控制網(wǎng)在楊家壩河及海藏河治理工程中的應(yīng)用分析

馮 剛

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院，陜西 西安 710001）

控制網(wǎng)在楊家壩河及海藏河治理工程中的應(yīng)用分析

馮 剛

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪分院，陜西 西安 710001）

武威市楊家壩河及海藏河水系生態(tài)綜合治理工程位于武威市北河西走廊半沙漠地帶，河道內(nèi)樹木茂盛，遮擋較大，如采用常規(guī)導(dǎo)線常規(guī)測(cè)量方法難以滿足精度要求。因此，在控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)，采用GPS布設(shè)平面控制網(wǎng)與高精度全站儀實(shí)測(cè)光電測(cè)距三角高程的高程布設(shè)方案。用平差后的平面坐標(biāo)，反算邊長與地布實(shí)測(cè)邊長，結(jié)果表明：平差結(jié)果精度較高，各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，其控制網(wǎng)精度較高，說明控制網(wǎng)布設(shè)合理。

中誤差；精度評(píng)定；相對(duì)誤差

1 工程概況

武威市楊家壩河及海藏河水系生態(tài)綜合治理工程位于武威市城區(qū)，規(guī)劃范圍內(nèi)有楊家壩河及海藏河，其中，楊家壩河治理范圍為：上起楊家壩河擁軍橋上游200 m，下游至金色大道下游200 m，治理河道長度為5.88 km；海藏河治理范圍為：上起正在建設(shè)的海藏濕地公園（海藏橋），下游至楊家壩河與海藏河交匯口，河道長度為4.41 km。測(cè)區(qū)有本項(xiàng)目一期工程留設(shè)的平高程控制點(diǎn)有A121、A122等2點(diǎn)，點(diǎn)位穩(wěn)定可靠，作為本次平面和高程控制測(cè)量起始資料。

2 控制點(diǎn)布設(shè)方案

2.1 平面控制網(wǎng)布設(shè)

2.1.1 控制網(wǎng)布設(shè)的基本原則

（1）分級(jí)布網(wǎng)，逐級(jí)控制。先完成高等級(jí)控制測(cè)量，再在完成的高等級(jí)控制測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密控制測(cè)量，先完成的高等級(jí)控制測(cè)量成果作為低等級(jí)控制測(cè)量的起算數(shù)據(jù)并起控制作用[1]。

（2）足夠的精度?？刂凭W(wǎng)的精度應(yīng)能滿足大比例尺測(cè)圖的要求，也就是首級(jí)圖根點(diǎn)相對(duì)于起算點(diǎn)的點(diǎn)位誤差，在圖上不超過±0.1 mm。相對(duì)于地面點(diǎn)的點(diǎn)位誤差不超過±0.1N mm（N為測(cè)圖比例尺分母）。

（3）足夠的密度。控制網(wǎng)點(diǎn)的密度應(yīng)滿足測(cè)圖的要求。

2.1.2 平面控制布設(shè)方法

根據(jù)控制網(wǎng)的布設(shè)原則，在武威市楊家壩河及海藏河水系生態(tài)綜合治理工程中先布設(shè)基本控制，在楊家壩河布設(shè)一組（二套）GPS控制點(diǎn)，在海藏河布設(shè)兩組（4套）GPS控制點(diǎn)，在楊家壩河及海藏河交匯處布設(shè)一組（2套）GPS控制點(diǎn)。在金色大道北松濤河布設(shè)一組（2套）GPS控制點(diǎn)，GPS點(diǎn)編號(hào)：Gi(i=1，2…10)。以上10個(gè)點(diǎn)與A121、A122等2個(gè)平面控制點(diǎn)組成四等GPS控制網(wǎng)。

該工程設(shè)計(jì)在楊家壩河及海藏河上布設(shè)3座橡膠壩，壩址位置已基本確定，選擇了四個(gè)壩址位置，其中一個(gè)作為備選方案。根據(jù)《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》SL197-2013中規(guī)定勘測(cè)設(shè)計(jì)斷面在規(guī)劃階段應(yīng)在兩端埋設(shè)永久性標(biāo)志，其平面控制精度選取五等或者圖根，考慮到現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，選擇在四個(gè)壩址兩端各布設(shè)一套GPS控制點(diǎn)。共8套GPS點(diǎn)與G3、G4、G7、G8等四個(gè)平面控制點(diǎn)組成五等GPS網(wǎng)作為加密控制。GPS點(diǎn)編號(hào)：BZi(i=1，2…4)，BYi(i=1，2…4)。其中 BY3、BZ4 為鑲嵌，其余均埋設(shè)混凝土標(biāo)石。

