GPS在南水北調(diào)中線干線工程測量中的應(yīng)用

郟紅偉

摘 要:本文主要介紹了GPS在建立南水北調(diào)中線干線工程施工控制網(wǎng)中的應(yīng)用,詳細(xì)講述了GPS在本工程測量中的選點(diǎn)、埋石、網(wǎng)形布設(shè)、觀測及計(jì)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(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞:控制網(wǎng)GPS水準(zhǔn)測量精度

中圖分類號(hào):TV221 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0119-02

GPS以其定位精度高、觀測時(shí)間短、全球、全天候工作、高效率、多功能、操作簡便等特點(diǎn)在工程測量中得到了應(yīng)用廣泛,同樣,在南水北調(diào)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(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。下面我們以南水北調(diào)工程的某一段渠道為例作詳細(xì)論述。

1 工程概況

沙河南～黃河南渠段第一標(biāo)段(滎陽段)起點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)為SH210+775,終點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)為SH234+748,線路總長約為23.973km,該標(biāo)段地勢平坦、交通便利,通視條件較好;第二標(biāo)段(鄭州市Ⅰ段)起點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)為SH201+000,終點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)為SH210+775,線路總長約為9.775km,該標(biāo)段位于鄭州市郊區(qū),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(qū)氣候較溫和,春季干旱風(fēng)沙較多,夏季炎熱雨水集中,野外作業(yè)受到一定的影響。沿渠線附近的公路及鄉(xiāng)間大車路均能通行汽車,除風(fēng)雨期受阻外,平時(shí)交通較方便。

2 任務(wù)

渠線部分:前期測設(shè)的“南水北調(diào)中線一期工程干線(除京石段)首級(jí)施工控制網(wǎng)”,平面等級(jí)為C級(jí)GPS,高程等級(jí)為Ⅱ等水準(zhǔn),每8～10km埋設(shè)一對(duì)標(biāo)石,埋設(shè)密度難以滿足渠線施工測量的要求,我們在C級(jí)網(wǎng)中間加埋一對(duì)標(biāo)石,使渠線部分達(dá)到每4～5km一對(duì)標(biāo)石。新布設(shè)的標(biāo)石,按三等水準(zhǔn)標(biāo)石規(guī)格埋設(shè),平面為D級(jí)GPS,高程為三等水準(zhǔn)。

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

兩渠段內(nèi)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(diào)中線一期工程干線(除京石段)首級(jí)施工控制網(wǎng)平面為C級(jí)GPS,高程為Ⅱ等水準(zhǔn),可作為本次施工控制網(wǎng)的起算點(diǎn)成果。2)1:5000帶狀地形圖,作為計(jì)劃用圖。3)渠線拐點(diǎn)坐標(biāo)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(shè)計(jì)水位的依據(jù)。

3.1 平面控制測量

3.1.1 控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)布設(shè)

基本控制:在1:5000地形圖上,根據(jù)前期布設(shè)的埋石間距、測區(qū)地形現(xiàn)狀、交通狀況及作業(yè)效率綜合考慮,按照優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則,擬定D級(jí)GPS點(diǎn)的點(diǎn)位、點(diǎn)名及點(diǎn)號(hào),標(biāo)出相關(guān)的測量站點(diǎn)、水準(zhǔn)路線及主要的交通路線,設(shè)計(jì)出一個(gè)圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)的施工控制網(wǎng)。根據(jù)設(shè)計(jì)的施工控制網(wǎng)圖形,沿總干渠每4～5km埋設(shè)一對(duì)(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(zhǔn)標(biāo)石,點(diǎn)位應(yīng)選在渠道開挖線以外且永久性征地范圍線以內(nèi)(一般距渠道中心線150m左右),便于使用和長期保存的堅(jiān)實(shí)原狀土上,并應(yīng)避開農(nóng)作物耕地,宜選在道路旁邊、溝坎邊沿、河渠岸邊,要遠(yuǎn)離高壓輸電線路和大功率微波站,如雷達(dá)、電臺(tái)及微波中轉(zhuǎn)站等附近地區(qū),周圍不應(yīng)有反射物和高大建筑物,盡量減少接收衛(wèi)星信號(hào)的干擾和多路徑誤差。

交叉建筑物控制:埋石點(diǎn)宜選在建筑物和渠線開挖線150m以外,每場地應(yīng)埋設(shè)3座相互通視的D級(jí)GPS點(diǎn),構(gòu)成獨(dú)立施工控制網(wǎng),若兩處建筑物相鄰(500m以內(nèi)),可考慮綜合布設(shè),測區(qū)內(nèi)C級(jí)GPS或渠線上的D級(jí)GPS點(diǎn)一并利用。

