連云港市徐圩新區(qū)應(yīng)急備用水源地工程圖根控制網(wǎng)點(diǎn)位精度分析

宋力 張平 王美均 王正

1.江蘇省水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)所 江蘇揚(yáng)州 225002；2.連云港市水利建筑安裝工程有限公司 江蘇連云港 222000；3.江蘇省工程勘測(cè)研究院有限公司 江蘇揚(yáng)州 225002

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為應(yīng)對(duì)突發(fā)水污染事件，近年來(lái)在各地先后陸續(xù)興建人工濕地應(yīng)急水源地工程，該類型工程施工區(qū)內(nèi)建筑物分散、時(shí)空變化復(fù)雜，因而其相對(duì)應(yīng)的工程測(cè)量工作更趨于復(fù)雜及系統(tǒng)性[1]?？刂茰y(cè)量按測(cè)繪分類可以分為碎部測(cè)量及總體控制測(cè)量。導(dǎo)線測(cè)量相對(duì)精度高、適用條件多兼具布設(shè)靈活的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中可以有效降低粗差，故在當(dāng)前人工濕地備用水源地建筑物密集、隱蔽區(qū)域多，通常采用導(dǎo)線測(cè)量作為圖根控制測(cè)量[2]。本文以連云港市徐圩新區(qū)應(yīng)急備用水源地工程圖根控制網(wǎng)為例，構(gòu)建控制網(wǎng)體系，控制網(wǎng)導(dǎo)線主要采用：附合導(dǎo)線、附合單定向?qū)Ь€、附合無(wú)定向?qū)Ь€、閉合導(dǎo)線、導(dǎo)線網(wǎng)5種形式，根據(jù)這5種形式在網(wǎng)中的不同數(shù)量設(shè)計(jì)出幾種控制網(wǎng)形式，采用清華山維軟件分別對(duì)這幾種控制網(wǎng)形式進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果中圖根控制點(diǎn)點(diǎn)位誤差的分析得出對(duì)大區(qū)域人工濕地備用水源地工程圖根控制網(wǎng)布設(shè)的一點(diǎn)建議。

1 工程概況

連云港市徐圩新區(qū)應(yīng)急備用水源地工程地理位置處于連云港市徐圩新區(qū)中西部，毗鄰徐圩新區(qū)第一水廠，工程總共占用面積為3200畝。

工程分為儲(chǔ)水功能區(qū)和人工濕地生態(tài)凈化區(qū)，主要施工內(nèi)容包括湖區(qū)土方開(kāi)挖、口門建筑物構(gòu)建、管理區(qū)的土建及附屬設(shè)施的采購(gòu)及設(shè)備安裝工程，1號(hào)、2號(hào)橋的土建及安裝工程等。本工程等別定為Ⅲ等工程，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，本工程設(shè)計(jì)有效庫(kù)容450萬(wàn)m3。涉及庫(kù)區(qū)開(kāi)挖土方方量981.50萬(wàn)m3，堤防填筑53萬(wàn)m3，新建：堤頂?shù)缆?333m，進(jìn)水前池1座、溢流堰11處(1#～11#)、跌水堰、收集渠、配水渠2道(1#、2#)、超越渠2道(1#、2#)、控制閘9座、調(diào)節(jié)閘48座、橋梁2座、進(jìn)水管道220m、管理樓1座。

2 地籍圖根控制網(wǎng)的布網(wǎng)方案

2.1 圖根控制網(wǎng)的布設(shè)

