探討榆林東線引黃工程測圖控制網(wǎng)的建立

田 睿

（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院，陜西 西安 710002）

1 工程概況

榆林東線引黃供水工程是從神木市境內黃河馬鎮(zhèn)取水，供水對象主要為榆林能源化工基地，解決其資源性缺水問題，以及工程沿線重要城市、縣城、工業(yè)園區(qū)供水，緩解城市與工業(yè)發(fā)展、生態(tài)用水矛盾，為能源基地可持續(xù)發(fā)展提供可靠地供水保障。主要供水對象為窟野河河谷區(qū)、禿尾河河谷區(qū)、榆林經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、榆橫工業(yè)園及沿線城鎮(zhèn)的生產(chǎn)生活用水。榆林東線引黃工程擬從黃河馬鎮(zhèn)年取水量為7.47億m3，設計流量27 m3/s；工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為Ⅱ等。工程由取水樞紐、170.4 km輸水線路（另有29 km天然河道）、六級加壓泵站及牛欄溝、黃石溝沉沙調蓄水庫等四部分組成。其中輸水線路包括106.1 km壓力管道、45座建筑物（渡槽9座、倒虹10處、隧洞23條、暗涵3處）。

《水利水電工程測量規(guī)范》（SL 197-2013）[1]中11.4輸水線路測量規(guī)定：基本平面控制測量等級不低于四等，基本高程控制測量等級不低于三等。在勘測階段，主要工作是測繪帶狀地形圖和定線測量，參考規(guī)范，最終確立控制測量方案，采用四等GNSS控制測量方法建立平面控制網(wǎng)，采用測量機器人自動觀測三等三角高程方法建立高程控制網(wǎng)。

2 平面控制測量

基本平面控制布設為四等GNSS控制網(wǎng)。由《水利水電工程測量規(guī)范》[1]（SL 197-2013）知：平面坐標系統(tǒng)應采用現(xiàn)行國家坐標系或與其相聯(lián)系的獨立坐標系，大比例尺地形圖測繪中，需滿足長度投影變形值不應大于5 cm/km；

式中：D1為歸算到參考橢球面上的長度；D2為高斯平面上的邊長；D為測距邊水平距離；Hm為測距邊兩邊的平均高程；hm為測區(qū)大地水準面高出參考橢球面的高差；RA為測距邊所在法截線的曲率半徑；ym為測距邊兩端點橫坐標平均值；Δy為測距邊兩端點橫坐標之差；Rm為參考橢球面上測距邊中點的平均曲率半徑。

經(jīng)計算該測區(qū)兩項投影長度變形值0.1 m，因此建立了掛靠在1980西安坐標系下的獨立坐標系。

2.1 布網(wǎng)選點、埋石

基本平面控制布設為四等GNSS控制網(wǎng)。沿線路每隔4 km～5 km左右埋設一組（每組3座）混凝土標石，每組點間兩兩互相通視。主要建筑物處（泵站）每處埋設2座混凝土標石。每組GNSS點間距大于500 m。平面控制埋石點與高程控制點共用。

根據(jù)四等GNSS要求埋設了混凝土標石并填寫了GNSS點之記，GNSS點編號為DXi(i=01,02,…,161)。新布設的GNSS點與測區(qū)附近國家 B級 GNSS點 1293、1294、1296、1298、1299 及C級 GNSS點 F014、F017、F018、F019、F020、F022、F024 共同構成四等GNSS網(wǎng)。圖1為GNSS控制網(wǎng)圖。

圖1 GNSS控制網(wǎng)圖

2.2 GNSS觀測

2.2.1 使用儀器

采用16臺華測X900雙頻GNSS接收機，GNSS接收機均按規(guī)定通過檢定，并在有效期內使用。

2.2.2 觀測要求

1）靜態(tài)方式。作業(yè)前根據(jù)測區(qū)地形和交通情況及設備性能等因素綜合考慮，制定合理、詳細的GNSS外業(yè)觀測計劃。

2）基本技術精度

GNSS網(wǎng)的主要技術精度要求見表1。

表1 GNSS網(wǎng)的主要技術精度

3）外業(yè)觀測的主要技術要求見表2。

表2 外業(yè)觀測的主要技術要求

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 使用軟件

GNSS網(wǎng)基線向量的解算采用華測GNSS自帶后處理軟件CGO(CHC Geomatics Office)，平差采用 CosaGPS 軟件進行[2]。

2.3.2 基線質量檢驗

GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理前進行了單條基線解算結果的檢驗、復測基線差值的檢驗、同步環(huán)、異步環(huán)各坐標分量及環(huán)線全長閉合差的檢驗。

