塞拉利昂塞瓦河賓康格三級水電站地形測圖控制實施技術(shù)

張 進，張榮斗

(四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610072)

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塞拉利昂塞瓦河賓康格三級水電站地形測圖控制實施技術(shù)

張 進，張榮斗

(四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610072)

由于水電工程測量項目有其交通通信不便、山高坡陡、測區(qū)狹長等特殊的工況條件， 再加上國外測繪與我國測量平面基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)均不相同，甚至沒有已知控制點成果。因此，如何在國外水電工程中更合理地建立地形測圖控制，較為方便、通用、可靠的提高水電測繪項目的質(zhì)量和效率，作者結(jié)合具體項目實踐對該技術(shù)進行了探討。

WGS84坐標(biāo)系；IGS跟蹤站；EGM2008；賓康格三級水電站；

1 概 述

塞拉利昂位于西非，賓康格三級(BenkongorⅢ)電站位于塞瓦河(sewa River)上游賓康格(Benkongor)瀑布河段，距河口約255 km，工程建設(shè)地點屬東部省凱內(nèi)馬(Kenema)地區(qū)，距凱內(nèi)馬135 km，距首都弗里敦277 km。壩址距塞瓦河公路橋約7 km，公路只能到達工程區(qū)附近。

塞拉利昂項目部要求賓康格三級(BenkongorⅢ)電站需測量1∶2 000地形圖、河道縱橫斷面、鉆孔放樣等項目，測區(qū)長度約4 km。在項目部僅搜集到1∶50 000地形圖和1∶2 000放大地形圖，地形圖平面坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84系統(tǒng)，高程為塞拉利昂水準(zhǔn)面高程。為了和地形圖進行有效的連接，必須新建一個覆蓋整個測區(qū)的地形測圖控制測量系統(tǒng)。

由于作業(yè)過程會涉及到WGS84坐標(biāo)系、IGS跟蹤站、EGM2008地球重力場模型等名詞。因此，下面簡單的對它們進行了介紹。

2 WGS84坐標(biāo)系、IGS跟蹤站、EGM2008地球重力場模型簡介

WGS-84坐標(biāo)系(World Geodetic System—1984 Coordinate System)是一種國際上采用的地心坐標(biāo)系。坐標(biāo)原點為地球質(zhì)心，其地心空間直角坐標(biāo)系的Z軸指向BIH (國際時間服務(wù)機構(gòu))1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，X軸指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標(biāo)系，是在地球上建立的統(tǒng)一的地心坐標(biāo)系。

IGS是國際GNSS服務(wù)組織The International GNSS Service，簡稱IGS。IGS組織由衛(wèi)星跟蹤站、數(shù)據(jù)中心、分析處理中心等組成，它能夠在網(wǎng)上幾乎實時地提供高精度的GPS數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)產(chǎn)品，以滿足廣泛的科學(xué)研究及工程領(lǐng)域的需要。IGS收集、歸檔、分配足夠精度的GPS觀測數(shù)據(jù)以滿足一系列的試驗及應(yīng)用需要。IGS利用這些數(shù)據(jù)形成一系列的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，這些數(shù)據(jù)產(chǎn)品可以通過因特網(wǎng)獲得。值得一提的是，IGS產(chǎn)品的精度已經(jīng)足夠國際大地參考框架組織(ITRF)使用來對地球相關(guān)參數(shù)進行改進和延伸。

EGM2008地球重力場模型是由美國國家地理空間情報局(NGA)在2008年4月發(fā)布的最新一代全球重力場模型，用于描述和表示地球重力場的一類基本參數(shù)的集合，包括位系數(shù)、大地水準(zhǔn)面高、垂線偏差、重力梯度等，是對地區(qū)重力場的逼近或者擬合。該模型最終成果主要包括2 159次的全球重力場模型；全球 5′×5′、2.5′×2.5′網(wǎng)格大地水準(zhǔn)面；全球5′×5′格網(wǎng)垂線偏差(ζ，η)。該模型采用了GRACE衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)(ITG-GRACE03S位系數(shù)信息以及相應(yīng)的協(xié)方差信息)、衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)和地面重力數(shù)據(jù)等,該模型無論在精度還是在分辨率方面均取得了巨大進步,采用該模型以及GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)有望獲得更高精度的區(qū)域似大地水準(zhǔn)面。

3 地形測圖控制實施技術(shù)的基本方法

3.1 平面控制實施技術(shù)的步驟

(1)根據(jù)測區(qū)的大小范圍在測區(qū)邊沿四周均勻的布設(shè)適當(dāng)?shù)氖准塆NSS控制點；

(2)在整個測區(qū)內(nèi)部均勻的布設(shè)次級加密GNSS控制點；

(3)確定測區(qū)中央子午線(取測區(qū)平均值)，確定測區(qū)邊長歸化面(取測區(qū)平均高程值)；

(4)應(yīng)用多臺GNSS接收機同步聯(lián)測首級GNSS控制點，從網(wǎng)上下載同步時段的IGS跟蹤站數(shù)據(jù)與首級GNSS控制點聯(lián)合解算，求取WGS-84坐標(biāo)成果；

