南水北調(diào)京石段施工控制網(wǎng)復(fù)測(cè)精度分析

崔志成

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050081）

南水北調(diào)京石段施工控制網(wǎng)復(fù)測(cè)精度分析

崔志成

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050081）

南水北調(diào)中線工程京石段開(kāi)工前，通過(guò)對(duì)復(fù)測(cè)控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)是否滿足要求及位移量大小兩方面進(jìn)行精度分析，判斷控制點(diǎn)的穩(wěn)定性和可利用的程度。文中對(duì)控制網(wǎng)精度進(jìn)行了全面分析，對(duì)位移量限差的計(jì)算提出了可行的新方法。

施工控制網(wǎng)；復(fù)測(cè)；GPS控制網(wǎng)；水準(zhǔn)；高程控制網(wǎng)

1 項(xiàng)目概況

南水北調(diào)中線京石應(yīng)急段開(kāi)工前，需要完成對(duì)河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院施測(cè)的渠線加密施工控制網(wǎng)和長(zhǎng)江水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院施測(cè)的建筑物施工控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)，利用復(fù)測(cè)結(jié)果與原成果進(jìn)行分析比較，以檢驗(yàn)原有控制點(diǎn)的穩(wěn)定性，判定是否能夠滿足施工要求。工程覆蓋區(qū)域包括石家莊市和保定市198．8km。

通過(guò)復(fù)測(cè)前對(duì)控制點(diǎn)的普查發(fā)現(xiàn)，渠線控制點(diǎn)被破壞了4個(gè)，建筑物控制點(diǎn)被破壞了10個(gè)，現(xiàn)有控制點(diǎn)密度可以滿足施工要求，未對(duì)破壞的標(biāo)石補(bǔ)埋。

本項(xiàng)工程共觀測(cè)C級(jí)GPS控制點(diǎn)267個(gè) （其中渠線149個(gè)，建筑物118個(gè)），二等水準(zhǔn)447．3km。

2 控制網(wǎng)復(fù)測(cè)精度分析

為了對(duì)兩期的成果進(jìn)行比較，加密施工控制網(wǎng)和建筑物施工控制網(wǎng)復(fù)測(cè)所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)及等級(jí)應(yīng)與原成果一致，采用的儀器設(shè)備的精度指標(biāo)及檢定情況必須滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求。根據(jù)對(duì)復(fù)測(cè)結(jié)構(gòu)的精度分析，來(lái)判定成果的可靠性。

2．1 平面精度的分析

平面精度應(yīng)首先對(duì)GPS控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)進(jìn)行分析，如果本身的精度指標(biāo)達(dá)不到要求，與原有坐標(biāo)成果失去了可比性。

2．1．1 GPS控制網(wǎng)的精度指標(biāo)

GPS平面控制網(wǎng)的精度指標(biāo)主要包括重復(fù)基線檢驗(yàn)、閉合環(huán)檢驗(yàn)、無(wú)約束平差最弱邊相對(duì)精度檢驗(yàn)、二維約束平差最弱邊相對(duì)精度檢驗(yàn)及最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度檢驗(yàn)。

（1）重復(fù)基線檢驗(yàn)。通過(guò)對(duì)超限的基線進(jìn)行分析和優(yōu)化處理，刪除殘差大的衛(wèi)星，并利用Timeline工具選取好的觀測(cè)時(shí)段，使GPS基線取得最優(yōu)解。全網(wǎng)共有重復(fù)基線620條。按《GPS規(guī)范》中C級(jí)網(wǎng)精度指標(biāo)要求，Δ≤2σ。解算數(shù)據(jù)表明，所有重復(fù)基線差值均小于限差要求，GPS基線觀測(cè)不存在系統(tǒng)誤差，滿足規(guī)范要求。

（2）閉合環(huán)檢驗(yàn)。為進(jìn)一步檢查GPS網(wǎng)中各觀測(cè)量的質(zhì)量，對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行了3結(jié)點(diǎn)環(huán)閉合差檢驗(yàn)。環(huán)閉合差坐標(biāo)分量檢驗(yàn)限差 為：Wx=Wy=Wz≤3σ， 即為±94mm。 解算結(jié)果最差為38mm，說(shuō)明均滿足限差要求。

（3）無(wú)約束平差最弱邊相對(duì)精度檢驗(yàn)。三維無(wú)約束平差的目的主要是檢驗(yàn)控制網(wǎng)是否存在粗差。通過(guò)采用各觀測(cè)值的按距離加權(quán)方法，無(wú)約束平差后，渠線最弱邊相對(duì)精度1/102764，建筑物最弱邊相對(duì)精度1/83469，滿足C級(jí)GPS控制網(wǎng)最弱邊相對(duì)精度1/80000的要求，平差結(jié)果說(shuō)明整個(gè)GPS控制網(wǎng)整體觀測(cè)質(zhì)量良好，內(nèi)部符合精度很高，控制網(wǎng)不存在粗差。