本網(wǎng)所選的網(wǎng)形是某城鎮(zhèn)地籍圖根控制網(wǎng)，所選已知控制點(diǎn)數(shù)量為13個(gè)，網(wǎng)絡(luò)待定控制點(diǎn)(圖根控制點(diǎn))數(shù)量為99個(gè)，已知點(diǎn)均勻分布在網(wǎng)形的4個(gè)方向，閉合導(dǎo)線只需要提供2個(gè)起算點(diǎn)，且具有誤差檢驗(yàn)?zāi)芰?，閉合導(dǎo)線在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中也容易發(fā)現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，及時(shí)檢核修正[3-5]。附合導(dǎo)線布設(shè)適用于線型地形分布區(qū)域，已知條件比閉合導(dǎo)線多，因此精度也比閉合導(dǎo)線高。本文計(jì)算軟件為清華山維平差軟件，通過(guò)對(duì)以上5種導(dǎo)線數(shù)量的變化研究該變化對(duì)控制網(wǎng)中點(diǎn)位精度的影響，從而為實(shí)際工作中控制網(wǎng)的合理布設(shè)起到一定的借鑒作用。

2.2 5種布網(wǎng)方案

方案1：控制網(wǎng)主要由34條閉合導(dǎo)線、14條附合導(dǎo)線、4條附合單定向?qū)Ь€(見(jiàn)表1)，由表1可以看出導(dǎo)線的檢核條件較多，確保了充分的已知條件，因此附合導(dǎo)線和附合單定向?qū)Ь€的數(shù)量最多。誤差橢圓距離已知點(diǎn)越近，誤差橢圓越小，反之如果誤差橢圓越大，說(shuō)明距離已知點(diǎn)越遠(yuǎn)，誤差具有一定的積累能力。

表1 導(dǎo)線形式統(tǒng)計(jì)表

方案2：該方案是在方案1的基礎(chǔ)上將相鄰的已知點(diǎn)連線刪除，由表1可以看出該方案中控制網(wǎng)由27條閉合導(dǎo)線、1條附合導(dǎo)線、5條附合單定向?qū)Ь€、7條附合無(wú)定向?qū)Ь€組成，由于減少了附合導(dǎo)線的定向邊，該網(wǎng)中附合條件較少，因此附合導(dǎo)線和附合單定向?qū)Ь€的數(shù)量較方案1減少很多，附合無(wú)定向?qū)Ь€的數(shù)量較方案1增加了10條。

方案3：該方案是在方案2的基礎(chǔ)上繼續(xù)刪除可能的待定點(diǎn)之間的連線，使該網(wǎng)形結(jié)構(gòu)達(dá)到最簡(jiǎn)化，由上表可以看出由于刪除了部分連接線導(dǎo)致網(wǎng)中導(dǎo)線的合計(jì)數(shù)量最少。該方案中控制網(wǎng)由19條閉合導(dǎo)線、0條附合導(dǎo)線、2條附合單定向?qū)Ь€、10條附合無(wú)定向?qū)Ь€組成。

方案4：為了和方案2形成對(duì)比，在方案1的基礎(chǔ)上，在已知點(diǎn)處減少已知點(diǎn)和未知點(diǎn)的連線；由于已知點(diǎn)之間的連線未刪除，確保了充分的附合導(dǎo)線檢核條件，因此附合導(dǎo)線和附合單定向?qū)Ь€的數(shù)量和方案1一樣。但是閉合導(dǎo)線的數(shù)量卻減少很多。該方案中控制網(wǎng)由22條閉合導(dǎo)線、14條附合導(dǎo)線、4條附合單定向?qū)Ь€、0條附合無(wú)定向?qū)Ь€組成。

方案5：在方案1的基礎(chǔ)上，將C002點(diǎn)出的角度由原來(lái)的176°29′04″改為177°29′04″，而在C009處將角度185°17′26″改成184°17′26″，對(duì)角度觀測(cè)值增加觀測(cè)誤差，其他條件不變。

3 不同方案的點(diǎn)位精度對(duì)比分析

3.1 不同方案點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)

