GPS控制網(wǎng)在花園灌區(qū)控制測(cè)量中的應(yīng)用

張 亮

(齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

文章編號(hào)：1007-7596(2015)12-0093-02

GPS控制網(wǎng)在花園灌區(qū)控制測(cè)量中的應(yīng)用

張 亮

(齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

GPS又稱工程全球定位系統(tǒng)，為全方位三維實(shí)時(shí)導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。文章結(jié)合水利工程的特點(diǎn)，以花園水庫下游灌區(qū)工程GPS控制網(wǎng)為例，對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，指出GPS控制網(wǎng)測(cè)量工作要結(jié)合工程實(shí)際，綜合考慮多方因素，從而探索出一套適合水利工程特點(diǎn)的GPS控制網(wǎng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化模式。

GPS控制網(wǎng)；控制測(cè)量；數(shù)據(jù)處理；HGO軟件；花園灌區(qū)

0 引 言

GPS又稱全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)，美國從20世紀(jì)70年代開始研制，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位三維實(shí)時(shí)導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)[1]。大多數(shù)水利工程都位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，受地勢(shì)地貌、植被覆蓋等復(fù)雜條件的影響，造成控制點(diǎn)之間高差大，互相通視困難，利用傳統(tǒng)的控制網(wǎng)布設(shè)方法會(huì)大大增加工作量。GPS控制網(wǎng)具有定位選點(diǎn)靈活，不要求測(cè)站間通視，可以全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，從而能提高作業(yè)效率，降低建網(wǎng)費(fèi)用。下面結(jié)合花園水庫下游灌區(qū)項(xiàng)目控制測(cè)量實(shí)踐，說明GPS控制網(wǎng)在測(cè)量中的應(yīng)用。

1 工程概況

花園水庫下游灌區(qū)位于齊齊哈爾市龍江縣，地跨E46°49′46″～47°30′20″，N122°44′25″～123°33′12″。水田灌區(qū)大部分位于黑龍江省龍江縣境內(nèi)的濟(jì)沁河右岸和雅魯河左右岸，地勢(shì)北高南低。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)有公路均勻分布，交通便利，便于施工。

2 測(cè)區(qū)控制點(diǎn)資料

測(cè)區(qū)內(nèi)有二等三角點(diǎn)5個(gè)，二等高程點(diǎn)3個(gè)，三等高程點(diǎn)2個(gè)，控制點(diǎn)標(biāo)點(diǎn)清晰，保存情況完好，且在測(cè)區(qū)中及周邊均勻分布，便于GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)型布設(shè)[2]。

3 GPS控制網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)工程用途和測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，首級(jí)控制網(wǎng)按照水利二等精度要求布設(shè)，選用邊連式構(gòu)網(wǎng)。平均邊長控制在5～10 km布設(shè)控制點(diǎn)，共布設(shè)37個(gè)控制點(diǎn)，聯(lián)測(cè)5個(gè)已知三角點(diǎn),布設(shè)參數(shù)見表1?？刂凭W(wǎng)點(diǎn)位選在了便于使用的道路旁邊，距離高壓線至少50 m。遠(yuǎn)離大面積水域及高大建筑物，避開樹冠，以便減少遮蔽物對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的遮擋和多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的誤差。

表1 水利二等精度首級(jí)GPS控制網(wǎng)布設(shè)參數(shù)表

4 GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)

本次控制測(cè)量嚴(yán)格按照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB∕T 18314—2009)和《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》(SL197—2013)進(jìn)行作業(yè)，采用8臺(tái)海星達(dá)H32雙頻三星GPS接收機(jī)，進(jìn)行靜態(tài)同步觀測(cè)。觀測(cè)過程中的主要技術(shù)指標(biāo)為[3]：①設(shè)置儀器衛(wèi)星高度角≥15°，數(shù)據(jù)采樣間隔10 s；②同時(shí)有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥5，PDOP≤6；③觀測(cè)時(shí)段長度為90 min，觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥2。

進(jìn)行外業(yè)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集前，要在測(cè)區(qū)現(xiàn)有地形圖或者電子地圖上規(guī)劃好施測(cè)的線路，調(diào)配好車輛和人員的使用，避免漏測(cè)和重復(fù)測(cè)量。同時(shí)利用星歷預(yù)報(bào)選擇最佳的觀測(cè)時(shí)段，提高工作效率。GPS接收機(jī)的架設(shè)要嚴(yán)格對(duì)中、整平，測(cè)前、測(cè)后各量1次天線高，量取精確至1 mm。操作人員認(rèn)真記錄好各自GPS接收機(jī)的型號(hào)及序號(hào)、每站的點(diǎn)名、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和測(cè)前測(cè)后的天線高。在觀測(cè)條件不好的時(shí)候，要延長GPS接收機(jī)的同步觀測(cè)時(shí)間。每天外業(yè)結(jié)束要及時(shí)把GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。