2.1.3 平面控制網(wǎng)觀測(cè)及精度要求

控制網(wǎng)觀測(cè)儀器采用4臺(tái)華測(cè)雙頻GPS接收機(jī)，作業(yè)前已送法定計(jì)量部門進(jìn)行檢定，并在有效期內(nèi)。外業(yè)觀測(cè)采取靜態(tài)相對(duì)定位模式，同步圖形之間的連接采用邊連式[2]，四等GPS網(wǎng)非同步觀測(cè)閉合環(huán)邊數(shù)≤8條，五等GPS網(wǎng)非同步觀測(cè)閉合環(huán)邊數(shù)≤10條，GPS網(wǎng)測(cè)量精度要求見表1[3]。

表1 GPS網(wǎng)測(cè)量精度要求

GPS測(cè)量的主要技術(shù)要求嚴(yán)格按照《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》SL197-2013關(guān)于GNSS測(cè)量要求執(zhí)行。

四等GPS網(wǎng)：衛(wèi)星高度角≥15o，觀測(cè)時(shí)段時(shí)間≥45 min，觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥1.4，同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4個(gè)，數(shù)據(jù)采樣間隔10～30 s，PDOP≤6。

五等GPS網(wǎng)：衛(wèi)星高度角≥15°，觀測(cè)時(shí)段時(shí)間≥30 min，觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥1.2，同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4個(gè)，數(shù)據(jù)采樣間隔10～30 s，PDOP≤8。

2.1.4 數(shù)據(jù)處理及驗(yàn)算

數(shù)據(jù)處理采用華測(cè)隨機(jī)后處理軟件CGO進(jìn)行基線解算，基線解算合格后采用“GPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件包（簡稱Cosa GPS V5.20）”進(jìn)行GPS網(wǎng)的三維無約束、二維約束平差。外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后計(jì)算重復(fù)基線測(cè)量的長度較差均在允許限差范圍內(nèi)，四等GPS網(wǎng)重復(fù)基線較差最大（G3～G4）為2.3 mm（限差32.8 mm），五等GPS網(wǎng)重復(fù)基線較差最大（BZ2～BY2）較差為4.3 mm(限差31.4 mm)。其同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差，其精度如表2。

表2 同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差最大值統(tǒng)計(jì)表

由上表基本控制及加密控制同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差及環(huán)線全長閉合差數(shù)據(jù)和重復(fù)基線[4]檢測(cè)結(jié)果看出，外業(yè)GPS的觀測(cè)質(zhì)量是很高的，不存在粗差，觀測(cè)數(shù)據(jù)是合格的。其基線解算結(jié)果能直接用“GPS工程測(cè)量網(wǎng)通用平差軟件包（簡稱Cosa GPS V5.20）”進(jìn)行GPS網(wǎng)的三維無約束、二維約束平差。

三維無約束平差四等控制網(wǎng)以一期工程留設(shè)的已知點(diǎn)A121的WGS84坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù),進(jìn)行三維無約束平差，平差后最弱點(diǎn)G10點(diǎn)位中誤差為0.7 cm，小于規(guī)范規(guī)定的5 cm，最弱邊G10～G9相對(duì)中誤差為1/203000，其精度優(yōu)于規(guī)范允許限差1/40000。五等控制網(wǎng)以G3點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維無約束平差，平差后最弱點(diǎn)BZ1點(diǎn)位中誤差為1.43 cm，小最弱邊BZ1～BY1相對(duì)中誤差為1/57000，其精度優(yōu)于規(guī)范允許限差1/20000。二維約束平差四等GPS控制網(wǎng)以一期工程留設(shè)的控制點(diǎn)A121、A122作為起始點(diǎn)進(jìn)行二維網(wǎng)約束平差，平差后最弱點(diǎn)G8的點(diǎn)位中誤差為3.23cm，最弱邊A120～A121邊長相對(duì)中誤差為1/132000，在完成二維約束平差的基礎(chǔ)上，以A121作為起始點(diǎn)，A121～G7的方位角作為起始方位，選擇1510米高程面作為抵償高程面進(jìn)行獨(dú)立坐標(biāo)系平差，平差后最弱點(diǎn)G10的點(diǎn)位中誤差為0.5cm，最弱邊G9～G10的邊長相對(duì)中誤差為1/131000。其精度優(yōu)于規(guī)范允許限差1/40000。五等GPS控制網(wǎng)以四等GPS控制網(wǎng)的G3、G4、G7、G8作為起始點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差，平差后最弱點(diǎn)BZ1的點(diǎn)位中誤差為0.82cm，最弱邊BZ1～BY1的邊長相對(duì)中誤差為1/39000。其精度優(yōu)于規(guī)范允許限差1/20000。

