GPS技術(shù)在臨潼段石川河防洪工程測量中的應(yīng)用

霍　維

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710021)

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GPS技術(shù)在臨潼段石川河防洪工程測量中的應(yīng)用

霍維

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710021)

GPS技術(shù)能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精確坐標以及其他相關(guān)信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點。結(jié)合在臨潼段石川河防洪工程測量中，從測區(qū)首級平面控制網(wǎng)點位選埋、外業(yè)觀測、基線處理、平差計算及高程控制網(wǎng)的具體施測方法等方面進行討論，并利用首級控制成果，采用GPS-RTK方法進行河道斷面測量、地形圖測量。

GPS技術(shù)；平面、高程控制；工程測量

1　概述

石川河屬于渭河支流，發(fā)源于陜西省銅川市，流經(jīng)銅川市王益區(qū)、耀州區(qū)，渭南市富平縣，西安市閻良區(qū)、臨潼區(qū)，最后于西安市臨潼區(qū)的交口鎮(zhèn)流入渭河。

測區(qū)位于臨潼區(qū)渭河以北的黃土臺源區(qū)及沖擊平原區(qū)，地形北高南低，兩岸階地發(fā)育，地勢高差較大，河道內(nèi)灌木雜草、蘆葦茂密，兩岸坎上樹木高大，衛(wèi)星信號較差。測區(qū)分為兩段，分別位于臨潼區(qū)相橋鎮(zhèn)、交口鎮(zhèn)段的石川河河道。相橋鎮(zhèn)段縱向長約3 km，交口鎮(zhèn)段河道縱向長約1.1 km，寬度約400～600 m，呈狹長帶狀。

隨著沿河兩岸經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展及采砂等因素對河道的嚴重破壞，極大的影響了河道的防洪能力。2013年以來，隨著陜西省重要支流治理項目的實施，省水利廳加大了對石川河治理的投入，我院承擔了陜西省重要支流治理項目臨潼區(qū)石川河防洪工程初步設(shè)計和施工圖設(shè)計測量任務(wù)。

本文結(jié)合對臨潼段石川河上建立的五等平面控制網(wǎng)、四等高程控制網(wǎng)得到的首級測量成果，對該控制網(wǎng)的成果進行了分析。并利用得到的控制網(wǎng)成果采用華測X91接收機進行測區(qū)轉(zhuǎn)化參數(shù)的求取，并進行地形圖、河道斷面測量，為設(shè)計人員提供基礎(chǔ)測量資料。

2　GPS平面控制

2.1采用的平面、高程系統(tǒng)

平面系統(tǒng)：1980西安坐標系，中央子午線為108°。高程系統(tǒng)：1985國家高程基準，等級為四等。

2.2控制點的布設(shè)

為滿足本項目的施工要求，在兩段測區(qū)統(tǒng)一布設(shè)一個五等平面控制網(wǎng)作為測區(qū)首級控制。本次在測區(qū)共布設(shè)固定標石12個，每個標石至少有一個通視方向，且點位布設(shè)在河道兩岸牢固、可靠，易于保存，交通方便，易于GPS靜態(tài)觀測的地方。

2.3平面控制網(wǎng)觀測及處理

2.3.1外業(yè)觀測

測區(qū)首級平面控制網(wǎng)以陜西省測繪局2005年施測的C級GPS點f173及2012年施測《陜西省三門峽庫區(qū)淤積斷面設(shè)施測量》時布設(shè)的D級GPS控制點D073、D0793個點作為起算點，按邊連式組網(wǎng)，外業(yè)采用5臺華測X91雙頻GPS接收機以靜態(tài)模式觀測，按五等平面精度連測布設(shè)的S1、S2……S12，共觀測5個時段，每時段觀測50分鐘，觀測時段數(shù)為2.0，大于《水利水電工程測量規(guī)范》規(guī)范要求的1.2，全網(wǎng)共15個點。

觀測前制定作業(yè)調(diào)度表，觀測時嚴格按照調(diào)度表規(guī)定進行作業(yè)，保證同步觀測。觀測時，嚴格整平儀器，每時段觀測前后各量取天線高三次，取平均值作為觀測前后天線高，觀測前后天線高之差不大于3 mm，并取前后兩次天線高平均值作為最后的天線高，由作業(yè)人員記錄在觀測手簿上，并觀察接收機情況，避免出現(xiàn)儀器不記錄數(shù)據(jù)。

圖1　臨潼段石川河GPS控制網(wǎng)示意圖

2.3.2內(nèi)業(yè)平差

(1)內(nèi)業(yè)計算采用華測GPS隨機軟件Compass靜態(tài)處理軟件進行基線解算。根據(jù)基線殘差圖剔除質(zhì)量差的觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，提高基線觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，解算過程中沒有被拒絕的基線?；€結(jié)算后最大中誤差為0.00 54 m，最小中誤差為0.001 4 m，滿足規(guī)范要求。

(2)三維無約束平差：在WGS-84橢球上進行三維無約束平差，無約束平差通過后，最大點位中誤差為0.005 0 m，最小點位中誤差為0.001 6 m，邊長中誤差最弱為1:799 50，滿足規(guī)范要求。