(5)應(yīng)用多臺GNSS接收機聯(lián)測次級加密GNSS控制點，同時聯(lián)測適當(dāng)?shù)氖准塆NSS控制點，采用首級GNSS控制點成果進行三維約束平差，求取加密GNSS點WGS-84坐標(biāo)成果；

(6)根據(jù)需要加密導(dǎo)線測量。

3.2 高程控制實施技術(shù)的步驟

(1)根據(jù)GNSS解算出來的WGS84經(jīng)緯度通過EGM2008地球重力場模型算出各點高程異常值；

(2)通過GNSS解算出來的橢球高與各點的高程異常值計算出EGM2008地球重力場正常高。

EGM2008地球重力場模型計算正常高公式如下：

h為大地高；HEGM2008為EGM2008似大地水準(zhǔn)面高程；ζ為EGM2008似大地水準(zhǔn)面高程異常。

由此可知正常高與大地高的轉(zhuǎn)換公式為：HEGM2008=h-ζ。

4 地形測圖控制實施技術(shù)過程

4.1 地形測圖控制實施技術(shù)的實施過程

賓康格三級水電站測區(qū)沒有提供控制資料，以現(xiàn)場踏勘的實際情況布設(shè)了4個二等GNSS點，連續(xù)觀測8小時，然后用獲取的數(shù)據(jù)與IGS跟蹤站同時間段的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合解算，作為平面、高程首級控制。平面坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS84坐標(biāo)系，高斯投影，投影中央子午線西經(jīng)11°17′，控制點分布見圖1、2。

圖1 GNSS網(wǎng)形圖 圖2 控制點在Google Earth上(斜線區(qū)域為測區(qū)范圍)

通過在網(wǎng)絡(luò)上下載IGS跟蹤站同步數(shù)據(jù)與二等GNSS觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合解算得二等控制點成果，見表1。

根據(jù)測區(qū)地形起伏情況，取測區(qū)平均高程值把控制成果邊長歸化到正常高240.000 m高程面上(投影面大地高為272.050 m)，投影中央子午線取測區(qū)平均中央子午線為西經(jīng)11°17′，經(jīng)計算GNSS點WGS84投影成果見表2。

表1 賓康格三級水電站二等GNSS點地心坐標(biāo)、大地坐標(biāo)成果

表2 GNSS點11°17′中央子午線、投影面240 m大地高高斯投影成果

用GNSS點的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，按EGM2008地球重力場模型解算出各點的高程異常，根據(jù)公式正常高=大地高-高程異常，求出各點的EGM2008正常高。經(jīng)計算GNSS點EGM2008正常高的WGS84投影成果見表3。

表3 賓康格三級水電站二等GNSS點成果

由于測區(qū)范圍較小未進行次等級加密網(wǎng)布設(shè)，為了方便補測地形圖和河道縱橫斷面、鉆孔放樣等項目，在GNSS點組之間布設(shè)了附合五等導(dǎo)線和四等三角高程，在此不再贅述。

4.2 地形測圖控制實施技術(shù)測量數(shù)據(jù)檢核

二等GNSS控制采用引入IGS跟蹤站數(shù)據(jù)進行檢核，同時通過GNSS邊長與全站儀紅外邊長作比較進行檢核。檢核數(shù)據(jù)見表4、5。

表4 二等GNSS點地心坐標(biāo)精度

表5 GNSS邊長與全站儀紅外邊長比較

從表4得到IGS跟蹤站RABT的點位中誤差為1.77 cm，此精度完全滿足《水利水電工程測量規(guī)范》(SL 197-97)中表2.1.1基本平面控制最弱相鄰點點位允許中誤差不大于±10 cm(按1∶2 000比例尺)的要求。

從表5中GNSS邊長與全站儀紅外邊長較差可知，地面實測的全站儀邊長與GNSS邊長較吻合，說明觀測成果正確、可靠。

5 結(jié) 語

從塞拉利昂塞瓦河賓康格三級水電站地形測圖控制實施技術(shù)的實施過程來看，實施過程需要注意以下幾點：

(1)當(dāng)測區(qū)沒有已知控制點時，平面坐標(biāo)系統(tǒng)可采用WGS84高斯投影坐標(biāo)，高程系統(tǒng)可采用EGM2008地球重力場正常高系統(tǒng)。

(2)當(dāng)測區(qū)提供了相應(yīng)的地形圖時，應(yīng)通過EGM2008地球重力場正常高系統(tǒng)與地形圖高程系統(tǒng)建立連接關(guān)系，從而轉(zhuǎn)換到用戶高程系統(tǒng)上。

(3)在控制測量施測整個過程中，應(yīng)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)檢核條件，做到觀測成果真實、可靠。

[1] 孔祥元,郭際明,劉宗全編著.大地測量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢大學(xué)出版社,2005(12).

[2] 徐紹銓,張華海,楊志強.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

[3] 中華人民共和國水利部.《水利水電工程測量規(guī)范》SL 197-97[S].1997(08).

2015-10-09

張進(1972-)，男，四川成都人，高級工程師，從事工程測繪技術(shù)與管理工作。

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1003-9805(2016)04-0089-03