GPS在南水北调工程控制测量中的应用
2017-11-01汤庆丰，王小红
汤 庆 丰， 王 小 红
(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)
GPS在南水北调工程控制测量中的应用
汤 庆 丰， 王 小 红
(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)
GPS测量以其观测速度快、定位精度高、布网形势多样、全天候、小巧灵活等优点在工程建设中得到了广泛的应用，深受广大测量工作者的青睐。采用GPS外业测量获取数据，在进行数据处理后，配合电子水准仪进行高程控制，可以在较短的时间内得到高精度的控制网成果。介绍了GPS在南水北调工程控制测量中的应用。
中央子午线；高程基准；GPS控制网；三等水准；南水北调
1 概 述
南水北调中线一期总干渠工程镇平-3标段位于河南省镇平县，起点桩号76+100，终点桩号87+925，总长11.825 km。该标段主要建筑物包括：渠道和8座左岸排水建筑物、8座公路桥、4座生产桥。
已有成果资料：
(1)该工程已知控制点为潦河倒虹吸施工控制网和淇河施工控制网C级GPS控制网，标志为埋桩，高程系二等直接成果。
(2)控制点平面系统：挂靠于1954年北京坐标系1°带下的独立坐标系统，中央子午线经度为112°，高程系统为1985年高程基准。
作业依据：
(1)南水北调中线一期工程施工控制网测量技术设计报告；
(2)南水北调中线一期工程总干渠初步设计测量技术规定；
(3)《水利水电工程施工测量规范》(DL/T5173)；
(4)《工程测量规范》(GB50026—2007)；
(5)《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314—2009 )；
(6)《国家三、四等水准测量规范》(GB12898—2009 )。
2 GPS测量作业的主要技术指标
按《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2009) 和《工程测量规范》(GB 50026-2007)中的D级GPS测量技术要求以及《国家三、四等水准测量规范》(GB12898-2009)中的测量技术要求，主要技术指标见表1和表 2。
表1 GPS测量作业主要技术要求表
表2 水准测量主要技术要求表
3 平面控制测量
根据该工程特点，考虑到带状区域施工的需要，项目部采用GPS静态测量技术，使用6台GPS接收机(3台南方S82T型和3台中海达V8型)，将LHE1、LHE2、QHE1、QHE2四个C级控制点作为高等级控制点对施工控制网进行约束测量，施测D级GPS施工控制网47个，GPS施工控制点为JC643、JC644……JC688，JC689；另外，根据布网需要暂时加密了临时控制点LS1点(图1)。
图1 控制网简图
3.1 测量方法
(1)按照规范规定进行GPS测量,控制网测量采用边连接方法以增加网形结构强度。6台接收机同时观测为一个同步观测时段，两个相邻观测时段至少要保证2个点(组成一条边)为共同点(两个时段均观测数据，即重复基线边)，控制点测量由专业测量技术人员将GPS接收机架设在控制网点。
(2)每次观测前，先对GPS接收机进行预热和静置，同时检查电池容量，观测中避免在GPS接收机近旁使用电子通讯设备。
(3) 天线安置应严格对中整平，天线对中误差不应大于1 mm。对于天线的高度，在观测前、后各量测一次，每次应在相同的位置从天线三个不同方向(间隔120°)量取，或用接收机天线专用量高器量取。单次天线高重复量取的读数互差不大于±2 mm时，取平均值作为单次天线高度观测值；测前和测后天线高度观测值读数互差不大于±3 mm时，取平均值作为天线高度最终观测值。
(4)技术人员详细记录控制点的点号、接收机序列号、仪器高及开关机时间。
(5)每个站点配备海王星对讲机一台，专业技术人员2名。6台GPS接收机全部架设完毕由负责人统一安排同时开机接收数据。每个时段的观测时间不低于45 min，观测结束后，由负责人统一安排同时关机进行下一时段观测。
(6) 作业间歇期间，接收机应由专人维护保管并在作业前充足电池，将仪器及其附件装于专用仪器箱中。为保证观测中仪器的安全，仪器管理实行个人负责制，对每台仪器进行编号，自工程开始直至工程结束，每个作业组或作业人员均使用同一台(套)仪器(包括主机、天线、传输电缆、电池及基座等)，做到责任分明。当出现特殊情况需要重新调配人员时，由负责人做出统一安排。观测组严格按调度表规定作业，听从现场负责人的统一指挥，以保证观测同步进行。当情况有变化需要修改调度计划时，必须经负责人同意。
