四川省水文(位)站高程基准统一实践分析

2023-12-30胡道科扈亚琴

四川水利 2023年6期

胡道科,扈亚琴

(四川省水文水资源勘测中心,成都 610036)

1 基本情况

1.1 项目概况

四川省水文系统各类水文(位)站点共664个,长期以来水位基准多采用黄海、吴淞、假定等不同的高程系统,导致流域内上下游水位无法直接比较使用,严重影响水文监测预警预报、防汛减灾及水资源管理等工作。本项目结合四川省水利厅组织开展的全省水旱灾害风险普查工作,将四川省水文系统的水文(位)站通过高程测量统一到1985国家高程系统。

1.2 测区概况

四川省位于中国大陆地势第一级青藏高原和第三级长江中下游平原的过渡带,西高东低,地貌复杂。西部为高原、山地,海拔多在3 000 m以上;东部为盆地、丘陵,海拔多在500～2 000 m。

四川省河流众多,以长江水系为主,流域面积100 km2以上的河流有1 368条,流域面积500 km2以上的河流285条,流域面积10 000 km2以上的河流有20条,除西北部的白河、黑河由南向北注入黄河外,其余均属长江水系[1]。东部盆地区主要河流有岷江、青衣江、沱江、涪江、嘉陵江、渠江;西部高原和高山峡谷区主要河流有大渡河、雅砻江、金沙江及安宁河。

川西北高原高山地区由于地形条件恶劣,干线公路技术等级低,路网稀疏,路况较差,落石滑坡路段多,通行安全隐患较大。本项目中三州地区的水文(位)站点数量占全省总量的1/4,点间距离远,点位观测条件差,实施难度高,通行时间和费用成本高,是整个项目的困难点。四川盆地、川东和川南地区高速、国道、省道、县道、村村通等路网完善,路况条件较好,外业观测效率相对川西较高。

2 工作内容

收集全省水文系统664个水文(位)站的基本信息,对GNSS[2]外业静态观测数据和SCCORS同时段数据进行联测解算获取水文(位)站水准点的CGCS2000平面坐标和大地高,利用四川省卫星定位连续运行基准站系统(SCCORS)[3]的似大地水准面精化模型[4]将水准点的大地高拟合为1985基准高程,实现全省664个水文(位)站水准点高程系统统一到1985国家高程基准。

3 基准与精度指标

3.1 坐标系统

坐标系统采用2000国家大地坐标系统。

表1 2000国家大地坐标系椭球参数

3.2 高程基准

高程系统采用1985国家高程基准,高程转换利用SCCORS系统似大地水准面精化模型进行拟合转换。拟合精度见图1。

图1 四川似大地水准面拟合精度

3.3 时间基准

GNSS观测采用协调世界时(UTC),外业观测记录采用北京标准时(BST)。

3.4 联测基准站

根据四川省卫星定位连续运行基准站系统(SCCORS)186个基准站作为本次项目平面控制和高程统一的起算点。

CORS系统是连续运行参考站系统(Continuously Operating Reference Stations),即由一个或若干个固定的24 h连续运行的GNSS基准站,利用计算机、数据通讯和互联网(LAN/WAN)技术组成网络,实时地向不同类型、不同层次的用户提供经过检验的不同类型的GNSS观测值、各种改正数、状态信息及其他有关GNSS服务项目的系统[5]。目前四川省已基本建成186个兼容北斗的多模卫星连续运行基准站(SCCORS系统),能够为全省提供可靠和高效的空间位置静态和动态服务,满足用户对高精度、稳定、连续的观测数据需求。

3.5 主要精度指标

GNSS控制网测量精度指标达到E级标准,满足表2要求。

表2 GNSS控制网测量精度指标要求

4 项目实施

4.1 测量方案的比较选取

在项目实施之前,项目组提前搜集了全省水文系统的664个水文(位)站点基础信息、664个站点的分布状况,各测区的地形、气候、交通等资料。省水文系统水文(位)站点数量众多,分散在全省21个市(州),甘孜、阿坝、凉山等地区交通条件困难,且大部分站点距离国家基本水准点距离较远,采用传统水准测量方法进行测量耗时长、花费人力物力巨大。经对传统水准测量、GNSS静态测量、GNSS RTK动态测量、基于SCCORS系统的静态测量等方案进行综合比较分析,采用基于SCCORS系统的静态拟合测量方案最优,测量精度较高,测量方式灵活,不受地域、起算点等因素影响,测量效率高,经济成本低。最终,确定全省水文系统664个水文(位)站高程统一工作采用基于SCCORS系统的静态测量方式。各测量方案优缺点对照见表3。

表3 各测量方案优缺点对照

4.2 技术路线

项目组根据SCCORS已有基准站及施测水准点的分布位置、与参考站之间的距离、地形高差对观测精度的影响因素,及似大地水准面精化成果在不同测区精度指标的差异,确定相应站点GNSS观测时长,最大可能提升数据精度。在川西北高原高山地区,由于地势起伏大,CORS基准站分布较少,基线距离长,外业观测参照D级控制网要求执行(甘孜州、阿坝州、凉山州和绵阳西北部地区),四川盆地和川东地区参照E级控制网要求执行外业观测作业,静态观测采集GPS+BDS卫星数据联合处理,内业参照E级控制网标准进行数据解算。

四川省水文系统的水文(位)站已建成的水准点部分位于站房墙角、河堤、坎下、树林等不利于GNSS观测的位置,此类水准点的85基准高程值的确认通过在附近选择开阔地带设置临时GNSS观测点,通过基于SCCORS系统静态测量方式观测并解算得到临时观测点85基准高程值,再采用三等水准测量方式将临时观测点的85基准高程值引测到水准点从而得到水准点85基准高程值。项目实施技术路线见图2所示。

图2 技术路线

5 质量控制及评定

5.1 内业解算

在外业数据采集完成后, 自然资源部第三大地测量队 CORS 中心解算人员联合各观测点的GNSS观测数据与周边SCCORS 基准站的同步数据进行数据的基线解算、平面和高程约束网平差、精度评定、85高程转换、输出解算报告和高程成果表。根据解算报告进行精度评定,对中误差超限的观测点,根据观测数据质量检查和现场情况判定原因(如周围有植被或建筑遮挡、高压线、信号塔等电磁干扰等),确定原因后避开干扰源重新选择观测点并进行复测。

5.2 外业校测

在外业观测及内业解算工作结束后,项目组随机抽取了汉王场(二)、高景关(四)、和平、街子4个水文站的水准点,采用基于SCCORS系统静态测量方式,延长静态测量观测时长对该4个水准点进行复测,解算出85高程值作对比(如表4)。经过对比验证,原观测成果可靠,可以采用。

表4 水准点校测结果比较

5.3 外业RTK大地高检查及水准测量高差核对

在自然资源部第三大地测量队CORS中心完成GNSS成果解算后,地区水文中心将计算得出的水准点高程成果整理复核,并使用RTK到水文(位)站现场逐个核对成果表中高程点、临时点大地高程值及水准观测高差值。在检查、复核设有临时观测点的水准测量数据时,发现部分点位在三等水准测量时未按要求从高程点往临时点进行返测,导致高差值正负号记反,地区水文中心组织逐个核查522个设置有临时观测点的《水准测量记录表》数据,对有误数据全部做了校正。