1）重復基線測量的差值均小于規(guī)范規(guī)定的限差，其最大差值見表3。

表3 重復基線測量最大差值統(tǒng)計表

2）同步環(huán)各坐標分量及環(huán)線全長閉合差均小于規(guī)范規(guī)定的限差，其最大閉合差統(tǒng)計見表4。

3）異步環(huán)坐標分量及環(huán)線全長閉合差均小于規(guī)范規(guī)定的限差，其最大閉合差統(tǒng)計見表4。

表4 同步環(huán)各坐標分量及環(huán)線全長閉合差最大值統(tǒng)計表

2.3.3 GNSS網(wǎng)平差

1）在各項質量檢驗符合要求后，以所有獨立基線組成GNSS空間向量網(wǎng)，并在WGS-84坐標系統(tǒng)中進行三維無約束平差。平差后，基線向量改正數(shù)最大值為：VDx=10.69 cm、VDy=-3.52 cm、VDz=-4.85 cm，小于限差68.34 cm；最弱點點位中誤差為1.38 cm；最弱相鄰點邊長相對中誤差為1/161000。

2）1980西安坐標系統(tǒng)下的二維約束平差。以國家B級GNSS 點 1293、1296、1299 和 C 級 GNSS 點 F017、F018、F020、F024的1980西安坐標系下的平面坐標為起算數(shù)據(jù)，進行二維網(wǎng)約束平差。平差后最弱點點位中誤差為0.39 cm；最弱相鄰點邊長相對中誤差為1/237000。

3）掛靠在1980西安坐標下的獨立坐標系統(tǒng)建立[3～4]。以DX50為坐標起算點，以DX50～DX53的方位角為起始方位，投影面高程為1150 m，進行二維約束平差，平差后最弱邊相對中誤差1/216000，小于規(guī)范規(guī)定的1/40000；最弱點點位中誤差為6.1 mm，小于限差5 cm。

獨立坐標系坐標反算邊長與實測邊長比較，在測區(qū)的兩端及中部實測了9條邊，精度統(tǒng)計表見表5。

3 高程控制測量

表5 獨立坐標系坐標投影差計算表

3.1 高程路線布設

以國家水準點Ⅱ頭興54-1、Ⅱ頭興56-1，國家B級GNSS點1294、1296(二等水準高程)為起閉點，聯(lián)測四等GNSS點，布設成節(jié)點網(wǎng)三角高程線路。

3.2 觀測

使用一臺Leica TS60、一臺Leica TCA2003型全站儀,TS60為全新一代智能全站儀，TCA2003為測量機器人，均可加載多測回自動觀測軟件，實現(xiàn)自動尋找目標與照準、自動觀測、自動記錄、自動檢測各項限差[5]。配套設備有：溫度計（讀數(shù)精確至0.2℃），氣壓計（讀數(shù)精確至50Pa），游標卡尺（測量儀器高和覘標高）。儀器與配套設備均檢定合格，且在有效檢定期內。采用單程雙測對向觀測的方法進行施測，觀測技術要求見表6。

表6 三角高程測量技術要求

3.3 數(shù)據(jù)處理

1）外業(yè)驗算

對測距邊進行儀器加乘常數(shù)、氣象數(shù)據(jù)、傾斜改正之后計算平距、往（或返）測觀測高差，進行單程雙測高差較差、對向觀測高差較差、邊長往返較差及高程線路閉合差均滿足表7中相關規(guī)定。

表7 三角高程測量限差要求

2）平差計算

平差采用《工程測量控制網(wǎng)平差系統(tǒng)（NASEW）》軟件，觀測高差值進行了正常水準面不平行改正，根據(jù)單程雙測兩次觀測高差不符值計算每千米高程線路偶然中誤差MΔ=±2.51，小于±3.0 mm，符合規(guī)范要求，見表8。

表8 三角高程測量精度統(tǒng)計表

4 結論

該項目測圖平面控制網(wǎng)布設為四等GNSS網(wǎng)，建立的掛靠在1980西安坐標系下的獨立坐標系有效的抵償了兩項投影改正（高程歸化和投影改化），實測邊長與坐標反算邊長滿足了投影變形值5 cm/km（1/20000）的要求，最弱點定位中誤差±6.1 mm。

項目地處榆林毛烏素沙漠范圍，水準測量難以實施，因而采用了三角高程測量方法建立了測圖高程控制網(wǎng)，觀測過程中采用了最為先進的0.5″級測量機器人LeicaTS60和LeicaTCA2003，有效的減小人為操作帶來的誤差，提高控制網(wǎng)的測量精度。最弱點高程中誤差±25.47 mm，每千米高差中數(shù)偶然中誤差±2.51 mm。

地形圖測繪和定線測量階段對平面和高程精度要求為：平面±5 cm；高程為±5 cm（±h/20，h為基本等高距），因此本次測圖控制網(wǎng)的坐標和高程測量精度滿足該項目勘測階段地形圖測繪和定線測量的要求。