(3)約束平差：無約束平差通過后，以陜西省測繪局2005年施測的C級GPS點f173及2012年施測《陜西省三門峽庫區(qū)淤積斷面設(shè)施測量》時布設(shè)的D級GPS控制點D073、D0793作為約束點，在1980西安坐標系下進行約束平差，中央子午線為108°。由于測區(qū)位于108°邊緣地帶，受投影變形影響，平差后的GPS反算邊長和全站儀實測邊長的差值不能達到1/20 000。

為滿足施工精度要求，對測區(qū)控制網(wǎng)進行投影處理。以測區(qū)中心控制點Z1為投影基點，投影尺度比為0.999 850進行投影，平差完成后，其坐標最大中誤差為0.002 1 m，最小中誤差為0.001 0 m，邊長相對中誤差最弱為1:219 541。計算GPS坐標反算邊長與全站儀實測邊長對比情況如表1。

表1

綜上所述，本工程GPS控制網(wǎng)的二維約束平差成果精度完全達到五等GPS網(wǎng)的精度要求。

3　高程控制

本工程首級高程控制網(wǎng)采用1985國家高程基準，高程等級為四等。相橋鎮(zhèn)段以陜西省測繪局2005年施測的C級GPS控制點f173為起閉點，在測區(qū)內(nèi)布設(shè)一條閉合水準路線，并連測S1、S2、S3、S4 、S9、S10、S11、S12。交口鎮(zhèn)段以我院2012年施測《陜西省三門峽庫區(qū)淤積斷面設(shè)施測量》時布設(shè)的D級GPS點D079和斷面基本水準點III咸渭020為起閉點，在測區(qū)內(nèi)布設(shè)一條附合水準路線，并連測S5、S6、S7、S8。

外業(yè)采用徠卡Sprint250m電子水準儀進行觀測，內(nèi)業(yè)采用徠卡水準網(wǎng)平差軟件進行平差,并生成水準原始記錄報表。平差結(jié)果顯示，各項指標均符合《水利水電工程測量規(guī)范》限差要求。

4　地形圖及橫斷面測量

平面、高程平差完成后，從控制成果中選擇能夠均勻分布整個測區(qū)，且能控制整個測區(qū)的S3、S4、S7、S8、S9、S10作為求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的參考點進行七參數(shù)求取。根據(jù)求取的測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用GPS-RTK方法進行地形圖測量和斷面線放樣測量。

地形圖測量采用GPS-RTK方法進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。采集數(shù)據(jù)時，每個測量員均備注了代碼，以便于內(nèi)業(yè)編輯成圖，必要時，還繪制了草圖。施測前后，均對控制點進行了校核，校核最大平面較差0.029 m，最大高程較差0.028 m，滿足規(guī)范要求。作業(yè)過程中，在高桿作物及茂密樹林下等容易出現(xiàn)衛(wèi)星信號失鎖的地方，重新進行了初始化，等待有固定解后方才繼續(xù)作業(yè)。內(nèi)業(yè)采用南方CASS9.1軟件進行編輯成圖，提供DWG格式數(shù)字圖成果。

橫斷面測量按1:1000精度施測，地面平坦地區(qū)點間距不大于30m，地形變化較大的地方進行加密測量，并注清屬性代碼。水下部分測量采用GPS-RTK涉水對水下地形的坐標及高程進行了實測。外業(yè)數(shù)據(jù)經(jīng)過整理、校審無誤后，將成果采用EXCEL軟件進行編輯整理成為“*.dat”格式，導(dǎo)入斷面測量內(nèi)外業(yè)一體化計算軟件，生成斷面圖并整理計算斷面基點方向點成果表、斷面整理成果表。

圖2　斷面圖示例

5　結(jié)語

(1)本工程進行了投影變形計算，最終坐標系統(tǒng)為掛靠坐標系。建議項目開始前應(yīng)進行投影變形估算，對于長度綜合變形值大于SL197-2013《水利水電工程測量規(guī)范》五等精度測量要求的5 cm/km的測區(qū)，以測區(qū)中心控制點為投影基點，建立適合測區(qū)的掛靠獨立坐標系統(tǒng)。

(2)本工程只需要將設(shè)計人員提供斷面基點坐標和1/1 000地形圖上讀取的斷面基點方向點坐標，進行編輯后導(dǎo)入到手簿中，利用GPS RTK放樣功能，沿斷面線進行放樣測量，大大的提高了工作效率。

(3)本工程布設(shè)的五等GPS控制網(wǎng)對兩段測區(qū)坐標系進行了統(tǒng)一，點位布設(shè)合理，便于保存，給后期施工帶來了極大方便。采用GPS技術(shù)的先進性、高效性，減少了布網(wǎng)的周期，順利的完成了石川河防洪工程測量任務(wù)，給設(shè)計人員爭取了寶貴的時間。

[1]水利水電工程測量規(guī)范.SL197-2013.

[2]全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范.GB/T18314-2009.

[3]全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范.CH/T2009-2010.

2016-03-14

霍維(1982-)，男，陜西渭南人，工程師，主要從事工程測量工作。

P641.2

A

1004-1184(2016)05-0164-02