GPS配合三角高程测量在水利水电工程中的应用

饶锦兴

（福建安澜水利水电勘察设计院有限公司，364000，龙岩）

水利水电工程处于高山峡谷中，交通不便，植被茂密，国家控制点稀少，工程开发过程中面临着水头高、输水隧洞长等困难。近年随着全球卫星定位系统的发展，其“高精度、高效益、高可靠性、高自动化”的优势在水利水电工程中得到了更好地体现。福建龙岩富溪调水工程即为一例。

一、龙岩富溪调水工程概况

富溪为雁石溪一条支流，属九龙江北溪流域，河流多在人迹罕至的高山峡谷中穿流，两岸陡峭，水流湍急，它分一、二级开发向龙岩中心城市供水。一级水库经调节后流入二级水库，二级水库距离富溪与林邦溪、雁石溪交汇口8.1 km。工程拦河坝为C15细石混凝土砌石重力坝，最大坝高65.5 m,并有输水隧洞3 km，在供水过程中利用管路落差进行发电，然后再供水到水厂。

二、控制网布设

1.等级的选择

按 《水利水电工程测量规范》（SL 197—1997）中的要求，为保证发展次级网及施工的精度，选择四等（D）GPS网作为测区的首级平面控制网，最弱相邻点相对中误差四万分之一的精度，相邻点最小间距不小于500 m，相邻点平均间距不小于2 km。见图 1， 其中 GPS1、GPS2位于进洞口，C300、C100 位于出洞口，GPS9 与0010位于水厂，为已知点。

2.GPS网实测结果与分析

采用4台中海达HD—8200G型GPS接收机按静态定位模式观测，接收机的标准精度为±（5 mm+1 ppm×D），每段观测1小时，采用中海达HD2003数据处理随机软件，采用次小方差与最小方差的比值 （Ratio）大于3作为评定标准，基线的解算结果均满足软件本身所给定的参考指标。

可见GPS网的点位精度均匀，最弱点点位中误差：0.0210，基线最弱边相对中误差 ：GPS1—GPS2：1/40613。为了检测网线GPS网的可靠性，使用莱卡TC702标准精度2 mm+1 ppm的全站仪检测C300—C100、GPS2—GPS1的边长，相差4.8 mm相当于二十五万分之一，能满足水利规划施工测量要求。

表1 平差后基线向量精度

表2 平差后点位中误差单位：m

表3 观测高程数据 单位：m

三、高程控制网

由于从进洞口GPS2—GPS1边至出洞口C300—C100边之间，相隔一座大山，上下游近10 km都无人烟。而出洞口与水处理池处是通公路的，如果高程采用经典方法，往往耗费许多时间和大量的外业工作量，需要大量的经费，并且当时规划时间较紧，所以采用GPS高程测量代替普通水准测量。

GPS高程是通过GPS基线向量经过平差得到的大地高程，大地高程是由地面点到参考椭球体的距离。我国的法定高程采用的是正常高程，正常高程是观测点至似大地水准面的距离，它们之间存在的差值称高程异常。而利用区域中的高程异常点，采用数学方法拟合待定点的高程异常，从而将大地高程转化为正常高程，使得GPS的高程精度得到很大提高，完全可以取代传统的几何水准方法。

在本项工程中，GPS9和0010是靠近处理池的两个已知点，并且高程也是四等水准点。我们利用全站仪三角高程，利用已知点GPS9和0010高程对C300、C100和GPS3进行水准联测。根据《水利水电工程测量规范》采用对向观测，三丝法2测回，并形成闭合水准。这样使得整个网只剩GPS2、GPS1，未有水准联测。

由于进出洞口间相隔一座大山，并且山高林密，所以进行GPS测量时，一组人员提前一天到达进口GPS1、GPS2，并且约定第二天同时观测时间，在平差时将 C100、C300、GPS3、0010、GPS9 的水准联测高程纳入高程成果进行固定，纳入比例达70%，使大地高转化为正常高，更具有可靠性。

从表3中可以看出相对误差最大差值为0.031 m，最小差值为0.018 m，设水准联测高程为测点的正常高真值，拟合高程为观测值，则差值为△，偶然中误差M△=±9.7 mm，符合电磁波测距三角高程四等要求。通过GPS网平差，求出GPS1、GPS2坐标和高程，并且利用进出洞口点进行施工放样，输水隧洞于2009年顺利贯通，贯通横向，纵向误差为39 mm、29 mm均符合要求。该工程已于2010年向龙岩城区供水。

[1]水利水电规划设计总院.水利水电工程测量规范 （规划设计阶段）（SL 197—1997[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[2]孙祥元，郭际明，刘宗泉，等.大地测量学基础（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社，2001.

[3]张勤.GPS测量原理及应用[M].北京：科学出版社，2010.