水文监测井测量方案

1、概述我公司受 公司委托承接了国家地下水监测工程淄博市监测井的测量工作,我公司主要的任务是完成新建、改建监测井的固定水准点、井口的高程及经纬度。淄博市共新建、改建监测井47口，分布于淄博市的五区三县。1.1 测区概况淄博市市域地理坐标为北纬3556 - 3718，东经11732151183100之间，地处鲁北平原与鲁中山地的交接地带，南依泰沂山麓，北濒九曲黄河。市域形态南北狭长，南北最大纵距151公里，东西最大横距87公里。地理位置适中，交通发达，是沟通中原地区和山东半岛的咽喉要道，是山东省重要的交通枢纽城市。淄博市是一座独具特色的组群式城市，现下辖张店区、淄川区、博山区、周村区、临淄区五个市辖区和桓台、高青、沂源三个县以及1个国家级高新技术产业开发区和1个省级文昌湖旅游度假区。五个市辖区呈“T字”状分布，东西南北城区距中心城区分别为20公里左右，城乡交错，布局舒展，形成组群式城市。1.2 采用的基准、系统平面坐标系统高程系统备注WGS841985国家高程基准2、项目的实施为更好地完成此项任务，我公司对技术人员进行了优化调整，技术装备使用具有国内先进或领先水平的软硬件设备，优化生产工艺流程，加强各工序监控点的监测和控制，在各工序的作业过程中严格执行了规范的技术要求和标准，保证了该工程按设计要求顺利完成。2.1 作业依据、技术规范（1）全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314-2009）;（2）全球定位系统实施动态测量（RTK）技术规范（CH/T2009-2010）;（3）国家三、四等水准测量规范（GB/T 12898-2009）;（4） 地下水监测井建设规范 （DZ/T 0270-2014）;（5）水利水电工程施工测量规范（SL197-2013）。2.2项目实施所使用的主要硬件设备（1）南方双频GPS接收机S82两台（套）。（2）水准仪1台（2级）。（3）联想笔记本电脑2台。（4）南方CASS9.0地形成图软件1套。2.3 作业时间及工作量计划预计2014年3月27日开始进场测量，于2013年4月4日结束外业工作。预计测量水准点 个，完成监测站固定水准点、井口高程及经纬度测量各47个。2.4 作业流程 GPS高程拟合是一项精确度要求很高的工作，因此要制定详细的作业流程，本项目的作业流程如下：测量准备-野外测量-内业计算-测量总结2.5测量准备 测量准备工作包括编制测量方案及各级水准点资料的收集及仪器设备准备。 水准点、井口平面位置拟采用GPS实施动态测量（RTK）方式，基准站采用SDCORS技术（是山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统的英文缩写）。使用经纬度表示，精确到0.01秒。 水准测量采用GPS测量，测量已知水准点 、测站固定水准点、井口的大地高，利用已知点的正常高（1985国家高程基准），计算测区的高程拟合参数，求取测站固定水准点、井口的正常高。如监测井位于房内，使用水准仪引测井口高程。 整个测区既有平原，也有山地，最大高差达一千米以上，拟采用分区拟合的方式求取正常高。 测区已有的水准点资料有：国家、等水准点，国家B、C级GPS（三等水准）点，2014年淄博市水文局委托测绘单位测绘的水文站三、四等水准点。 准备的测绘设备有双频式GPS接收机、水准仪、三角架、对中器、钢卷尺等。2.6野外测量野外测量采用GPS实时动态测量（RTK）方式，基准站采用SDCORS技术（是山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统的英文缩写）。平面坐标采用WGS84坐标,高程采用GPS测量的大地高经过高程拟合后得到，经过拟合后的高程精度可以达到四等水准要求。（1）CORS工作原理 CORS是在一定的区域范围内，均匀的设置多个永久性的可以连续运行的GPS参考站，形成一个参考站网，并建立各种的网络误差模型，各个参考站之间按照设定的采样率进行连续观测，利用通讯数据系统，将适时的观测数据输送给系统的控制中心，然后由系统控制中心对各个站的数据进行质量分析和处理，对整个的数据进行统一的解算，通过估算得出网内各种系统出现的误差，从而获得本区域内的误差改正模型。