針對(duì)以上5種方案，采用清華山維平差軟件進(jìn)行計(jì)算，對(duì)點(diǎn)位誤差統(tǒng)計(jì)前首先通過(guò)觀察閉合差的大小來(lái)判斷導(dǎo)線中是否存在粗差和錯(cuò)誤，然后再計(jì)算點(diǎn)位精度并對(duì)各方案中點(diǎn)位誤差進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)[6]，與鄰近等級(jí)控制點(diǎn)點(diǎn)位比，要求圖根點(diǎn)精度不得大于0.1mm，也就是點(diǎn)位中誤差不超過(guò)±5cm[7]；以下表中這里的點(diǎn)位誤差用點(diǎn)位誤差橢圓的大小來(lái)表示，其中E、F為誤差橢圓的元素，E為誤差橢圓長(zhǎng)軸，F(xiàn)為誤差橢圓的短軸，M表示待定點(diǎn)(圖根點(diǎn))的點(diǎn)位誤差(見(jiàn)表2)[8]。由于點(diǎn)數(shù)量較多，這里只保留了37個(gè)有代表性的待定點(diǎn)點(diǎn)位誤差。

表2 不同圖形結(jié)構(gòu)對(duì)點(diǎn)位精度的影響

3.2 點(diǎn)位精度分析

綜合比較以上5種方案中的點(diǎn)位誤差，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)比較方案1、方案2，由于方案2中已知點(diǎn)之間的連線減少，附合條件減少，從表2中的點(diǎn)位誤差值來(lái)看，可以發(fā)現(xiàn)，方案2中點(diǎn)位誤差相對(duì)于方案1中的點(diǎn)位誤差均有所增加。最大誤差差值在C039點(diǎn)附近，其中C039誤差差值達(dá)到2.8mm，其余誤差差值主要集中在0.2～0.7mm范圍內(nèi)，原因主要是C039附近的A07、A08 2個(gè)已知點(diǎn)連線刪除了，C039、C040原本可以和已知點(diǎn)連接成附合導(dǎo)線，而刪除已知條件后，該點(diǎn)只能和其他點(diǎn)連接成一個(gè)較大的閉合導(dǎo)線，從而導(dǎo)致誤差有較大的增量，由此可以看出，附合導(dǎo)線在控制網(wǎng)中的精度要比閉合導(dǎo)線精度高，在實(shí)際布網(wǎng)時(shí)，應(yīng)盡可能將通視的已知點(diǎn)相連，為網(wǎng)中提供足夠的附合條件。

(2)比較方案2、方案3，方案3是在方案2的基礎(chǔ)上刪除部分導(dǎo)線網(wǎng)的連接線，從表2的點(diǎn)位誤差值來(lái)看，部分點(diǎn)的誤差值反而有所減少，而在刪除連接線的導(dǎo)線網(wǎng)附近，點(diǎn)位誤差增加比較明顯，C154是導(dǎo)線網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在方案3中將其與C043連接線刪除，從而導(dǎo)致C154點(diǎn)不能形成導(dǎo)線網(wǎng)，該2點(diǎn)在控制網(wǎng)中成為單點(diǎn)，與其他點(diǎn)構(gòu)成閉合導(dǎo)線，從表2中可以看出，刪除C154處的導(dǎo)線網(wǎng)后導(dǎo)致該點(diǎn)的誤差值增加了2.3mm，C043點(diǎn)的誤差值增加了3.8，而在其他點(diǎn)上的變化值較小，由此可以看出，在控制網(wǎng)中導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè)可以增強(qiáng)點(diǎn)位精度，導(dǎo)線網(wǎng)實(shí)質(zhì)上就是在某些測(cè)站上聯(lián)測(cè)一個(gè)方向邊長(zhǎng)和角度，精度明顯增強(qiáng)，說(shuō)明導(dǎo)線網(wǎng)成果的質(zhì)量相對(duì)于閉合導(dǎo)線而言，對(duì)整個(gè)控制網(wǎng)的成果質(zhì)量更易控制[9]，因此，在實(shí)際布網(wǎng)時(shí)，應(yīng)盡可能增加導(dǎo)線網(wǎng)的數(shù)量。

