GPS在南水北調中線干線工程測量中的應用

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摘 要:本文主要介紹了GPS在建立南水北調中線干線工程施工控制網中的應用,詳細講述了GPS在本工程測量中的選點、埋石、網形布設、觀測及計算的過程和方法,取得了很好的效果,為今后的線路工程測量積累了寶貴的經驗。

關鍵詞:控制網GPS水準測量精度

中圖分類號:TV221 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0119-02

GPS以其定位精度高、觀測時間短、全球、全天候工作、高效率、多功能、操作簡便等特點在工程測量中得到了應用廣泛,同樣,在南水北調中線干線工程測量中,GPS起了不可替代的作用,取得了重要的經濟和社會效益。下面我們以南水北調工程的某一段渠道為例作詳細論述。

1 工程概況

沙河南～黃河南渠段第一標段(滎陽段)起點設計樁號為SH210+775,終點設計樁號為SH234+748,線路總長約為23.973km,該標段地勢平坦、交通便利,通視條件較好;第二標段(鄭州市Ⅰ段)起點設計樁號為SH201+000,終點設計樁號為SH210+775,線路總長約為9.775km,該標段位于鄭州市郊區,村莊密集、建筑物較多,特別是賈魯河一帶,多次與總干渠交叉,地形破碎,樹木稠密,交通不便,通視困難。

測區氣候較溫和,春季干旱風沙較多,夏季炎熱雨水集中,野外作業受到一定的影響。沿渠線附近的公路及鄉間大車路均能通行汽車,除風雨期受阻外,平時交通較方便。

2 任務

渠線部分:前期測設的“南水北調中線一期工程干線(除京石段)首級施工控制網”,平面等級為C級GPS,高程等級為Ⅱ等水準,每8～10km埋設一對標石,埋設密度難以滿足渠線施工測量的要求,我們在C級網中間加埋一對標石,使渠線部分達到每4～5km一對標石。新布設的標石,按三等水準標石規格埋設,平面為D級GPS,高程為三等水準。

本次測量任務為南水北調中線一期工程總干渠沙河南～黃河南渠段內,第一標段(滎陽段)和第二標段(鄭州市Ⅰ段)交叉建筑物控制測量(原則上每處埋設3座標石,平面為D級GPS,高程為三等水準)測量。

兩渠段內共有交叉建筑物55座,其中河渠交叉5座(控制測量由兄弟單位作),左岸排水9座,鐵路交叉1座,渠渠交叉1座,分水口門3座,路渠交叉31座,移民橋5座。

3 已有資料情況

1)南水北調中線一期工程干線(除京石段)首級施工控制網平面為C級GPS,高程為Ⅱ等水準,可作為本次施工控制網的起算點成果。2)1:5000帶狀地形圖,作為計劃用圖。3)渠線拐點坐標和交叉建筑物要素表,作為確定渠線中線、建筑物交叉位置和設計水位的依據。

3.1 平面控制測量

3.1.1 控制網的設計布設

基本控制:在1:5000地形圖上,根據前期布設的埋石間距、測區地形現狀、交通狀況及作業效率綜合考慮,按照優化設計的原則,擬定D級GPS點的點位、點名及點號,標出相關的測量站點、水準路線及主要的交通路線,設計出一個圖形結構強的施工控制網。根據設計的施工控制網圖形,沿總干渠每4～5km埋設一對(相鄰距離宜在500～800m之間,以便于施工引用)相互通視的三等水準標石,點位應選在渠道開挖線以外且永久性征地范圍線以內(一般距渠道中心線150m左右),便于使用和長期保存的堅實原狀土上,并應避開農作物耕地,宜選在道路旁邊、溝坎邊沿、河渠岸邊,要遠離高壓輸電線路和大功率微波站,如雷達、電臺及微波中轉站等附近地區,周圍不應有反射物和高大建筑物,盡量減少接收衛星信號的干擾和多路徑誤差。

