控制网在杨家坝河及海藏河治理工程中的应用分析

冯 刚

（陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院，陕西 西安 710001）

控制网在杨家坝河及海藏河治理工程中的应用分析

冯 刚

（陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院，陕西 西安 710001）

武威市杨家坝河及海藏河水系生态综合治理工程位于武威市北河西走廊半沙漠地带，河道内树木茂盛，遮挡较大，如采用常规导线常规测量方法难以满足精度要求。因此，在控制网布设时，采用GPS布设平面控制网与高精度全站仪实测光电测距三角高程的高程布设方案。用平差后的平面坐标，反算边长与地布实测边长，结果表明：平差结果精度较高，各项指标均在规范要求的范围内，其控制网精度较高，说明控制网布设合理。

中误差；精度评定；相对误差

1 工程概况

武威市杨家坝河及海藏河水系生态综合治理工程位于武威市城区，规划范围内有杨家坝河及海藏河，其中，杨家坝河治理范围为：上起杨家坝河拥军桥上游200 m，下游至金色大道下游200 m，治理河道长度为5.88 km；海藏河治理范围为：上起正在建设的海藏湿地公园（海藏桥），下游至杨家坝河与海藏河交汇口，河道长度为4.41 km。测区有本项目一期工程留设的平高程控制点有A121、A122等2点，点位稳定可靠，作为本次平面和高程控制测量起始资料。

2 控制点布设方案

2.1 平面控制网布设

2.1.1 控制网布设的基本原则

（1）分级布网，逐级控制。先完成高等级控制测量，再在完成的高等级控制测量的基础上进行加密控制测量，先完成的高等级控制测量成果作为低等级控制测量的起算数据并起控制作用[1]。

（2）足够的精度。控制网的精度应能满足大比例尺测图的要求，也就是首级图根点相对于起算点的点位误差，在图上不超过±0.1 mm。相对于地面点的点位误差不超过±0.1N mm（N为测图比例尺分母）。

（3）足够的密度。控制网点的密度应满足测图的要求。

2.1.2 平面控制布设方法

根据控制网的布设原则，在武威市杨家坝河及海藏河水系生态综合治理工程中先布设基本控制，在杨家坝河布设一组（二套）GPS控制点，在海藏河布设两组（4套）GPS控制点，在杨家坝河及海藏河交汇处布设一组（2套）GPS控制点。在金色大道北松涛河布设一组（2套）GPS控制点，GPS点编号：Gi(i=1，2…10)。以上10个点与A121、A122等2个平面控制点组成四等GPS控制网。

该工程设计在杨家坝河及海藏河上布设3座橡胶坝，坝址位置已基本确定，选择了四个坝址位置，其中一个作为备选方案。根据《水利水电工程测量规范》SL197-2013中规定勘测设计断面在规划阶段应在两端埋设永久性标志，其平面控制精度选取五等或者图根，考虑到现代测量技术的发展，选择在四个坝址两端各布设一套GPS控制点。共8套GPS点与G3、G4、G7、G8等四个平面控制点组成五等GPS网作为加密控制。GPS点编号：BZi(i=1，2…4)，BYi(i=1，2…4)。其中 BY3、BZ4 为镶嵌，其余均埋设混凝土标石。

2.1.3 平面控制网观测及精度要求

控制网观测仪器采用4台华测双频GPS接收机，作业前已送法定计量部门进行检定，并在有效期内。外业观测采取静态相对定位模式，同步图形之间的连接采用边连式[2]，四等GPS网非同步观测闭合环边数≤8条，五等GPS网非同步观测闭合环边数≤10条，GPS网测量精度要求见表1[3]。

表1 GPS网测量精度要求

GPS测量的主要技术要求严格按照《水利水电工程测量规范》SL197-2013关于GNSS测量要求执行。

四等GPS网：卫星高度角≥15o，观测时段时间≥45 min，观测时段数≥1.4，同时观测有效卫星数≥4个，数据采样间隔10～30 s，PDOP≤6。

五等GPS网：卫星高度角≥15°，观测时段时间≥30 min，观测时段数≥1.2，同时观测有效卫星数≥4个，数据采样间隔10～30 s，PDOP≤8。

2.1.4 数据处理及验算

数据处理采用华测随机后处理软件CGO进行基线解算，基线解算合格后采用“GPS工程测量网通用平差软件包（简称Cosa GPS V5.20）”进行GPS网的三维无约束、二维约束平差。外业观测结束后计算重复基线测量的长度较差均在允许限差范围内，四等GPS网重复基线较差最大（G3～G4）为2.3 mm（限差32.8 mm），五等GPS网重复基线较差最大（BZ2～BY2）较差为4.3 mm(限差31.4 mm)。其同步环、异步环各坐标分量闭合差及环线全长闭合差，其精度如表2。

