抽水蓄能電站GNSS施工控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與建立

(中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024)

抽水蓄能電站一般選址在高山谷地，上下庫之間地形陡峭，內(nèi)部通行困難，植被覆蓋茂密，通視條件較差，采用常規(guī)方法建立施工控制網(wǎng)工作量大、施測困難。相比常規(guī)觀測方法，GNSS不僅具有觀測速度快、成本低、精度高、不受地形和通視條件限制等優(yōu)點(diǎn)，而且GNSS觀測的數(shù)據(jù)具有內(nèi)符合精度高等優(yōu)勢。本文以抽水蓄能電站施工控制網(wǎng)為例，闡述如何利用GNSS技術(shù)建立施工控制網(wǎng)。

1 工程概況

遼寧清原抽水蓄能電站位于遼寧省撫順市清原縣境內(nèi)，站址距清原縣、撫順市、沈陽市的公路里程分別為30km、117km、176km。該抽水蓄能電站樞紐工程由上水庫、下水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房、開關(guān)站及出線場、交通洞、通風(fēng)洞等部分組成，電站初選裝機(jī)容量1800MW，安裝6臺單機(jī)容量為300MW的單級混流可逆式水泵水輪機(jī)組，工程區(qū)控制范圍面積約13km2。工程建筑物等級為2級，次要建筑物為3級。測區(qū)樹高林密、觀測條件極其惡劣，設(shè)計(jì)點(diǎn)位基本處在密林之中，基本不具備常規(guī)觀測條件。

2 投影面與起算數(shù)據(jù)選擇

工程在前期勘測階段選擇的投影面為450m平均高程面，施工控制網(wǎng)設(shè)計(jì)也采用450m平均高程面為施工控制網(wǎng)的投影面，兩者坐標(biāo)系統(tǒng)是一致的，都為掛靠于1980年國家大地坐標(biāo)系下的地方獨(dú)立坐標(biāo)系，只需與原有控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，本次在控制網(wǎng)周圍選擇4個原有控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，分別為GQ03、GQ11、Q1和QY01，并把原有控制點(diǎn)納入網(wǎng)中同步進(jìn)行觀測，采用約束平差的方法，獲取施工控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)，其成果可作為施工控制網(wǎng)的校核基準(zhǔn)。

3 施工控制網(wǎng)布置方案

在現(xiàn)有外部條件不具備大面積砍伐樹木情況下，為滿足項(xiàng)目對施工控制網(wǎng)的建網(wǎng)要求，根據(jù)項(xiàng)目工期要求及現(xiàn)有外部條件，平面控制網(wǎng)觀測方法采用GNSS測量方式施測。

根據(jù)工程施工布置圖和現(xiàn)場實(shí)際情況，對多種方案比選優(yōu)化后最終確定選定17個點(diǎn),組成抽水蓄能電站三等GNSS平面控制網(wǎng)，以大地四邊形和中點(diǎn)多邊形相結(jié)合的形式布置，標(biāo)型為混凝土觀測墩，點(diǎn)名編號為QK01～QK17；高程網(wǎng)布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)26座，標(biāo)型選擇混凝土普通標(biāo)石或刻石，點(diǎn)名編號為GSM01～GSM26，共布設(shè)了8個水準(zhǔn)閉合環(huán)線組成水準(zhǔn)網(wǎng)，在11個基礎(chǔ)部位埋有水準(zhǔn)點(diǎn)的觀測墩，采用三等支水準(zhǔn)的方式對其盤面高程進(jìn)行了聯(lián)測。方案布置見圖1。

圖1 控制網(wǎng)布置方案

4 精度估計(jì)

為考察GNSS網(wǎng)是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求精度，采用常規(guī)邊角網(wǎng)的估算方法進(jìn)行精度估算。按測角精度±0.7″、邊長精度±(1mm+1ppm)，以位于圖1中部的QK01作為固定點(diǎn)，以QK01～QK02方向?yàn)槠鹗挤较蜃鼋?jīng)典自由網(wǎng)進(jìn)行平差。估算結(jié)果見表1。

表1 首級控制網(wǎng)精度估算

續(xù)表

從精度估算結(jié)果可以看出，平面最弱點(diǎn)QK17點(diǎn)位中誤差±5.31mm，精度儲備良好，精度可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。平面控制網(wǎng)按照三等GNSS網(wǎng)技術(shù)要求進(jìn)行觀測，幾何水準(zhǔn)按照三等精度指標(biāo)施測。

