GPS骨架网布设与探讨

2010-03-05张洪启河南省水利勘测有限公司

河南水利与南水北调 2010年7期

□张洪启（河南省水利勘测有限公司）

一、工程概况

南水北调中线城市输水配套工程，河南省黄河以北地区受水区供水城市19座，布设输水管线14条，长度约320km，其中34线向浚县、濮阳市输水，管线长度约100km，36线向内黄县输水，管线长度约60km。远离南水北调中线总干渠，为了保证城市输水配套工程与总干渠工程较好地衔接，根据技术大纲要求必须采用统一的平面、高程系统。

二、已有资料的利用与分析

沿南水北调中线总干渠，水利部长委院2005年测设的“南水北调中线一期工程干线(除京石段)首级施工控制网”，平面坐标系统为1954年北京坐标系，等级为C级GPS，高程系统为1985国家高程基准，等级为二等水准。控制网精度良好，标石完整，可作为本工程的起算数据。

河南省水利勘测设计院提供的1/5万“南水北调中线河南省受水区城市供水配套工程规划图册”，内容详细，可作为控制网布设规划用图。

三、C级GPS骨架网平面控制网

（一）布网方案

由于34线、36线末端距总干渠的距离约为100km和60km，两条线路相距约30km，且基本平行，经过多种方案的比较、论证，最后决定首先布设C级GPS骨架网，作为这两条线路的首级控制网。34线共埋设20座标石，取C3411、C3419两个点，36线共埋设12座标石，取C3606、C3612两个点，和总干渠首级控制网的ML254、ML308构成骨架网，ML254、ML308作为起算点。骨架网布设成典型的多边形控制网，在此基础上再做C级GPS控制网，骨架网形如图1。

图1 骨架网略图

（二）选点与埋石

控制网的点位选在便于使用和能长期保存的坚实原状土上，避开耕地，选在道路旁边、沟坎边沿、河渠岸边，且要远离高压输电线，并考虑树冠的影响，尽量减少接收卫星信号的干扰和多路径误差。

标石尺寸参照三等水准标石规格预制，现场浇注底盘，柱石及底盘尺寸见图2。标石露出地面2cm，标志为半球状铸铁标志，中心刻十字线。

图2 标石尺寸示意图(单位：m)

（三）仪器设备的选择与观测

使用Leica1230双频静态4台套GPS接收机，其标称精度为（±3mm+0.5ppm×D），观测时按照国家《全球定位系统（GPS）测量规范》B/T18314-2001的相关规定进行作业，对其观测2个时段，每个时段长延长为120min。

（四）数据处理与精度评定

数据处理采用Leica LGO软件进行基线向量解算和约束平差计算，首先进行基线向量解算，全网共11条边，最大边长为47990m，最短边长为18250m，平均边长为34070m，基线观测精度见表1。该控制网异步环共80个，所有环的相对闭合差均＜1ppm，绝对闭合差最大为69.3mm，最小为3.1mm，精度统计见表2。同步闭合环12个，所有环的相对闭合差均＜1ppm，绝对闭合差最大为33.9mm，最小为4.0mm，均小于规范规定的限差值，其精度见表3。其次是进行二维约束平差，由于本测区只有2个已知点，且分布不均匀，只在网的一侧，故采用两步转换，先选择经典三维法，在参数数目选项卡选择“三平移、比例因子、绕Z轴的旋转”，确定一个预转换参数，再选择两步法进行第二步平差计算，在预转换选项中选择已确定的参数，这样确定一个较准确的1954年北京坐标系的参数，利用这一参数解算该控制网的1954年北京坐标，二维约束平差点位精度见表4。

表1 基线精度统计表

表2 异步环闭合差统计

表3 同步环闭合差统计

表4 点位精度统计

由以上数据可以看出WGS-84三维无约束平差和二维约束平差的精度良好，可以满足工程建设的要求。

四、高程控制测量

（一）布网方案

高程控制网采用1985国家高程基准，由ML254、ML308和Ⅱ清濮5、Ⅱ安清14四个二等水准点和34线的20座标石和36线的12座标石布设成由两个结点组成的结点网，按三等水准精度施测，布网略图见图3。

图3 水准网结点图

（二）仪器的选择与使用

水准线路的施测使用Dini12数字水准仪，其标称精度为往返测每公里高差中误差为±0.3mm。执行《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91的有关规定，在开始测量之前，首先将相应等级的限差输入仪器，把仪器的配置设置好。观测时，只需对准尺子，进行调焦、按键、仪器自动记录观测数据，操作方便。施测前，对线路的起算点ML254进行检测，检测结果见表5。在进行观测时，要用绳尺丈量视距，尽量减小测站的前后视距差和线路的前后视距累计差。