某大型风电场的GPS控制测量

贺跃光,王 亮,朱伟华

(1.长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙 410076；2.中铁五局测绘中心,贵阳贵州 550003)

0 前言

某风电场工程位于沿海地区,共有3个测区。场址测区南北平均长度23.0 km,东西平均宽度7.0 km。风电场区域内以山地为主,起伏较大,海拔高度在10～700 m之间,地形十分复杂,植被覆盖层大多为灌木林,交通不便。测区平均高程为400 m,平均纬度为 21°54′,平面坐标系统为1980年西安坐标系,高程系统为1985国家高程基准,投影面为高斯投影面。

1 GPS网的布设

1.1 布网原则

根据《工程测量规范》、《全球定位系统(GPS)测量规范》相关的技术要求布设 GPS控制网。GPS网点在3个测区内均匀分布。测区附近有四等点2个(DJS点、STS点),其坐标如表1所示。

表1 已知点数据 m

其中“DJS”高程为四等点。考虑到测区为山岭地区,地形十分复杂,且通视困难,测区首级控制要求全部采用精度四等 GPS控制网布设。为满足各测区首级控制的需要,3个测区共布设四等 GPS点96个,如图1所示；在观测 GPS的同时,为比较或进行联合平差,在3个测区分别加测部分全站仪地面边长,并进行部分三角高程测量。

图1 四等 GPS控制网观测示意

1.2 选点与埋石

测区内均匀埋设96个 GPS点,其中部分为刻石点。点位均选在质地坚硬、稳固可靠,便于保存和使用,且视野开阔、远离高压输电线和无线电发射装置的位置。GPS点成对布设,至少有一方向相互通视。

2 外业观测及数据处理

2.1 外业观测

GPS控制按 GPS D级网施测[1]。GPS观测采用4台Leica ATX1230+GNSS GPS接收机,仪器检定结果：接收机相位一致性≤1 mm,静态测量实测标准偏差小于±(5 mm+5×10-6),各项指标均符合要求。

采用静态测量模式。每天晚上根据当天接收的星历数据制定了第2天的观测计划,确定最佳观测时间,每时段至少同步观测了55 min。有效同步观测卫星数5颗以上,卫星截至高度角15(°),数据采样间隔为10 s,GDOP值小于6。

2.2 基线解算和 GPS控制网的平差处理

以DJS、STS作为基准点,利用商用软件 HDS2003数据处理软件包自动解算。在基线解算成功后进行了各种粗差的检验。在软件HDS2003中进行三维无约束平差、二维联合平差、高程拟合[2]。

平差后的最弱点“G107”点位中误差为：0.028 m,最弱边“GS82～GS83”的边长相对中误差为：1/40 315,平均边长相对中误差为：1/31 458 525。均满足规范要求的最弱点点位中误差小于50 mm,最弱边边长相对中误差小于1/40 000,平均边长相对中误差小于1/80 000的要求。

3 可靠性检验

用拓普康402全站仪[其标称精度为测距：±(2 mm+2×10-6),测角：±2″],按四等平面网边长精度及四等光电测距三角高程要求,测量6条地面边长和部分点高程,并与 GPS测量的边长和高程进行比较[3]。

3.1 边长检验

使用全站仪共复测6条 GPS网地面边,与 GPS测量的边长比较结果见表2。其中 GS110至 GS101边的平距差为最大,为0.014 m,GS116至 GS117边的平距差最小,仅为0.001 m。

表2 四等 GPS与全站仪边长比较表 m

光电复测基线的长度与 GPS测量边长的较差ds应满足下式的规定：

式中 a,b——分别为 GPS接收机的固定误差和比例误差(mm)；

σ——相应级别规定的精度。

复测基线较差特征值统计见表3,特征值分析见表4。

表3 复测基线精度统计

表4 复测基线较差分析

通过上表可以得出结论,复测基线符合精度要求。

3.2 高程控制

为确保高程控制的可靠性和精度,根据测区情况,利用四等三角高程对部分控制点的高程进行了检核。四等三角高程测量时,采取对向观测,并形成闭合线路；进行双差改正、气象改正、平差计算后,与GPS拟合高程的比较,结果如表5。

表5 控制点高程比较

因 GPS测量的高程精度为σh=2 cm+1×10-6＞2 cm,则两次测量较差的中误差为：

取限差σ限=3 m=8.1 cm,根据表5,各控制点的GPS高程均满足要求。结合该工程实际,利用上述GPS测量获取的控制点高程满足工程需要和相应规范要求。

4 结语

通过全站仪复测的边长和高程与 GPS测量的边长和高程进行并参与平差,保证了 GPS基线和高程的精度满足规范要求。完成了大范围该风电场的首级控制网测量要求,表明对大面积、地形复杂情况下的控制网测量,利用 GPS和全站仪联合进行控制测量,具有高精度、易操作等特点。

[1]刘基余,李征航,等.全球定位系统原理及其应用[M].北京：测绘出版社,1993.

[2]孔祥元,郭际明.控制测量学[M].武汉：武汉大学出版社,2006.

[3]周增辉.GPS在控制测量中的应用研究[J].科技资讯,2009,(26)：10-12.