(3)方案4和方案2非常類似，方案2刪除的是已知點(diǎn)之間的連接線，減少了附合導(dǎo)線條件，但仍可以連接成無(wú)定向附合導(dǎo)線，而方案4刪除的是已知點(diǎn)和未知點(diǎn)的連線，也就是方案4中減少了網(wǎng)中無(wú)定向?qū)Ь€的構(gòu)成條件，從表2誤差值來(lái)看，可以發(fā)現(xiàn)，由于刪除了A03和C153的連接線，導(dǎo)致C052、C053、C054、C057的誤差相對(duì)于方案2來(lái)說(shuō)，誤差增加較大，最大達(dá)到9.6mm，主要是因?yàn)榉桨?中盡管刪除了已知點(diǎn)之間的連線，但是仍能構(gòu)成無(wú)定向?qū)Ь€，刪除A03和C153的連接線后，C052、C053、C054、C057只能構(gòu)成閉合導(dǎo)線而無(wú)法構(gòu)成無(wú)定向?qū)Ь€，由此可見(jiàn)，在控制網(wǎng)中，應(yīng)可能多地將待定點(diǎn)和已知點(diǎn)相連，無(wú)定向?qū)Ь€也能夠有效降低點(diǎn)位誤差值。

(4)本方案在C002和C009處有明顯的角度觀測(cè)誤差，在平差計(jì)算中檢查閉合差統(tǒng)計(jì)表時(shí)并沒(méi)有出現(xiàn)角度閉合差超限的情況，分析其原因是C002和C009在控制網(wǎng)中是單點(diǎn)，非節(jié)點(diǎn)，這2個(gè)點(diǎn)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在閉合導(dǎo)線中或附合導(dǎo)線中，2個(gè)點(diǎn)的角度誤差增加和減少的值正好相反，因此在閉合差統(tǒng)計(jì)過(guò)程中相互抵消，在實(shí)際工作中由于對(duì)角度觀測(cè)值的誤差一般是根據(jù)角度閉合差來(lái)判斷，然而當(dāng)出現(xiàn)以上特殊情況時(shí)，往往會(huì)誤導(dǎo)測(cè)量員對(duì)觀測(cè)誤差的正確判斷，從表2的該方案中的點(diǎn)位誤差值來(lái)看，誤差值相對(duì)于方案1來(lái)看出現(xiàn)了近于10倍的增長(zhǎng)，全網(wǎng)點(diǎn)位誤差增長(zhǎng)較均勻。因此在實(shí)際工作中當(dāng)出現(xiàn)角度閉合差沒(méi)有問(wèn)題，而點(diǎn)位誤差偏大的情況時(shí)應(yīng)引起重視，需對(duì)外業(yè)觀測(cè)值進(jìn)行檢查，為了減少這種情況的出現(xiàn)，實(shí)際觀測(cè)角度時(shí)應(yīng)增加角度觀測(cè)次數(shù)。

結(jié)語(yǔ)

由于人工濕地水源地工程口門控制建筑物密集，目前普遍使用的GPS控制網(wǎng)作業(yè)限制較大，因此在建筑物密集處仍要采用傳統(tǒng)測(cè)量方式，即布設(shè)圖根導(dǎo)線控制網(wǎng)[10-11]，控制網(wǎng)圖根控制點(diǎn)主要服務(wù)于施工區(qū)地籍的測(cè)繪，圖根控制點(diǎn)的點(diǎn)位精度會(huì)直接影響界址點(diǎn)的測(cè)量精度，因此合理布設(shè)圖根控制網(wǎng)能夠?yàn)楹罄m(xù)工程圖測(cè)繪精度提供保障。從本文的幾種方案中可以發(fā)現(xiàn)，不同的網(wǎng)形連接方式對(duì)點(diǎn)位誤差的影響較大，但對(duì)于較大范圍的控制網(wǎng)，如何正確連接圖根點(diǎn)形成合理的導(dǎo)線形式仍需做進(jìn)一步的深入研究。