GPS在南水北調工程控制測量中的應用

湯 慶 豐， 王 小 紅

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

GPS在南水北調工程控制測量中的應用

湯 慶 豐， 王 小 紅

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

GPS測量以其觀測速度快、定位精度高、布網形勢多樣、全天候、小巧靈活等優點在工程建設中得到了廣泛的應用，深受廣大測量工作者的青睞。采用GPS外業測量獲取數據，在進行數據處理后，配合電子水準儀進行高程控制，可以在較短的時間內得到高精度的控制網成果。介紹了GPS在南水北調工程控制測量中的應用。

中央子午線；高程基準；GPS控制網；三等水準；南水北調

1 概 述

南水北調中線一期總干渠工程鎮平-3標段位于河南省鎮平縣，起點樁號76+100，終點樁號87+925，總長11.825 km。該標段主要建筑物包括：渠道和8座左岸排水建筑物、8座公路橋、4座生產橋。

已有成果資料：

(1)該工程已知控制點為潦河倒虹吸施工控制網和淇河施工控制網C級GPS控制網，標志為埋樁，高程系二等直接成果。

(2)控制點平面系統：掛靠于1954年北京坐標系1°帶下的獨立坐標系統，中央子午線經度為112°，高程系統為1985年高程基準。

作業依據：

(1)南水北調中線一期工程施工控制網測量技術設計報告；

(2)南水北調中線一期工程總干渠初步設計測量技術規定；

(3)《水利水電工程施工測量規范》(DL/T5173)；

(4)《工程測量規范》(GB50026—2007)；

(5)《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T18314—2009 )；

(6)《國家三、四等水準測量規范》(GB12898—2009 )。

2 GPS測量作業的主要技術指標

按《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T18314-2009) 和《工程測量規范》(GB 50026-2007)中的D級GPS測量技術要求以及《國家三、四等水準測量規范》(GB12898-2009)中的測量技術要求，主要技術指標見表1和表 2。

表1 GPS測量作業主要技術要求表

表2 水準測量主要技術要求表

3 平面控制測量

根據該工程特點，考慮到帶狀區域施工的需要，項目部采用GPS靜態測量技術，使用6臺GPS接收機(3臺南方S82T型和3臺中海達V8型)，將LHE1、LHE2、QHE1、QHE2四個C級控制點作為高等級控制點對施工控制網進行約束測量，施測D級GPS施工控制網47個，GPS施工控制點為JC643、JC644……JC688，JC689；另外，根據布網需要暫時加密了臨時控制點LS1點(圖1)。

圖1 控制網簡圖

3.1 測量方法

(1)按照規范規定進行GPS測量,控制網測量采用邊連接方法以增加網形結構強度。6臺接收機同時觀測為一個同步觀測時段，兩個相鄰觀測時段至少要保證2個點(組成一條邊)為共同點(兩個時段均觀測數據，即重復基線邊)，控制點測量由專業測量技術人員將GPS接收機架設在控制網點。

(2)每次觀測前，先對GPS接收機進行預熱和靜置，同時檢查電池容量，觀測中避免在GPS接收機近旁使用電子通訊設備。

(3) 天線安置應嚴格對中整平，天線對中誤差不應大于1 mm。對于天線的高度，在觀測前、后各量測一次，每次應在相同的位置從天線三個不同方向(間隔120°)量取，或用接收機天線專用量高器量取。單次天線高重復量取的讀數互差不大于±2 mm時，取平均值作為單次天線高度觀測值；測前和測后天線高度觀測值讀數互差不大于±3 mm時，取平均值作為天線高度最終觀測值。

(4)技術人員詳細記錄控制點的點號、接收機序列號、儀器高及開關機時間。

(5)每個站點配備海王星對講機一臺，專業技術人員2名。6臺GPS接收機全部架設完畢由負責人統一安排同時開機接收數據。每個時段的觀測時間不低于45 min，觀測結束后，由負責人統一安排同時關機進行下一時段觀測。

(6) 作業間歇期間，接收機應由專人維護保管并在作業前充足電池，將儀器及其附件裝于專用儀器箱中。為保證觀測中儀器的安全，儀器管理實行個人負責制，對每臺儀器進行編號，自工程開始直至工程結束，每個作業組或作業人員均使用同一臺(套)儀器(包括主機、天線、傳輸電纜、電池及基座等)，做到責任分明。當出現特殊情況需要重新調配人員時，由負責人做出統一安排。觀測組嚴格按調度表規定作業，聽從現場負責人的統一指揮，以保證觀測同步進行。當情況有變化需要修改調度計劃時，必須經負責人同意。

(7)觀測時做到人不離崗，觀測過程中嚴密監視電池和接收機情況并將其記錄于外業觀測手簿上，以便于內業數據處理。禁止周圍無關人員接近甚至觸摸儀器，以保護作業人員和儀器的安全，進而保證觀測的正常進行。

