靜態GPS測量三角高程測量與水準測量在水電測量中的應用

魏海明

(福建安瀾水利水電勘察設計院有限公司，福建 龍巖 364000)

0 前 言

全球定位系統(GPS)以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應用廣泛等特點著稱，因此，GPS系統展現了極其廣闊的應用前景。西藏林芝地區冰湖水電站規劃成梯級開發，壩址距離一級廠房約8.5 km，壩后引用一段明渠進洞，進洞高程為3 917.50 m,多年平均流量8.43 m/s,采取明渠隧洞和壓力鋼管組合的引水方案，通過長1.3 km的明渠和7.2 km的隧洞，把水引到電站廠房,集中落差約440 m,電站裝機容量為32 MW。為滿足設計和施工精度要求進行布設了E級GPS網，GPS網布設成邊連式，高程采用GPS曲面擬合，通過水準測量，三角高程方式聯測和GPS高程成果，并通過三種測量方法的成果進行對比分析。

1 測量結果對比

1.1 控制網

根據測量控制學原理，把E級GPS網作為本工程一級控制網，盡量把控制點埋設在三個支洞口(壩址、壩址進水口、廠房)附近。測區附近原有水準點GPS4、B1,根據測區地形地貌條件和保證施工精度要求，在測區內總共布設了9個GPS點作為E級控制網，三個支洞口和調壓井的8個GPS點作為下一級控制網，E級GPS控制點布設在公路兩旁，考慮到施工測量加密時的需要，每個GPS點不少于一個通視方向，并保證每條基線長盡量相等。一級GPS網基線長約為800 m，符合E級GPS網布設要求。

1.2 GPS網觀測

根據GPS網和現場條件，用四臺華測X60型接收機進行靜態觀測(其標稱精度為：5 mm+2ppm×D)，每個觀測點平均都有二次以上的設站次數以保證GPS網的可靠性，每個觀測點盡量與多條基線相連，同一時段內觀測時間不少于60分鐘，設置高度截止角不小于15度，數據采集間隔時間為5秒，有效觀測衛星數不少于4顆。在觀測過程使用專用功能菜單查看有關觀測的衛星個數、電池指示燈，數據采集燈，PDOP值不大于6，滿足E級GPS網的測量作業的基本技術要求。

1.3 測量數據解算和精度對比

基線向量采用華測處理軟件包解算，GPS數據預處理，基線向量網平差以及GPS網平差，解算出基線的RATIO最小為32，最大為99.9，滿足RATIO≥3的要求。采用自由網平差檢驗網本身的內部符合精度以及基線向量之間有無明顯的系統誤差和粗差。算出同步環坐標分量相對閉合差最大值是5.0ppm，環全長相對閉合差為7ppm,E級GPS網同步環坐標分量相對閉合差限差為6.0ppm，環線全長相對閉合差限差為10.0ppm, 均符合E級GPS網精度要求，其最弱基線相對中誤差見表1。

表1 最弱基線邊中誤差表

E級GPS網網平差采用二維約束平差，以B1和GPS4作為已知坐標進行坐標約束，采用平移、旋轉、縮放法，處理完進行網平差結果檢驗和GPS網數理統計檢驗，其最弱點點位中誤差為3.8 mm,符合E級平面控制網最弱點點位中誤差不得大于10 mm的要求，見表2。

表2 GPS控制點各點點位精度 單位：m

1.4 基線向量長比較

為了檢測基線向量經平差后的邊長差值，用萊卡T702全站儀(其標稱精度為：2 mm+2ppm)檢測了能通視的5條邊，其對比結果見表3。

表3 基線長對比表

2 GPS 高程測量

2.1 高程擬合

采用曲面擬合法，利用已知點B1、GPS4的高程作為起算點 ，進行二維約束平差，經處理后單位權誤差為0.952，GPS控制點D1為高程最大中誤差點，其值為6.1 mm。

2.2 三角高程測量

2.3 四等水準測量

經過前期GPS控制網的布設和三角高程測量后，綜合比較本水電站水準線路擬布置成閉合線路的形式，由于起算點B1和GPS4分布在控制網的中間，為了水準測量的便利，布置了兩條閉合線路，水準點B1和GPS4上下游各布置一條。同時為了減少水頭損失，提高經濟效益，滿足水利工程設計要求，對測區內的起算點B1和GPS4先用蘇光DS3先進行閉合線路的測量，先檢校這兩個點的高差閉合差，經校核B1和GPS4水準點高差閉合差符合規范后由這兩個點作為原始點，對首級GPS控制點進行四等水準測量校核。在測量過程中盡量保持前后視距離大致相等，其目的是消除水準管軸不平行于視準軸(即i角誤差)、大氣折光差、地球曲率引起的誤差。讀取讀數前，應仔細對光以消除視差。每次讀數時，都應精平，使氣泡吻合，并注意勿將上下絲看成中絲。在觀測過程中不得進行粗平。在測量過程中，邊測量、邊記錄、邊檢查，當發現超限后立即返測，直到本站觀測合格為止。

水準測量高程，三角高程和GPS擬合高程的對比見表4。從表4可以看出，GPS擬合高程和三角高程可以達到四等水準測量的精度要求，可作為下一級控制測量和施工放樣測量使用。

表4 三者高程對比表

3 結束語

1)2016年5月西藏自治區林芝地區八一鎮冰湖水電站一級遂洞全線貫通，貫通平面誤差為7 cm，高程誤差為11 cm，從實踐和理論證明，在山區水利水電控制網中，采用GPS控制網和四等三角高程作為首級控制完全能滿足小水電的施工測量和設計要求。

2)高海拔山區小水電水頭高，遂洞長，通視條件極差，低溫，采用水準測量校核，利用GPS和全站儀結合的方法進行布設控制網，GPS聯測的高程和三角高程測量可以達到水準測量的精度要求。

3)GPS作為山區水電的首級控制，可以大大提高工作效率，嚴格控制隧洞坡降，提高水電站的經濟效益，在山區水利水電建設中的應用有著廣泛和積極的意義。

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