GPS骨架網(wǎng)布設(shè)與探討

□張洪啟（河南省水利勘測有限公司）

一、工程概況

南水北調(diào)中線城市輸水配套工程，河南省黃河以北地區(qū)受水區(qū)供水城市19座，布設(shè)輸水管線14條，長度約320km，其中34線向?？h、濮陽市輸水，管線長度約100km，36線向內(nèi)黃縣輸水，管線長度約60km。遠(yuǎn)離南水北調(diào)中線總干渠，為了保證城市輸水配套工程與總干渠工程較好地銜接，根據(jù)技術(shù)大綱要求必須采用統(tǒng)一的平面、高程系統(tǒng)。

二、已有資料的利用與分析

沿南水北調(diào)中線總干渠，水利部長委院2005年測設(shè)的“南水北調(diào)中線一期工程干線(除京石段)首級施工控制網(wǎng)”，平面坐標(biāo)系統(tǒng)為1954年北京坐標(biāo)系，等級為C級GPS，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準(zhǔn)，等級為二等水準(zhǔn)?？刂凭W(wǎng)精度良好，標(biāo)石完整，可作為本工程的起算數(shù)據(jù)。

河南省水利勘測設(shè)計(jì)院提供的1/5萬“南水北調(diào)中線河南省受水區(qū)城市供水配套工程規(guī)劃圖冊”，內(nèi)容詳細(xì)，可作為控制網(wǎng)布設(shè)規(guī)劃用圖。

三、C級GPS骨架網(wǎng)平面控制網(wǎng)

（一）布網(wǎng)方案

由于34線、36線末端距總干渠的距離約為100km和60km，兩條線路相距約30km，且基本平行，經(jīng)過多種方案的比較、論證，最后決定首先布設(shè)C級GPS骨架網(wǎng)，作為這兩條線路的首級控制網(wǎng)。34線共埋設(shè)20座標(biāo)石，取C3411、C3419兩個點(diǎn)，36線共埋設(shè)12座標(biāo)石，取C3606、C3612兩個點(diǎn)，和總干渠首級控制網(wǎng)的ML254、ML308構(gòu)成骨架網(wǎng)，ML254、ML308作為起算點(diǎn)。骨架網(wǎng)布設(shè)成典型的多邊形控制網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上再做C級GPS控制網(wǎng)，骨架網(wǎng)形如圖1。

圖1 骨架網(wǎng)略圖

（二）選點(diǎn)與埋石

控制網(wǎng)的點(diǎn)位選在便于使用和能長期保存的堅(jiān)實(shí)原狀土上，避開耕地，選在道路旁邊、溝坎邊沿、河渠岸邊，且要遠(yuǎn)離高壓輸電線，并考慮樹冠的影響，盡量減少接收衛(wèi)星信號的干擾和多路徑誤差。

標(biāo)石尺寸參照三等水準(zhǔn)標(biāo)石規(guī)格預(yù)制，現(xiàn)場澆注底盤，柱石及底盤尺寸見圖2。標(biāo)石露出地面2cm，標(biāo)志為半球狀鑄鐵標(biāo)志，中心刻十字線。

圖2 標(biāo)石尺寸示意圖(單位：m)

（三）儀器設(shè)備的選擇與觀測

使用Leica1230雙頻靜態(tài)4臺套GPS接收機(jī)，其標(biāo)稱精度為（±3mm+0.5ppm×D），觀測時按照國家《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》B/T18314-2001的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行作業(yè)，對其觀測2個時段，每個時段長延長為120min。

（四）數(shù)據(jù)處理與精度評定

數(shù)據(jù)處理采用Leica LGO軟件進(jìn)行基線向量解算和約束平差計(jì)算，首先進(jìn)行基線向量解算，全網(wǎng)共11條邊，最大邊長為47990m，最短邊長為18250m，平均邊長為34070m，基線觀測精度見表1。該控制網(wǎng)異步環(huán)共80個，所有環(huán)的相對閉合差均＜1ppm，絕對閉合差最大為69.3mm，最小為3.1mm，精度統(tǒng)計(jì)見表2。同步閉合環(huán)12個，所有環(huán)的相對閉合差均＜1ppm，絕對閉合差最大為33.9mm，最小為4.0mm，均小于規(guī)范規(guī)定的限差值，其精度見表3。其次是進(jìn)行二維約束平差，由于本測區(qū)只有2個已知點(diǎn)，且分布不均勻，只在網(wǎng)的一側(cè)，故采用兩步轉(zhuǎn)換，先選擇經(jīng)典三維法，在參數(shù)數(shù)目選項(xiàng)卡選擇“三平移、比例因子、繞Z軸的旋轉(zhuǎn)”，確定一個預(yù)轉(zhuǎn)換參數(shù)，再選擇兩步法進(jìn)行第二步平差計(jì)算，在預(yù)轉(zhuǎn)換選項(xiàng)中選擇已確定的參數(shù)，這樣確定一個較準(zhǔn)確的1954年北京坐標(biāo)系的參數(shù)，利用這一參數(shù)解算該控制網(wǎng)的1954年北京坐標(biāo)，二維約束平差點(diǎn)位精度見表4。

表1 基線精度統(tǒng)計(jì)表

表2 異步環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)

表3 同步環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)

表4 點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)

由以上數(shù)據(jù)可以看出WGS-84三維無約束平差和二維約束平差的精度良好，可以滿足工程建設(shè)的要求。

四、高程控制測量

（一）布網(wǎng)方案

高程控制網(wǎng)采用1985國家高程基準(zhǔn)，由ML254、ML308和Ⅱ清濮5、Ⅱ安清14四個二等水準(zhǔn)點(diǎn)和34線的20座標(biāo)石和36線的12座標(biāo)石布設(shè)成由兩個結(jié)點(diǎn)組成的結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，按三等水準(zhǔn)精度施測，布網(wǎng)略圖見圖3。

圖3 水準(zhǔn)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)圖

（二）儀器的選擇與使用

水準(zhǔn)線路的施測使用Dini12數(shù)字水準(zhǔn)儀，其標(biāo)稱精度為往返測每公里高差中誤差為±0.3mm。執(zhí)行《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》GB12898-91的有關(guān)規(guī)定，在開始測量之前，首先將相應(yīng)等級的限差輸入儀器，把儀器的配置設(shè)置好。觀測時，只需對準(zhǔn)尺子，進(jìn)行調(diào)焦、按鍵、儀器自動記錄觀測數(shù)據(jù)，操作方便。施測前，對線路的起算點(diǎn)ML254進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表5。在進(jìn)行觀測時，要用繩尺丈量視距，盡量減小測站的前后視距差和線路的前后視距累計(jì)差。

表5 檢測精度統(tǒng)計(jì)表

（三）平差計(jì)算與精度評定

平差計(jì)算采用河南省水利勘測有限公司編寫的“三、四等水準(zhǔn)平差”程序，觀測高差進(jìn)行尺長改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正和閉合差改正。線路環(huán)線總長度為223km，線路條數(shù)為5條，每公里偶然中誤差M△=±0.14mm，單位權(quán)中誤差μ=±1.6mm，每公里全中誤差MW=±1.8mm，精度見表6。

表6 三等水準(zhǔn)精度統(tǒng)計(jì)表

由以上各項(xiàng)精度指標(biāo)可以看出：該水準(zhǔn)線路的各項(xiàng)限差均在范圍之內(nèi)，符合三等水準(zhǔn)測量的要求。

[1]武漢測繪科技大學(xué)，控制測量學(xué)[M]，北京：測繪出版社，1988.