(7)观测时做到人不离岗，观测过程中严密监视电池和接收机情况并将其记录于外业观测手簿上，以便于内业数据处理。禁止周围无关人员接近甚至触摸仪器，以保护作业人员和仪器的安全，进而保证观测的正常进行。
3.2 施工控制点的加密
加密控制点布设在坚固稳定、便于施工放线且不易破坏的范围内，控制点标石埋设规格应符合下述规定：
(1)金属标志制作材料上部为不锈钢，下部采用普通钢筋焊接而成。规格应符合图2中的规定，标志标识规格应符合图3和图4中的规定。
(2)控制点标石的埋设规格。
3.3 数据处理
图3 加密点俯视图
图4 加密点控制点标石示意图
数据处理采用南方GPS基线解算软件GPSPro101030和中海达GPS基线解算软件HDS2003数据处理软件进行基线解算。项目部为加快进度，本次采用2个品牌的GPS进行测量，因此内业解算时先将中海达数据用中海达HDS2003数据处理软件转换为通用的Rinex格式，再导入南方GPS基线解算软件GPS Pro101030进行解算，解算后经三维平差后，采用C级控制点LHE1、LHE2、QHE2、QHE3的坐标做为已知点进行二维平差，经高程拟合后得到成果。
3.4 测量成果分析
项目部进行的D级GPS施工控制网观测数据经过解算其基线最弱边的相对误差为1∶149 048。闭合环有同步环201个、异步环295个，合计496个，均满足设计和规范要求。
测区七参数成果：
Dx平移(m): 22.389
Dy平移(m): 340.460
Dz平移(m): 85.720
Rx旋转(s): -1.016 679
Ry旋转(s): 2.204 753
Rz旋转(s): -2.205 734
SF尺度(ppm): -25.473 406
4 高程控制测量
4.1 测量方案
采用单程双转点(后—前—前—后，前—后—后—前)观测顺序，将前后视距差控制在2 m以内，每测回高差值不大于1.5 mm。
(1)首先将仪器整平(望远镜绕垂直轴转动，圆气泡始终位于指示圈中央)；
(2)将望远镜对准后尺，用垂直丝照准条码中央，精确调焦至条码影像清晰，按键测量；
(3)显示读数后，旋转望远镜照准前视尺条码中央，精确调焦至条码影像清晰，按键测量；
(4)显示读数后，重新照准前视尺，按键测量；
(5)显示读数后，旋转望远镜照准后视尺条码中央，精确调焦至条码影像清晰，按键测量；显示测站成果，检验合格后迁站。
4.2 测量方法
(1)作业前。每天施测前，对仪器进行i角检验，若超限则用新的i角代替。施测前，由技术负责人根据现场情况，合理安排水准路线，使水准路线尽量沿坚硬的地面前进，大致选定适宜的架设仪器位置，以避免仪器下沉。
观测员从仪器箱取出仪器后，先在空气中放置15 min，待仪器温度与外界一致时开始作业。架设仪器时要将脚架踩实，气泡严格居中，照准目标时要消除视差，转动仪器时缓慢均匀。
立尺员需将地面的覆盖物除去，把尺垫立在坚硬的地面上并踩实，禁止踩踏尺垫的圆球部分，不允许将尺子下端着地，读数时气泡居中。
(2)作业中。严格按照国家相关规范作业。
①本次测量采用改变仪器高度的作业方法，每测站仪器变动高度均大于10 cm。
②前后视距差<2 m，视距累积差<5 m，最大视线长度<100 m,最低视线高度>0.3 m,两次所测高差之差<1.5 mm。
③每测段均为偶数站，两次读数的顺序分别为后—前—前—后、前—后—后—前。
为保证前后视距差、视距长度、最低视线高度不超限，每站均先测试，待测试合格后进行作业;同时要求操作员记住视距累积差的数值，以便在下一测站中进行控制，避免超限。
(3)每天将数据传输存盘，及时计算以进行闭合差的检验；对于所埋设的观测桩或建筑物桩，通过计算高程进行比对，以确保无误。
4.3 内业整理
及时对外业数据进行检查、整理并汇总，待其满足三等水准测量规范要求的限差后，将数据平差计算。本次测量测段的总长度为28.857 km,每km高差中误差=4.34 (mm)，满足规范要求。
5 结 语
南水北调镇平3标施工控制网采用GPS进行测量，有效克服了南水北调施工区附近建筑物、树木多等通视条件和阴雨天气的影响，加快了实测进度，提高了作业质量，降低了劳动强度，减少了实测成本，测量成果精度高。
TV52;[TV91]
B
1001-2184(2017)05-0048-03
2017-08-20
汤庆丰(1977-)，男，河南焦作人，项目安全总监，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；
王小红(1981-)，女，四川德阳人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.
(责任编辑李燕辉)