再把改正过的GPS数据发送给用户，而用户只需要一台GPS接收机就可以收到，从而可以在事后或者实时得到可靠的定位结果。CORS有多种网络RTK技术，例如综合误差内插法技术、主辅站技术、区域改正参数技术、虚拟参考值技术等。（2）使用CORS站优势使用CORS有着非常明显的优势：可以为测绘工作提供一个统一的基准，从而解决不同地形之间的坐标系统差异问题；CORS采用的是连续基站，在测量时很便于观测，使用方便，可以有效的提高工作的效率；用户可以实现单机作业，不再需要架设参考站，大大的降低了相关的费用；可以有效拓宽GPS的服务范围，并且大大提高精度的可靠性；CORS的数据监控系统比较完善，通过消除或者消弱各种系统误差的方式，可以获得可靠性高和高精度的定位结果；通过固定可靠数据链的通讯方式，可以在一定程度上减少噪声的干扰；可以提供远程互联网服务，使数据可以共享。（3）GPS实时动态测量（RTK）的特点实时动态 (Real Time Kinematic-RTK)定位技术，是GPS测量技术与数据传输技术相结合的产物，是GPS测量技术发展中的一个新的突破。采用RTK定位技术，利用现代化无线电通信技书术随时将基准站的观测数据传送给流动站，加上快速解算模糊度的技术，便产生了实时动态定位模式,实时计算定位结果。通过实时定位结果，便可监测观测成果和解算结果的收敛情况，从而能实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。此外，由于实时动态测量具有实时，因而克服了GPS测量的局限性，不仅可以进行各种控制测量工作，而且可以进行施工放样。RTK实时动态测量的基本过程是：基准站数据调制发射接收流动接收机解调电子手薄，构成一条无线数据链。基准站接收机随时将观测数据通过数据链传送给流动站，与流动站接收机的观测数据汇集于电子手薄并进入数据处理系统，实时地提供测点坐标。（4）GPS野外测量 GPS测量需要采集的数据为已知水准点、测站固定水准点、监测井井口的平面及大地高程。 在水准点上架设三角架，利用对中器固定接收机机头，严格对中、整平后开始观测。天线高是指观测时天线平均相位中心至测站中心标志面的高度，分为上、下两段：上段是指相位中心至天线底面的高度，这是常数hc，由厂家给出；下段是从天线底面至测站中心标志面的高度，由观测员在现场采用倾斜测量方法直接量取。观测时量取两次天线高，两次量高之差不大于3mm，取平均值作为最后天线高，精确到0.001米。观测开始前应对仪器初始化，在固定解的状态下测量，每次观测历元数不少于20个，采样间隔2-5秒，每次观测的大地高较差应不大于4厘米，取平均值作为最终值。RTK卫星的状态应符合下表的要求。 当固定水准点周围观测环境不能满足观测要求时，应在离水准点不远的开阔处设置临时点，获取临时点的高程，然后使用水准仪按四等标准引测到固定水准点上。（5）内业计算GPS高程拟合参数计算采用专用软件计算，由于测区范围较大、高差变化较大，因此计算时划分区域分别计算拟合参数。GPS高程拟合的方法有二次多项式拟合、多面函数拟合等。不同的地势所采用的方法不同，拟合后的精度也不同。采用不同的方法拟合后作比较，选择最佳的方法作为最终参数。计算出拟合参数后，导入GPS原始观测数据，计算出所有数据的拟合高程，然后进行GPS高程精度评定。为了能客观地评定GPS水准计算的精度，在布设几何水准联测点时，适当多联测几个GPS点，其点位也应均匀地分布全网，以作外部检核用。内符合精度根据参与拟合计算已知点的值与拟合值 ，用求拟合残差，按下式计算GPS水准拟合计算的内符合精度: (2.8)式中n为V的个数。外符合精度根据核检点与拟合值之差，按下式计算GPS水准的外符合精度M: (2.9)其中n为检核点数。GPS水准精度评定(1)根据检核点至已知点的距离L（单位：公里），按下表计算检核点拟合残差的限值，以此来评定GPS水准所能达到的精度。