3.1.2 埋石

基本控制:標(biāo)石尺寸參照三等水準(zhǔn)標(biāo)石規(guī)格預(yù)制,現(xiàn)場澆注底盤。標(biāo)石露出地面2cm,標(biāo)志為半球狀鑄鐵標(biāo)志,中心刻十字線,柱石編號(hào)由北向南統(tǒng)一編號(hào),黃河北點(diǎn)名為DHB××,黃河南點(diǎn)名為DHN××(第一個(gè)D表示GPS級(jí)別,HB表示黃河北,HN表示黃河南)。柱石頂面字體朝北,應(yīng)刻模壓印且清晰端正、排列整齊、涂抹紅漆,認(rèn)真做好點(diǎn)之記。

交叉建筑物控制:埋石點(diǎn)以場地建筑物漢語拼音首字母統(tǒng)一編號(hào),如大蒲水場地,編號(hào)為DPS××。

3.1.3 觀測

基本控制:使用儀器:Leica 1200雙頻GPS接收機(jī)(表1)。

D級(jí)GPS網(wǎng)宜布設(shè)成多邊形,以邊連接形式構(gòu)成控制網(wǎng),提高控制網(wǎng)精度(網(wǎng)中已知點(diǎn)數(shù)量應(yīng)不少于2座)。作業(yè)時(shí)認(rèn)真架好儀器,對(duì)中(天線對(duì)中誤差不得大于3mm)、整平,接好電纜、輸入點(diǎn)名和觀測時(shí)段并采集數(shù)據(jù),測前、測后各量取一次天線高(GPS天線高的測定工具應(yīng)使用儀器配置的專用卡尺,量至mm),取平均值。GPS網(wǎng)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(shù)據(jù)處理與平差

基本控制:基線處理使用隨機(jī)的商用軟件,按規(guī)范中有關(guān)技術(shù)要求執(zhí)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(yè)數(shù)據(jù)檢核要滿足規(guī)范要求。

D級(jí)GPS控制網(wǎng)的兩端均使用干線首級(jí)控制網(wǎng)的C級(jí)點(diǎn)作為已知點(diǎn),相鄰D級(jí)網(wǎng)之間應(yīng)采用同一已知點(diǎn),使渠線D級(jí)網(wǎng)連為整體。

交叉建筑物控制:平面坐標(biāo)系統(tǒng)掛靠于1954年北京坐標(biāo)系1°帶下場地獨(dú)立坐標(biāo)系,邊長投影到建筑物設(shè)計(jì)工程面上。建筑物施工控制網(wǎng)測量,平面為D級(jí)GPS。

數(shù)據(jù)處理同上,使用《場地坐標(biāo)計(jì)算》程序自動(dòng)讀取GPS網(wǎng)平差中的無約束平差基線邊長,進(jìn)行建筑物場地獨(dú)立坐標(biāo)系計(jì)算,邊長不進(jìn)行高斯投影計(jì)算,邊長的高程投影面為該處的設(shè)計(jì)水位面。

4 成果驗(yàn)收及精度統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過緊張而有序地外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)計(jì)算工作,我們?nèi)〉昧朔浅？上驳某晒Ｔ诖嘶A(chǔ)上,我們又組織人員按照《測繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定》和有關(guān)技術(shù)要求對(duì)成果進(jìn)行了復(fù)測和檢查。下面是成果的精度統(tǒng)計(jì)。

4.1 GPS控制網(wǎng)的檢查和精度統(tǒng)計(jì)

基本控制:分別對(duì)50個(gè)GPS網(wǎng)平差計(jì)算中的基線向量殘差、閉合環(huán)的坐標(biāo)閉合差、點(diǎn)位精度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表3)。

建筑物施工控制網(wǎng)邊長檢測的精度統(tǒng)計(jì):利用全站儀對(duì)50處建筑物施工控制網(wǎng)的邊長進(jìn)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(biāo)石,精度統(tǒng)計(jì)如(表4)。

5 結(jié)語

南水北調(diào)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(yōu)化我國水力資源配置的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施。意義重大、影響深遠(yuǎn)、舉世矚目。因此,我們強(qiáng)化意識(shí)、以高度的責(zé)任感盡職盡責(zé)服務(wù)好、建設(shè)好這一重大工程,按照國家要求切實(shí)將其建設(shè)成造福當(dāng)代、惠及子孫的民心工程、精品工程。作為工程建設(shè)的排頭兵,我們組織精干技術(shù)力量和先進(jìn)的儀器設(shè)備,精心設(shè)計(jì),細(xì)致測量,為工程建設(shè)提供了有力的測量保障,取得了優(yōu)秀的成果。通過對(duì)南水北調(diào)中線工程測量的研究和實(shí)踐,我們在大型線性工程復(fù)雜的空間定位精度控制、施工測量方案及優(yōu)化以及施工測量管理、測量成本控制、現(xiàn)場實(shí)施等方面累積了許多經(jīng)驗(yàn),為今后的工作提供了一個(gè)良好的范例。