3.2 施工控制點的加密

加密控制點布設在堅固穩定、便于施工放線且不易破壞的范圍內，控制點標石埋設規格應符合下述規定：

(1)金屬標志制作材料上部為不銹鋼，下部采用普通鋼筋焊接而成。規格應符合圖2中的規定，標志標識規格應符合圖3和圖4中的規定。

(2)控制點標石的埋設規格。

3.3 數據處理

圖3 加密點俯視圖

圖4 加密點控制點標石示意圖

數據處理采用南方GPS基線解算軟件GPSPro101030和中海達GPS基線解算軟件HDS2003數據處理軟件進行基線解算。項目部為加快進度，本次采用2個品牌的GPS進行測量，因此內業解算時先將中海達數據用中海達HDS2003數據處理軟件轉換為通用的Rinex格式，再導入南方GPS基線解算軟件GPS Pro101030進行解算，解算后經三維平差后，采用C級控制點LHE1、LHE2、QHE2、QHE3的坐標做為已知點進行二維平差，經高程擬合后得到成果。

3.4 測量成果分析

項目部進行的D級GPS施工控制網觀測數據經過解算其基線最弱邊的相對誤差為1∶149 048。閉合環有同步環201個、異步環295個，合計496個，均滿足設計和規范要求。

測區七參數成果：

Dx平移(m): 22.389

Dy平移(m): 340.460

Dz平移(m): 85.720

Rx旋轉(s): -1.016 679

Ry旋轉(s): 2.204 753

Rz旋轉(s): -2.205 734

SF尺度(ppm): -25.473 406

4 高程控制測量

4.1 測量方案

采用單程雙轉點(后—前—前—后，前—后—后—前)觀測順序，將前后視距差控制在2 m以內，每測回高差值不大于1.5 mm。

(1)首先將儀器整平(望遠鏡繞垂直軸轉動，圓氣泡始終位于指示圈中央)；

(2)將望遠鏡對準后尺，用垂直絲照準條碼中央，精確調焦至條碼影像清晰，按鍵測量；

(3)顯示讀數后，旋轉望遠鏡照準前視尺條碼中央，精確調焦至條碼影像清晰，按鍵測量；

(4)顯示讀數后，重新照準前視尺，按鍵測量；

(5)顯示讀數后，旋轉望遠鏡照準后視尺條碼中央，精確調焦至條碼影像清晰，按鍵測量；顯示測站成果，檢驗合格后遷站。

4.2 測量方法

(1)作業前。每天施測前，對儀器進行i角檢驗，若超限則用新的i角代替。施測前，由技術負責人根據現場情況，合理安排水準路線，使水準路線盡量沿堅硬的地面前進，大致選定適宜的架設儀器位置，以避免儀器下沉。

觀測員從儀器箱取出儀器后，先在空氣中放置15 min，待儀器溫度與外界一致時開始作業。架設儀器時要將腳架踩實，氣泡嚴格居中，照準目標時要消除視差，轉動儀器時緩慢均勻。

立尺員需將地面的覆蓋物除去，把尺墊立在堅硬的地面上并踩實，禁止踩踏尺墊的圓球部分，不允許將尺子下端著地，讀數時氣泡居中。

(2)作業中。嚴格按照國家相關規范作業。

①本次測量采用改變儀器高度的作業方法，每測站儀器變動高度均大于10 cm。

②前后視距差<2 m，視距累積差<5 m，最大視線長度<100 m,最低視線高度>0.3 m,兩次所測高差之差<1.5 mm。

③每測段均為偶數站，兩次讀數的順序分別為后—前—前—后、前—后—后—前。

為保證前后視距差、視距長度、最低視線高度不超限，每站均先測試，待測試合格后進行作業;同時要求操作員記住視距累積差的數值，以便在下一測站中進行控制，避免超限。

(3)每天將數據傳輸存盤，及時計算以進行閉合差的檢驗；對于所埋設的觀測樁或建筑物樁，通過計算高程進行比對，以確保無誤。

4.3 內業整理

及時對外業數據進行檢查、整理并匯總，待其滿足三等水準測量規范要求的限差后，將數據平差計算。本次測量測段的總長度為28.857 km,每km高差中誤差=4.34 (mm)，滿足規范要求。

5 結 語

南水北調鎮平3標施工控制網采用GPS進行測量，有效克服了南水北調施工區附近建筑物、樹木多等通視條件和陰雨天氣的影響，加快了實測進度，提高了作業質量，降低了勞動強度，減少了實測成本，測量成果精度高。

TV52;[TV91]

B

1001-2184(2017)05-0048-03

2017-08-20

湯慶豐(1977-)，男，河南焦作人，項目安全總監，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

王小紅(1981-)，女，四川德陽人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯李燕輝)