（4）二維約束平差最弱邊相對(duì)精度檢驗(yàn)及最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度檢驗(yàn)。渠線控制網(wǎng)以長(zhǎng)江水利委員會(huì)設(shè)計(jì)研究院完成的總干渠C級(jí)骨干網(wǎng)1954年北京坐標(biāo)系成果為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，平差后，最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)精度1/99051，滿足C級(jí)GPS控制網(wǎng)最弱邊相對(duì)精度1/80000的要求。點(diǎn)位精度是衡量控制網(wǎng)精度的一個(gè)重要指標(biāo)，由于GPS規(guī)范沒(méi)有規(guī)定最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度，參照水電規(guī)范專(zhuān)四級(jí)高精度控制網(wǎng)的指標(biāo)要求，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差應(yīng)小于或等于±10mm，本控制網(wǎng)平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±5．7mm，滿足限差的要求；由于首期的建筑物控制網(wǎng)是掛靠在1954年北京坐標(biāo)系下的獨(dú)立直角坐標(biāo)系成果，已經(jīng)消除了高程投影和高斯投影兩項(xiàng)變形的影響，本項(xiàng)目計(jì)算時(shí)，以?xún)蓚€(gè)首期的建筑物控制網(wǎng)成果為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，這樣也消除了兩項(xiàng)投影變形的影響，平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±7．1mm，同樣滿足限差的要求。

綜上所述，復(fù)測(cè)GPS控制網(wǎng)網(wǎng)觀測(cè)不存在系統(tǒng)性誤差和粗差，具有較強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)和可靠性，觀測(cè)精度滿足規(guī)定的各項(xiàng)精度指標(biāo)要求，可以與原成果進(jìn)行比較分析。

2．1．2 水平位移量計(jì)算與控制點(diǎn)穩(wěn)定性分析

GPS規(guī)范及水電規(guī)范均沒(méi)有規(guī)定復(fù)測(cè)成果與原成果差值的限差，按同等級(jí)精度檢測(cè)的誤差傳遞理論，兩次坐標(biāo)差的限差應(yīng)為Δs≤2ms，即ms≤±28mm。 平面復(fù)測(cè)結(jié)果表明，渠線段控制點(diǎn)Ⅲ315差值最大，Δs＝23mm；建筑物控制點(diǎn)CSJ2差值最大，Δs＝15mm，均小于限差±28mm的要求，可以判斷點(diǎn)位未產(chǎn)生顯著位移，說(shuō)明所有控制網(wǎng)點(diǎn)均處于穩(wěn)定狀態(tài)，成果可以利用。

2．2 高程精度的分析

高程精度從高程控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)和垂直位移量（沉降）大小兩方面是否滿足要求進(jìn)行分析。高程精度同樣首先對(duì)高程控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)進(jìn)行分析，如果本身的精度指標(biāo)達(dá)不到要求，與原有高程成果就失去了可比性。高程控制網(wǎng)共分為3個(gè)水準(zhǔn)線路。

2．1．1 高程控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)

（1）每1km水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差。為評(píng)定每一條水準(zhǔn)線路的測(cè)量精度，需要進(jìn)行每1km水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差檢驗(yàn)。每1km水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差最大為±0．66mm，滿足規(guī)范限差±1．0mm的要求，因此項(xiàng)誤差是根據(jù)往返測(cè)高差不符值計(jì)算得來(lái)的，說(shuō)明往返測(cè)高差不符值較小且正負(fù)值分布均勻，觀測(cè)不存在系統(tǒng)誤差。

（2）每1km水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差。每1km水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差為±1．54mm，滿足規(guī)范限差±2．0mm的要求。說(shuō)明高程控制網(wǎng)的精度良好，可以與原成果進(jìn)行比較分析。

2．1．2 沉降位移量計(jì)算與控制點(diǎn)穩(wěn)定性分析

規(guī)范沒(méi)有規(guī)定復(fù)測(cè)成果與原成果差值的限差，應(yīng)首先計(jì)算出限差值。因?yàn)榍€段和建筑物水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度存在明顯差異，根據(jù)公式mh＝±1/2Mw計(jì)算出渠線段和建筑物區(qū)域最弱點(diǎn)高程中誤差分別為±5．9mm（L取平均距離35km）和±3．3mm（L取平均距離11km）。按同等級(jí)精度檢測(cè)的誤差傳遞理論，兩次高程差值的限差Δh≤2mh， 即渠線段mh≤±16．7mm；建筑物區(qū)域mh≤±9．3mm。

高程復(fù)測(cè)結(jié)果表明，渠線段兩控制點(diǎn)Ⅲ316、Ⅲ351兩次差值超過(guò)±16．7mm，建筑物控制點(diǎn)古07兩次差值為66mm，超過(guò)±9．3mm，其他控制點(diǎn)均滿足要求，可以判斷Ⅲ316、Ⅲ351及古07產(chǎn)生明顯沉降，成果不能滿足施工要求，其他控制點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)復(fù)測(cè)平面、高程控制網(wǎng)的精度指標(biāo)及兩次結(jié)果位移量比較分析，確定了控制成果是否能夠滿足施工要求，保證了施工精度和施工質(zhì)量，對(duì)以后南水北調(diào)配套工程的復(fù)測(cè)具有指導(dǎo)作用。

［1］許紹銓?zhuān)瑥埲A海，楊志強(qiáng)，等．GPS測(cè)量原理及應(yīng)用［M］．武漢：武漢大學(xué)出版社，2007．

［2］GB/T 18314—2009，全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范［S］．

［3］李青岳．工程測(cè)量學(xué)［M］．北京：測(cè)繪出版社，1984．

［4］GB/T 12897—2006，國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范［S］．

TV222．2

A

1672-9900（2010）05-0074-02

2010－09－06

崔志成（1965－），男（漢族），河北衡水人，高級(jí)工程師，主要從事測(cè)繪技術(shù)研究工作，（Tel）15832101518。