(2)用GPS水准求出的GPS间的正常高程差，在已知点间组成附合或闭合高程导线，按计算的闭合差W与表2-1中允许残差比较，来衡量GPS水准达到的精度。表2-1 GPS水准限差等 级允许残差（mm）三等几何水准测量四等几何水准测量普通几何水准测量4，质量控制2.4.1GPS高程的误差来源正如其他测量工作一样，GPS高程测量同样不可避免地会受到测量误差的干扰。GPS高程的误差来源分为三个方面：GPS大地高的测量误差、水准联测的误差和GPS高程转换过程中的误差。(1)GPS大地高的测量误差影响GPS大地高精度的因素有很多，主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备，还有与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等的影响。(2)水准联测的误差用于拟合的已知水准点的精度，直接影响到拟合结果的精度。因此，外业水准联测的精度和可靠性是影响GPS高程拟合的关键因素之一。在进行水准联测时，联测的水准点能表现测区的地形变化情况，并且各水准点要尽量均匀分布，如果条件允许，尽量进行高等级的水准联测，以减少水准联测带来的误差。(3)GPS高程转换过程中的误差虽然，GPS高程转换技术发展到今天已经有了很大的发展，但目前为止还没有一种通用的模型，由于选择使用不恰当的模型而带来的误差称为模型误差脚。某一区域的GPS高程拟合结果的精度与转换方法的选择有很大的关系。GPS高程转换结果的精度与测区的地形、选择的转换模型、选择已知点的数量以及已知点的分布有很大的关系。所选的高程转换模型是要能拟合出整个区域的最佳的似大地水准面或高程异常面，由于我们通常选用的数学模型属于单一曲面，然而，大地水准面根据各地的重力特征而产生复杂微妙的变化，因此，我们拟合出的似大地水准面很难和实际的似大地水准面或高程异常面一致。2.4.2削弱或消除误差的方法上述的各项误差对GPS高程的影响是不容忽视的。必需对其影响进行削弱、消除。其中采用的主要的方法有以下几方面。2.4.2.1提高大地高测定的精度(1)提高局部GPS网基线解算的起算点坐标的精度研究表明，当起算点坐标有10m误差时，对其他GPS点的高程会产生10mm的误差。因此，应尽量采用国家A、B级GPS网点为局部GPS网的起算点。(2)改善GPS星历的精度有关文献分析表明，用精密星历比用广播星历可提高精度34%。美国实施SA政策后，我们应建立自己的测轨系统。(3)选用双频GPS接收机。(4)观测时应选择最佳的卫星分布(5)减弱多路径误差和对流层延迟误差(6)大于10km的GPS网点应实测气象参数实践表明，当边长大于10km，两端点气压为7mbar，气温差为2相对湿度为4%，此时用实测气象参数与取平均气象参数对基线处理的边长仅产生1mm误差，对大地高差产生0.1m误差。2.4.2.2.提高联测几何水准的精度据分析，采用四等几何水准联测的误差，约占GPS水准总误差的30%。因此，尽量采用三等几何水准来联测GPS点。对有特殊应用的GPS网，用二等精密水准来联测，以利有效地提高GPS水准的精度。2.4.2.3.提高转换参数的精度提高转换参数精度的方法是利用我国已有的VLBI和SLR站的地心坐标转换参数，或利用国家A、B级GPS网点来推算转换参数。但这一项误差在GPS水准中是次要的。2.4.2.4提高拟合计算的精度提高拟合计算的精度办法有：(1)根据测区似大地水准面变化情况，合理地布设已知点，并选定足够的已知点。(2)根据不同测区，选用合适的拟合模型。对高差大于100m的测区，一般要加地形改正。(3)对含有不同趋势地区的大测区，可采取分区计算的办法。(4)计算时，坐标取到米或10m，但高程异常应取到毫米。计算结果应由计算机绘出测区高程异常等值线图，以便分析测区高程异常变化情况，提高拟合计算精度。5，提交的资料项目完成后向甲方提交如下资料：（1）地下监测井坐标、高程引测技术方案；（2）各项内外业观测资料、平差报告、精度评定成果；（3）各测站高程及坐标成果一览表；（4）监测井分布图；（5）成果自验收意见； （6）成果提交形式：纸质报告10套、电子版一套。5