南水北调京石段施工控制网复测精度分析

2010-04-14崔志成

水科学与工程技术 2010年5期

关键词：限差控制点高程

崔志成

（河北省水利水电勘测设计研究院，石家庄 050081）

南水北调京石段施工控制网复测精度分析

崔志成

（河北省水利水电勘测设计研究院，石家庄 050081）

南水北调中线工程京石段开工前，通过对复测控制网本身的精度指标是否满足要求及位移量大小两方面进行精度分析，判断控制点的稳定性和可利用的程度。文中对控制网精度进行了全面分析，对位移量限差的计算提出了可行的新方法。

施工控制网；复测；GPS控制网；水准；高程控制网

1 项目概况

南水北调中线京石应急段开工前，需要完成对河北省水利水电勘测设计研究院施测的渠线加密施工控制网和长江水利委员会勘测设计研究院施测的建筑物施工控制网的复测，利用复测结果与原成果进行分析比较，以检验原有控制点的稳定性，判定是否能够满足施工要求。工程覆盖区域包括石家庄市和保定市198．8km。

通过复测前对控制点的普查发现，渠线控制点被破坏了4个，建筑物控制点被破坏了10个，现有控制点密度可以满足施工要求，未对破坏的标石补埋。

本项工程共观测C级GPS控制点267个（其中渠线149个，建筑物118个），二等水准447．3km。

2 控制网复测精度分析

为了对两期的成果进行比较，加密施工控制网和建筑物施工控制网复测所采用的坐标系统、高程系统及等级应与原成果一致，采用的仪器设备的精度指标及检定情况必须满足规范规定的精度要求。根据对复测结构的精度分析，来判定成果的可靠性。

2．1 平面精度的分析

平面精度应首先对GPS控制网本身的精度指标进行分析，如果本身的精度指标达不到要求，与原有坐标成果失去了可比性。

2．1．1 GPS控制网的精度指标

GPS平面控制网的精度指标主要包括重复基线检验、闭合环检验、无约束平差最弱边相对精度检验、二维约束平差最弱边相对精度检验及最弱点点位精度检验。

（1）重复基线检验。通过对超限的基线进行分析和优化处理，删除残差大的卫星，并利用Timeline工具选取好的观测时段，使GPS基线取得最优解。全网共有重复基线620条。按《GPS规范》中C级网精度指标要求，Δ≤2σ。解算数据表明，所有重复基线差值均小于限差要求，GPS基线观测不存在系统误差，满足规范要求。

（2）闭合环检验。为进一步检查GPS网中各观测量的质量，对全网进行了3结点环闭合差检验。环闭合差坐标分量检验限差为：Wx=Wy=Wz≤3σ，即为±94mm。解算结果最差为38mm，说明均满足限差要求。

（3）无约束平差最弱边相对精度检验。三维无约束平差的目的主要是检验控制网是否存在粗差。通过采用各观测值的按距离加权方法，无约束平差后，渠线最弱边相对精度1/102764，建筑物最弱边相对精度1/83469，满足C级GPS控制网最弱边相对精度1/80000的要求，平差结果说明整个GPS控制网整体观测质量良好，内部符合精度很高，控制网不存在粗差。

（4）二维约束平差最弱边相对精度检验及最弱点点位精度检验。渠线控制网以长江水利委员会设计研究院完成的总干渠C级骨干网1954年北京坐标系成果为起算数据进行平差，平差后，最弱边边长相对精度1/99051，满足C级GPS控制网最弱边相对精度1/80000的要求。点位精度是衡量控制网精度的一个重要指标，由于GPS规范没有规定最弱点点位精度，参照水电规范专四级高精度控制网的指标要求，最弱点点位中误差应小于或等于±10mm，本控制网平差后最弱点点位中误差为±5．7mm，满足限差的要求；由于首期的建筑物控制网是挂靠在1954年北京坐标系下的独立直角坐标系成果，已经消除了高程投影和高斯投影两项变形的影响，本项目计算时，以两个首期的建筑物控制网成果为起算数据进行平差，这样也消除了两项投影变形的影响，平差后最弱点点位中误差为±7．1mm，同样满足限差的要求。

综上所述，复测GPS控制网网观测不存在系统性误差和粗差，具有较强的图形结构和可靠性，观测精度满足规定的各项精度指标要求，可以与原成果进行比较分析。

2．1．2 水平位移量计算与控制点稳定性分析

GPS规范及水电规范均没有规定复测成果与原成果差值的限差，按同等级精度检测的误差传递理论，两次坐标差的限差应为Δs≤2ms，即ms≤±28mm。平面复测结果表明，渠线段控制点Ⅲ315差值最大，Δs＝23mm；建筑物控制点CSJ2差值最大，Δs＝15mm，均小于限差±28mm的要求，可以判断点位未产生显著位移，说明所有控制网点均处于稳定状态，成果可以利用。

2．2 高程精度的分析

高程精度从高程控制网本身的精度指标和垂直位移量（沉降）大小两方面是否满足要求进行分析。高程精度同样首先对高程控制网本身的精度指标进行分析，如果本身的精度指标达不到要求，与原有高程成果就失去了可比性。高程控制网共分为3个水准线路。

2．1．1 高程控制网本身的精度指标

（1）每1km水准测量的偶然中误差。为评定每一条水准线路的测量精度，需要进行每1km水准测量偶然中误差检验。每1km水准测量偶然中误差最大为±0．66mm，满足规范限差±1．0mm的要求，因此项误差是根据往返测高差不符值计算得来的，说明往返测高差不符值较小且正负值分布均匀，观测不存在系统误差。

（2）每1km水准测量的全中误差。每1km水准测量全中误差为±1．54mm，满足规范限差±2．0mm的要求。说明高程控制网的精度良好，可以与原成果进行比较分析。

2．1．2 沉降位移量计算与控制点稳定性分析

规范没有规定复测成果与原成果差值的限差，应首先计算出限差值。因为渠线段和建筑物水准路线长度存在明显差异，根据公式mh＝±1/2Mw计算出渠线段和建筑物区域最弱点高程中误差分别为±5．9mm（L取平均距离35km）和±3．3mm（L取平均距离11km）。按同等级精度检测的误差传递理论，两次高程差值的限差Δh≤2mh，即渠线段mh≤±16．7mm；建筑物区域mh≤±9．3mm。

高程复测结果表明，渠线段两控制点Ⅲ316、Ⅲ351两次差值超过±16．7mm，建筑物控制点古07两次差值为66mm，超过±9．3mm，其他控制点均满足要求，可以判断Ⅲ316、Ⅲ351及古07产生明显沉降，成果不能满足施工要求，其他控制点处于稳定状态。