5 GPS數(shù)據(jù)處理

GPS數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理采用海星達(dá)GPS自身所帶的配套數(shù)據(jù)處理軟件—HGO數(shù)據(jù)后處理軟件進(jìn)行。本次GPS控制網(wǎng)選取石家窩棚，TLM，XLG，XS，YS為起算點(diǎn)，內(nèi)業(yè)基本流程為：數(shù)據(jù)傳輸——記錄數(shù)據(jù)錄入——設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)及解算精度——基線解算——基線成果檢驗(yàn)——三維自由網(wǎng)平差—二維約束平差。

將外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)*.GNS導(dǎo)入HGO數(shù)據(jù)后處理軟件進(jìn)行基線結(jié)算，共得到121條合格基線，其中重復(fù)基線22條，48個(gè)同步觀測(cè)環(huán)和13個(gè)異步觀測(cè)環(huán)。

對(duì)初次基線解算不合格基線，要處理過再重新解算，直到全部基線解算合格為止。嚴(yán)格控制同步環(huán)和異步環(huán)閉合差，以找出不合格的基線，分析影響基線質(zhì)量的原因后，通過修改基線處理設(shè)置或編輯基線時(shí)段來重復(fù)處理1條基線。

表2 GPS數(shù)據(jù)基線結(jié)算同步環(huán)、異步環(huán)精度統(tǒng)計(jì)表

基線計(jì)算及環(huán)閉合差合格后，每條基線均可在異步環(huán)內(nèi)得到檢驗(yàn)，指標(biāo)均滿足規(guī)范要求表明基線解算可靠，然后是進(jìn)行約三維自由網(wǎng)平差、二維約束平差，精度統(tǒng)計(jì)如下：

1)最弱邊基線名：0542170.zsd～0572170.zsd，相對(duì)中誤差1∶598030。

2)平面最弱點(diǎn)點(diǎn)名：HTC，最大點(diǎn)位中誤差為8.5 mm。

由此可見，本項(xiàng)目精度完全符合水利二等GPS控制網(wǎng)精度指標(biāo)要求。

6 高程控制

高程控制測(cè)量使用WILD N2自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，配合雙面區(qū)格式木質(zhì)標(biāo)尺，使用南方測(cè)繪公司開發(fā)的控制精靈記錄，水準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算使用南方平差易(PA2005)計(jì)算[4]。

以XBX1，3-22，3-24(1)，3-30，XLG為已知點(diǎn)布設(shè)四等水準(zhǔn)路線。共施測(cè)水準(zhǔn)路線521 km，閉合環(huán)18個(gè)。經(jīng)過PA2005計(jì)算求的單位權(quán)中誤差：Mo=0.0047 m，最大閉合差135 mm，限差M=±202.3 mm；最弱點(diǎn)004，高程中誤差為5.3 mm。

7 結(jié) 語

1)本項(xiàng)目采用了邊連式構(gòu)網(wǎng)，點(diǎn)位分布均勻，約束的平面控制點(diǎn)為5個(gè)，高程控制測(cè)量的起算點(diǎn)為5個(gè)，保證了有足夠的起算數(shù)據(jù)控制整網(wǎng)，使GPS控制網(wǎng)的精度大大提高。

2)在GPS控制網(wǎng)二維約束平差中，首先應(yīng)對(duì)起算點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)部兼容性檢核，選用精度高的起算點(diǎn)，舍去精度低的已知點(diǎn)，提高二維約束平差的整體精度。

3)采用現(xiàn)代大地測(cè)量方法，利用全球定位系統(tǒng)等先進(jìn)儀器設(shè)備進(jìn)行施測(cè)，提高了作業(yè)效率，為花園灌區(qū)項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)提供了測(cè)繪基礎(chǔ)保障。

[1]中華人民共和國水利部.SL197—2013 水利水電工程測(cè)量規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2013.

[2]張建春.長江干線D級(jí)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和數(shù)據(jù)處理[J].巖土工程,2009(07)：61-63.

[3]吳俊超.新疆三塘湖煤田淖毛湖勘查區(qū)D級(jí)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和精度分析[J].新疆有色金屬,2013，36(03)：44-45.

[4]馬峰.GPS工程控制網(wǎng)在水利工程中的應(yīng)用[J].中州大學(xué)學(xué)報(bào),2013(04)：127-130.

2015-09-22

張亮(1982-)，男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師。

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