某大型風(fēng)電場的GPS控制測量

賀躍光,王 亮,朱偉華

(1.長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南長沙 410076；2.中鐵五局測繪中心,貴陽貴州 550003)

0 前言

某風(fēng)電場工程位于沿海地區(qū),共有3個測區(qū)。場址測區(qū)南北平均長度23.0 km,東西平均寬度7.0 km。風(fēng)電場區(qū)域內(nèi)以山地為主,起伏較大,海拔高度在10～700 m之間,地形十分復(fù)雜,植被覆蓋層大多為灌木林,交通不便。測區(qū)平均高程為400 m,平均緯度為 21°54′,平面坐標(biāo)系統(tǒng)為1980年西安坐標(biāo)系,高程系統(tǒng)為1985國家高程基準(zhǔn),投影面為高斯投影面。

1 GPS網(wǎng)的布設(shè)

1.1 布網(wǎng)原則

根據(jù)《工程測量規(guī)范》、《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》相關(guān)的技術(shù)要求布設(shè) GPS控制網(wǎng)。GPS網(wǎng)點(diǎn)在3個測區(qū)內(nèi)均勻分布。測區(qū)附近有四等點(diǎn)2個(DJS點(diǎn)、STS點(diǎn)),其坐標(biāo)如表1所示。

表1 已知點(diǎn)數(shù)據(jù) m

其中“DJS”高程為四等點(diǎn)。考慮到測區(qū)為山嶺地區(qū),地形十分復(fù)雜,且通視困難,測區(qū)首級控制要求全部采用精度四等 GPS控制網(wǎng)布設(shè)。為滿足各測區(qū)首級控制的需要,3個測區(qū)共布設(shè)四等 GPS點(diǎn)96個,如圖1所示；在觀測 GPS的同時,為比較或進(jìn)行聯(lián)合平差,在3個測區(qū)分別加測部分全站儀地面邊長,并進(jìn)行部分三角高程測量。

圖1 四等 GPS控制網(wǎng)觀測示意

1.2 選點(diǎn)與埋石

測區(qū)內(nèi)均勻埋設(shè)96個 GPS點(diǎn),其中部分為刻石點(diǎn)。點(diǎn)位均選在質(zhì)地堅(jiān)硬、穩(wěn)固可靠,便于保存和使用,且視野開闊、遠(yuǎn)離高壓輸電線和無線電發(fā)射裝置的位置。GPS點(diǎn)成對布設(shè),至少有一方向相互通視。

2 外業(yè)觀測及數(shù)據(jù)處理

2.1 外業(yè)觀測

GPS控制按 GPS D級網(wǎng)施測[1]。GPS觀測采用4臺Leica ATX1230+GNSS GPS接收機(jī),儀器檢定結(jié)果：接收機(jī)相位一致性≤1 mm,靜態(tài)測量實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)偏差小于±(5 mm+5×10-6),各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

采用靜態(tài)測量模式。每天晚上根據(jù)當(dāng)天接收的星歷數(shù)據(jù)制定了第2天的觀測計(jì)劃,確定最佳觀測時間,每時段至少同步觀測了55 min。有效同步觀測衛(wèi)星數(shù)5顆以上,衛(wèi)星截至高度角15(°),數(shù)據(jù)采樣間隔為10 s,GDOP值小于6。

2.2 基線解算和 GPS控制網(wǎng)的平差處理

以DJS、STS作為基準(zhǔn)點(diǎn),利用商用軟件 HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包自動解算。在基線解算成功后進(jìn)行了各種粗差的檢驗(yàn)。在軟件HDS2003中進(jìn)行三維無約束平差、二維聯(lián)合平差、高程擬合[2]。

平差后的最弱點(diǎn)“G107”點(diǎn)位中誤差為：0.028 m,最弱邊“GS82～GS83”的邊長相對中誤差為：1/40 315,平均邊長相對中誤差為：1/31 458 525。均滿足規(guī)范要求的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于50 mm,最弱邊邊長相對中誤差小于1/40 000,平均邊長相對中誤差小于1/80 000的要求。

3 可靠性檢驗(yàn)

用拓普康402全站儀[其標(biāo)稱精度為測距：±(2 mm+2×10-6),測角：±2″],按四等平面網(wǎng)邊長精度及四等光電測距三角高程要求,測量6條地面邊長和部分點(diǎn)高程,并與 GPS測量的邊長和高程進(jìn)行比較[3]。

3.1 邊長檢驗(yàn)

使用全站儀共復(fù)測6條 GPS網(wǎng)地面邊,與 GPS測量的邊長比較結(jié)果見表2。其中 GS110至 GS101邊的平距差為最大,為0.014 m,GS116至 GS117邊的平距差最小,僅為0.001 m。

表2 四等 GPS與全站儀邊長比較表 m

光電復(fù)測基線的長度與 GPS測量邊長的較差ds應(yīng)滿足下式的規(guī)定：

式中 a,b——分別為 GPS接收機(jī)的固定誤差和比例誤差(mm)；

σ——相應(yīng)級別規(guī)定的精度。

復(fù)測基線較差特征值統(tǒng)計(jì)見表3,特征值分析見表4。

表3 復(fù)測基線精度統(tǒng)計(jì)

表4 復(fù)測基線較差分析

通過上表可以得出結(jié)論,復(fù)測基線符合精度要求。

3.2 高程控制

為確保高程控制的可靠性和精度,根據(jù)測區(qū)情況,利用四等三角高程對部分控制點(diǎn)的高程進(jìn)行了檢核。四等三角高程測量時,采取對向觀測,并形成閉合線路；進(jìn)行雙差改正、氣象改正、平差計(jì)算后,與GPS擬合高程的比較,結(jié)果如表5。

表5 控制點(diǎn)高程比較

因 GPS測量的高程精度為σh=2 cm+1×10-6＞2 cm,則兩次測量較差的中誤差為：

取限差σ限=3 m=8.1 cm,根據(jù)表5,各控制點(diǎn)的GPS高程均滿足要求。結(jié)合該工程實(shí)際,利用上述GPS測量獲取的控制點(diǎn)高程滿足工程需要和相應(yīng)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

通過全站儀復(fù)測的邊長和高程與 GPS測量的邊長和高程進(jìn)行并參與平差,保證了 GPS基線和高程的精度滿足規(guī)范要求。完成了大范圍該風(fēng)電場的首級控制網(wǎng)測量要求,表明對大面積、地形復(fù)雜情況下的控制網(wǎng)測量,利用 GPS和全站儀聯(lián)合進(jìn)行控制測量,具有高精度、易操作等特點(diǎn)。

[1]劉基余,李征航,等.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京：測繪出版社,1993.

[2]孔祥元,郭際明.控制測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,2006.

[3]周增輝.GPS在控制測量中的應(yīng)用研究[J].科技資訊,2009,(26)：10-12.