5 建網(wǎng)實(shí)施及精度評價

5.1 建網(wǎng)實(shí)施

觀測所用設(shè)備接收機(jī)選用天寶雙頻雙系統(tǒng)接收機(jī)(Trimble R8)6臺套,其平面標(biāo)稱精度為±(3mm+0.5ppm)，按照三等網(wǎng)的精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測，觀測時段數(shù)不小于2；每時段同步觀測120min；數(shù)據(jù)采樣率間隔至10s；衛(wèi)星高度截止角為10°；PDOP<5；有效衛(wèi)星數(shù)大于5。水準(zhǔn)外業(yè)觀測采用天寶DINI03水準(zhǔn)儀2套，其標(biāo)稱精度為±(0.3mm/km)，按照三等網(wǎng)的精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測。

本施工控制網(wǎng)采用TOPCON-GNSS隨解算軟件Pinnacle進(jìn)行解算。基線解算完成后，首先在WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行三維無約束平差，求定各GNSS網(wǎng)點(diǎn)三維大地坐標(biāo)，然后利用現(xiàn)有控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和水準(zhǔn)聯(lián)測后的高程進(jìn)行約束平差，最后評定精度。

5.2 基線解算成果精度統(tǒng)計(jì)

a.GNSS網(wǎng)基線中誤差按下式計(jì)算:

式中a——固定誤差，mm；

b——比例誤差，mm/km；

d——相鄰點(diǎn)間距離，km。

5.3 同步環(huán)及異步環(huán)檢驗(yàn)

a.同步環(huán)檢驗(yàn)。同步環(huán)閉合差可作為同步環(huán)觀測質(zhì)量好壞的指標(biāo)，同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差的限差為

統(tǒng)計(jì)GNSS控制網(wǎng)中同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差最大環(huán)(見表2)。

表2 同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差最大環(huán)

b.異步環(huán)檢驗(yàn)。在整個GNSS網(wǎng)中選取一組完全的獨(dú)立基線構(gòu)成閉合環(huán)(GNSS控制網(wǎng)異步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差最大環(huán)見表3)，各獨(dú)立環(huán)坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)符合下式計(jì)算規(guī)定的限差：

表3 異步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差最大環(huán)

5.4 精度分析

由GNSS重復(fù)基線、同步環(huán)、異步環(huán)計(jì)算統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以看出，GNSS基本網(wǎng)外業(yè)觀測質(zhì)量良好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范相應(yīng)要求。

從表3可看出，GNSS網(wǎng)基線總體符合度較好。以上各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)是對外業(yè)觀測成果質(zhì)量的基本評定，只作為參考，最終成果的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差才是決定性指標(biāo)。在GNSS網(wǎng)平差時，三維無約束平差能夠很好地反映GNSS基線網(wǎng)的內(nèi)符合精度，三維無約束平差能夠反映最終的點(diǎn)位精度(見表4、表5)。

表4 無約束精度統(tǒng)計(jì)

表5 約束平差點(diǎn)位精度最弱點(diǎn)

高程控制網(wǎng)由經(jīng)過各項(xiàng)改正后水準(zhǔn)測量成果組成的水準(zhǔn)網(wǎng)。水準(zhǔn)網(wǎng)平差采用本公司自行研發(fā)并通過專家驗(yàn)證的“水準(zhǔn)內(nèi)外業(yè)一體化”軟件進(jìn)行計(jì)算。平差后單位權(quán)中誤差為±0.55mm，最弱點(diǎn)為GSM18，高程中誤差為±0.798mm。從平差結(jié)果可以看出水準(zhǔn)網(wǎng)單位權(quán)中誤差和高程中誤差均滿足設(shè)計(jì)的精度要求，觀測成果質(zhì)量優(yōu)良。

6 結(jié) 論

通過工程測繪運(yùn)用情況分析可知，利用GNSS技術(shù)建立抽水蓄能電站施工控制網(wǎng)，較常規(guī)方法建網(wǎng)，降低了勞動強(qiáng)度，提高了外業(yè)作業(yè)效率，縮短了建網(wǎng)周期，在林木茂密，不宜大量砍伐，通視條件較差的地區(qū)，利用GNSS技術(shù)建立抽水蓄能電站施工控制網(wǎng)，在精度上能滿足施工要求，且經(jīng)濟(jì)可行。