表2 同步环、异步环各坐标分量闭合差及环线全长闭合差最大值统计表

由上表基本控制及加密控制同步环、异步环各坐标分量闭合差及环线全长闭合差数据和重复基线[4]检测结果看出，外业GPS的观测质量是很高的，不存在粗差，观测数据是合格的。其基线解算结果能直接用“GPS工程测量网通用平差软件包（简称Cosa GPS V5.20）”进行GPS网的三维无约束、二维约束平差。

三维无约束平差四等控制网以一期工程留设的已知点A121的WGS84坐标作为起算数据,进行三维无约束平差，平差后最弱点G10点位中误差为0.7 cm，小于规范规定的5 cm，最弱边G10～G9相对中误差为1/203000，其精度优于规范允许限差1/40000。五等控制网以G3点的WGS84坐标作为起算数据，进行三维无约束平差，平差后最弱点BZ1点位中误差为1.43 cm，小最弱边BZ1～BY1相对中误差为1/57000，其精度优于规范允许限差1/20000。二维约束平差四等GPS控制网以一期工程留设的控制点A121、A122作为起始点进行二维网约束平差，平差后最弱点G8的点位中误差为3.23cm，最弱边A120～A121边长相对中误差为1/132000，在完成二维约束平差的基础上，以A121作为起始点，A121～G7的方位角作为起始方位，选择1510米高程面作为抵偿高程面进行独立坐标系平差，平差后最弱点G10的点位中误差为0.5cm，最弱边G9～G10的边长相对中误差为1/131000。其精度优于规范允许限差1/40000。五等GPS控制网以四等GPS控制网的G3、G4、G7、G8作为起始点进行二维约束平差，平差后最弱点BZ1的点位中误差为0.82cm，最弱边BZ1～BY1的边长相对中误差为1/39000。其精度优于规范允许限差1/20000。

在进行光电测距三角高程测量时观测了部分四等GPS控制网的直接边长，对所测边长加入了仪器改正及气象改正。实测边长与独立坐标系平差结果的坐标反算边长比较如表3。

表3 边长比较表

从以上的数据看出平面四等基本控制及五等加密控制的精度都是很高的，其测量成果均符合GPS网测量精度的要求，其坐标反算边长和地面实测边长吻合的很好，这说明GPS平差解算结果可靠，布网形式合理。完全满足该工程中大比例地形测图（1∶1000）的要求。

2.2 高程控制网布设

基本高程控制以一期工程留设的高程控制点为起算点，布设1条四等光电测距闭合三角高程路线，联测所有四等GPS点。加密高程控制分别以基本高程控制点G3、G5、G7为起算点，布设3条五等光电测距闭合三角高程路线，联测所有五等GPS点，形成加密高程控制网。采用徕卡TS06（2"级）全站仪观测，对观测的斜距加入仪器改正及气象改正后改化为平距。由于武威地处半沙漠地区，白天气温变化较大，再加上视线较低大气的折光系数较大，实地测量计算大气折光系数比较繁琐且费时，在光电测距三角高程测量时将测量边严格控制在500 m以内。采用《工程测量控制网平差系统（NASEW）》软件进行平差后，四等三角高程路线最弱点为9.8 mm，五等三角高程路线最弱点为3.6 mm，满足规范要求。4条闭合三角高程路线闭合差如表4。

表4 三角高程路线测量精度统计表

由表中统计数据看出，高程测量精度较高，各项数据均在限差要求的范围内，平差数据可靠，数据处理方法合理。

3 精度评定

由于观测结果不可避免的存在着误差，系统误差一般是累积性的，通过一定的观测方法及加入某种改正后将系统误差消除或者减弱，剩下的偶然误差是平差处理的对象，测量平差的基本任务就是求未知量的最或是值并给出最或是值的精度。衡量测量成果的精度的指标有中误差、平均误差、或然误差、极限误差、相对误差[3]。测量平差中常用单位权中误差来衡量它的精度，武威市杨家坝河及海藏河水系生态综合治理工程中四等及五等GPS网二维平差结果的单位权中误差分别为：

GPS网三维维平差结果的单位权中误差分别为：

4 结论

在武威市杨家坝河及海藏河水系生态综合治理工程中，选择四等GPS网作为基本控制五等GPS网作为加密控制的控制网布设方案是符合该工程1∶1000地形图测量及河道断面测量的要求的，各项误差及闭合差均没超出规范要求。外业观测数据可靠观测方法合理，从外业验算结果来看观测不存在粗差，观测精度较高。数据平差结束后对各项限差及单位权中误差进行了统计及计算；从结果来看，平差结果精度较高，各项指标均在规范要求的范围内，其控制网精度较高。

[1]张凤举，张华海，孟鲁闽，赵长胜，卢秀山.控制测量学[M].煤炭工业出版社，1999.

[2]武汉大学测绘学院，测量平差学科组.误差理论与测量平差基础[M].武汉大学出版社，2003.

[3]DL/T 5173-2013,水利水电工程施工测量规范[S].中国电力出版社，2003.

[4]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2003.

P228.4

B

1673-9000（2017）05-0178-03

2017-05-10

冯刚（1972-），男，陕西吴堡人，工程师，主要从事水利工程测量方面的研究和设计工作。