在進(jìn)行光電測(cè)距三角高程測(cè)量時(shí)觀測(cè)了部分四等GPS控制網(wǎng)的直接邊長，對(duì)所測(cè)邊長加入了儀器改正及氣象改正。實(shí)測(cè)邊長與獨(dú)立坐標(biāo)系平差結(jié)果的坐標(biāo)反算邊長比較如表3。

表3 邊長比較表

從以上的數(shù)據(jù)看出平面四等基本控制及五等加密控制的精度都是很高的，其測(cè)量成果均符合GPS網(wǎng)測(cè)量精度的要求，其坐標(biāo)反算邊長和地面實(shí)測(cè)邊長吻合的很好，這說明GPS平差解算結(jié)果可靠，布網(wǎng)形式合理。完全滿足該工程中大比例地形測(cè)圖（1∶1000）的要求。

2.2 高程控制網(wǎng)布設(shè)

基本高程控制以一期工程留設(shè)的高程控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，布設(shè)1條四等光電測(cè)距閉合三角高程路線，聯(lián)測(cè)所有四等GPS點(diǎn)。加密高程控制分別以基本高程控制點(diǎn)G3、G5、G7為起算點(diǎn)，布設(shè)3條五等光電測(cè)距閉合三角高程路線，聯(lián)測(cè)所有五等GPS點(diǎn)，形成加密高程控制網(wǎng)。采用徠卡TS06（2"級(jí)）全站儀觀測(cè)，對(duì)觀測(cè)的斜距加入儀器改正及氣象改正后改化為平距。由于武威地處半沙漠地區(qū)，白天氣溫變化較大，再加上視線較低大氣的折光系數(shù)較大，實(shí)地測(cè)量計(jì)算大氣折光系數(shù)比較繁瑣且費(fèi)時(shí)，在光電測(cè)距三角高程測(cè)量時(shí)將測(cè)量邊嚴(yán)格控制在500 m以內(nèi)。采用《工程測(cè)量控制網(wǎng)平差系統(tǒng)（NASEW）》軟件進(jìn)行平差后，四等三角高程路線最弱點(diǎn)為9.8 mm，五等三角高程路線最弱點(diǎn)為3.6 mm，滿足規(guī)范要求。4條閉合三角高程路線閉合差如表4。

表4 三角高程路線測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)表

由表中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看出，高程測(cè)量精度較高，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均在限差要求的范圍內(nèi)，平差數(shù)據(jù)可靠，數(shù)據(jù)處理方法合理。

3 精度評(píng)定

由于觀測(cè)結(jié)果不可避免的存在著誤差，系統(tǒng)誤差一般是累積性的，通過一定的觀測(cè)方法及加入某種改正后將系統(tǒng)誤差消除或者減弱，剩下的偶然誤差是平差處理的對(duì)象，測(cè)量平差的基本任務(wù)就是求未知量的最或是值并給出最或是值的精度。衡量測(cè)量成果的精度的指標(biāo)有中誤差、平均誤差、或然誤差、極限誤差、相對(duì)誤差[3]。測(cè)量平差中常用單位權(quán)中誤差來衡量它的精度，武威市楊家壩河及海藏河水系生態(tài)綜合治理工程中四等及五等GPS網(wǎng)二維平差結(jié)果的單位權(quán)中誤差分別為：

GPS網(wǎng)三維維平差結(jié)果的單位權(quán)中誤差分別為：

4 結(jié)論

在武威市楊家壩河及海藏河水系生態(tài)綜合治理工程中，選擇四等GPS網(wǎng)作為基本控制五等GPS網(wǎng)作為加密控制的控制網(wǎng)布設(shè)方案是符合該工程1∶1000地形圖測(cè)量及河道斷面測(cè)量的要求的，各項(xiàng)誤差及閉合差均沒超出規(guī)范要求。外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)可靠觀測(cè)方法合理，從外業(yè)驗(yàn)算結(jié)果來看觀測(cè)不存在粗差，觀測(cè)精度較高。數(shù)據(jù)平差結(jié)束后對(duì)各項(xiàng)限差及單位權(quán)中誤差進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及計(jì)算；從結(jié)果來看，平差結(jié)果精度較高，各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，其控制網(wǎng)精度較高。

[1]張鳳舉，張華海，孟魯閩，趙長勝，盧秀山.控制測(cè)量學(xué)[M].煤炭工業(yè)出版社，1999.

[2]武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，測(cè)量平差學(xué)科組.誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)[M].武漢大學(xué)出版社，2003.

[3]DL/T 5173-2013,水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范[S].中國電力出版社，2003.

[4]徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，王澤民.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢大學(xué)出版社，2003.

P228.4

B

1673-9000（2017）05-0178-03

2017-05-10

馮剛（1972-），男，陜西吳堡人，工程師，主要從事水利工程測(cè)量方面的研究和設(shè)計(jì)工作。