交叉建筑物控制:埋石點宜選在建筑物和渠線開挖線150m以外,每場地應埋設3座相互通視的D級GPS點,構成獨立施工控制網,若兩處建筑物相鄰(500m以內),可考慮綜合布設,測區內C級GPS或渠線上的D級GPS點一并利用。

3.1.2 埋石

基本控制:標石尺寸參照三等水準標石規格預制,現場澆注底盤。標石露出地面2cm,標志為半球狀鑄鐵標志,中心刻十字線,柱石編號由北向南統一編號,黃河北點名為DHB××,黃河南點名為DHN××(第一個D表示GPS級別,HB表示黃河北,HN表示黃河南)。柱石頂面字體朝北,應刻模壓印且清晰端正、排列整齊、涂抹紅漆,認真做好點之記。

交叉建筑物控制:埋石點以場地建筑物漢語拼音首字母統一編號,如大蒲水場地,編號為DPS××。

3.1.3 觀測

基本控制:使用儀器:Leica 1200雙頻GPS接收機(表1)。

D級GPS網宜布設成多邊形,以邊連接形式構成控制網,提高控制網精度(網中已知點數量應不少于2座)。作業時認真架好儀器,對中(天線對中誤差不得大于3mm)、整平,接好電纜、輸入點名和觀測時段并采集數據,測前、測后各量取一次天線高(GPS天線高的測定工具應使用儀器配置的專用卡尺,量至mm),取平均值。GPS網平面觀測精度要求,見表2。

交叉建筑物控制:觀測同上。

3.1.4 數據處理與平差

基本控制:基線處理使用隨機的商用軟件,按規范中有關技術要求執行,基線解算必須采用合格的雙差固定解作為基線解的最終成果,外業數據檢核要滿足規范要求。

D級GPS控制網的兩端均使用干線首級控制網的C級點作為已知點,相鄰D級網之間應采用同一已知點,使渠線D級網連為整體。

交叉建筑物控制:平面坐標系統掛靠于1954年北京坐標系1°帶下場地獨立坐標系,邊長投影到建筑物設計工程面上。建筑物施工控制網測量,平面為D級GPS。

數據處理同上,使用《場地坐標計算》程序自動讀取GPS網平差中的無約束平差基線邊長,進行建筑物場地獨立坐標系計算,邊長不進行高斯投影計算,邊長的高程投影面為該處的設計水位面。

4 成果驗收及精度統計

經過緊張而有序地外業測量和內業計算工作,我們取得了非常可喜的成果。在此基礎上,我們又組織人員按照《測繪產品檢查驗收規定》和有關技術要求對成果進行了復測和檢查。下面是成果的精度統計。

4.1 GPS控制網的檢查和精度統計

基本控制:分別對50個GPS網平差計算中的基線向量殘差、閉合環的坐標閉合差、點位精度進行了統計(表3)。

建筑物施工控制網邊長檢測的精度統計:利用全站儀對50處建筑物施工控制網的邊長進行了檢測,共檢測邊長92條,基本上每處檢測2條邊,涉及3座標石,精度統計如(表4)。

5 結語

南水北調中線工程是迄今為止世界上最大最長的線性輸水工程,是優化我國水力資源配置的重大戰略性基礎設施。意義重大、影響深遠、舉世矚目。因此,我們強化意識、以高度的責任感盡職盡責服務好、建設好這一重大工程,按照國家要求切實將其建設成造福當代、惠及子孫的民心工程、精品工程。作為工程建設的排頭兵,我們組織精干技術力量和先進的儀器設備,精心設計,細致測量,為工程建設提供了有力的測量保障,取得了優秀的成果。通過對南水北調中線工程測量的研究和實踐,我們在大型線性工程復雜的空間定位精度控制、施工測量方案及優化以及施工測量管理、測量成本控制、現場實施等方面累積了許多經驗,為今后的工作提供了一個良好的范例。