测设计及施工放样的需要，通过传统的等级水准测量布设了四等和五等两级水准网，四等水准线路总长160 km，五等水准路线总长200 km，成果精度满足《规范》的各项限差要求。

2.2.1 测量方法

第一，四等水准检测测量16点，平均测段长度约2 km，路线长度约30 km。五等水准测量22点，平均测段长度约2 km，路线长度约26 km。第二，考虑到测区跨度大、多基站测量的特点，每点测回数增加为3个，每测回记录2次数据，读数较差小于1.5 cm，测回差小于2.0 cm时，该测回成果取读数平均值；超出上述限差时，重新测量本测回或测点。其测量方法同前。

2.2.2 测量精度

通过比较各点高程高差，计算测段和路线测量精度，见表2。由表2可见，坪上应急引水工程CORS高程测量精度均高于《规范》规定的四等水准各项限差。

2.3 检测测量数据分析

根据前述检测数据可以统计出SXCORS系统测量的高程较差分布范围，见表3。

从检测测量的数据分析统计可见，无论是以单基站、近距离、点状山区为代表的水库工程，还是以多基站、远距离、线（面）状平川为代表的线路工程，通过SXCORS系统测量的高程成果具有以下特点：一是测量精度的偶然性。即使在同一个水准点上，使用SXCORS系统测量的每一测回数据均有差异，通过增加观测时间测定的数据也不尽相同。二是相对高精度的系统性。虽然测绘差具有偶然性，但测量高程较差有50%左右，精度均在3 cm以内；较差有80%以上，精度均在5 cm以内。对于每站测量时间约5 min左右、测量人员1名的高程控制测量方法非常高效准确。理论上，应该采取增加测回数取平均值的方法来提高精度。三是误差不传递、不累积的独立性。由表1～3可见，无论测段（或路线）长度如何变化，测点高差较差和闭合差均在3～5 cm左右，说明测量误差没有随路线长度增加而增大，这种误差不传递、不累积的独立性正是其在工程测量中的优势所在。四是水准模型精化的区域性。平川地区检测精度略高于山区检测精度，是由于平川地区原有高等级水准网络、高程异常值均匀，以及CORS网络信号强劲稳定干扰少，使水准模型精化更为准确。

表2 线路工程水准测量限差及CORS检测精度比较表

表3 SXCORS高程测量较差分布范围统计表

3 结语

通过对两个具有不同区域的代表性工程高程测量检测和精度分析，虽然个别指标能达到四等或五等水准测量精度，但其精度的偶然性局限了SXCORS系统进行高程测量的可靠性。目前使用该系统进行高程测量时应通过分布试验的方法确定不同测区的测量精度，“取长避短”的长距离测设高程起算点，可提高网内的相对精度，更好地服务水利工程测量和建设。