连云港市徐圩新区应急备用水源地工程图根控制网点位精度分析

宋力 张平 王美均 王正

1.江苏省水利科学研究院材料结构所 江苏扬州 225002；2.连云港市水利建筑安装工程有限公司 江苏连云港 222000；3.江苏省工程勘测研究院有限公司 江苏扬州 225002

随着国民经济的发展，为应对突发水污染事件，近年来在各地先后陆续兴建人工湿地应急水源地工程，该类型工程施工区内建筑物分散、时空变化复杂，因而其相对应的工程测量工作更趋于复杂及系统性[1]。控制测量按测绘分类可以分为碎部测量及总体控制测量。导线测量相对精度高、适用条件多兼具布设灵活的特点，在实际应用中可以有效降低粗差，故在当前人工湿地备用水源地建筑物密集、隐蔽区域多，通常采用导线测量作为图根控制测量[2]。本文以连云港市徐圩新区应急备用水源地工程图根控制网为例，构建控制网体系，控制网导线主要采用：附合导线、附合单定向导线、附合无定向导线、闭合导线、导线网5种形式，根据这5种形式在网中的不同数量设计出几种控制网形式，采用清华山维软件分别对这几种控制网形式进行计算，通过对计算结果中图根控制点点位误差的分析得出对大区域人工湿地备用水源地工程图根控制网布设的一点建议。

1 工程概况

连云港市徐圩新区应急备用水源地工程地理位置处于连云港市徐圩新区中西部，毗邻徐圩新区第一水厂，工程总共占用面积为3200亩。

工程分为储水功能区和人工湿地生态净化区，主要施工内容包括湖区土方开挖、口门建筑物构建、管理区的土建及附属设施的采购及设备安装工程，1号、2号桥的土建及安装工程等。本工程等别定为Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3级，本工程设计有效库容450万m3。涉及库区开挖土方方量981.50万m3，堤防填筑53万m3，新建：堤顶道路5333m，进水前池1座、溢流堰11处(1#～11#)、跌水堰、收集渠、配水渠2道(1#、2#)、超越渠2道(1#、2#)、控制闸9座、调节闸48座、桥梁2座、进水管道220m、管理楼1座。

2 地籍图根控制网的布网方案

2.1 图根控制网的布设

本网所选的网形是某城镇地籍图根控制网，所选已知控制点数量为13个，网络待定控制点(图根控制点)数量为99个，已知点均匀分布在网形的4个方向，闭合导线只需要提供2个起算点，且具有误差检验能力，闭合导线在实际计算过程中也容易发现计算错误，及时检核修正[3-5]。附合导线布设适用于线型地形分布区域，已知条件比闭合导线多，因此精度也比闭合导线高。本文计算软件为清华山维平差软件，通过对以上5种导线数量的变化研究该变化对控制网中点位精度的影响，从而为实际工作中控制网的合理布设起到一定的借鉴作用。

2.2 5种布网方案

方案1：控制网主要由34条闭合导线、14条附合导线、4条附合单定向导线(见表1)，由表1可以看出导线的检核条件较多，确保了充分的已知条件，因此附合导线和附合单定向导线的数量最多。误差椭圆距离已知点越近，误差椭圆越小，反之如果误差椭圆越大，说明距离已知点越远，误差具有一定的积累能力。

表1 导线形式统计表

方案2：该方案是在方案1的基础上将相邻的已知点连线删除，由表1可以看出该方案中控制网由27条闭合导线、1条附合导线、5条附合单定向导线、7条附合无定向导线组成，由于减少了附合导线的定向边，该网中附合条件较少，因此附合导线和附合单定向导线的数量较方案1减少很多，附合无定向导线的数量较方案1增加了10条。

方案3：该方案是在方案2的基础上继续删除可能的待定点之间的连线，使该网形结构达到最简化，由上表可以看出由于删除了部分连接线导致网中导线的合计数量最少。该方案中控制网由19条闭合导线、0条附合导线、2条附合单定向导线、10条附合无定向导线组成。

方案4：为了和方案2形成对比，在方案1的基础上，在已知点处减少已知点和未知点的连线；由于已知点之间的连线未删除，确保了充分的附合导线检核条件，因此附合导线和附合单定向导线的数量和方案1一样。但是闭合导线的数量却减少很多。该方案中控制网由22条闭合导线、14条附合导线、4条附合单定向导线、0条附合无定向导线组成。

方案5：在方案1的基础上，将C002点出的角度由原来的176°29′04″改为177°29′04″，而在C009处将角度185°17′26″改成184°17′26″，对角度观测值增加观测误差，其他条件不变。

3 不同方案的点位精度对比分析

3.1 不同方案点位精度统计

针对以上5种方案，采用清华山维平差软件进行计算，对点位误差统计前首先通过观察闭合差的大小来判断导线中是否存在粗差和错误，然后再计算点位精度并对各方案中点位误差进行了统计[6]，与邻近等级控制点点位比，要求图根点精度不得大于0.1mm，也就是点位中误差不超过±5cm[7]；以下表中这里的点位误差用点位误差椭圆的大小来表示，其中E、F为误差椭圆的元素，E为误差椭圆长轴，F为误差椭圆的短轴，M表示待定点(图根点)的点位误差(见表2)[8]。由于点数量较多，这里只保留了37个有代表性的待定点点位误差。

表2 不同图形结构对点位精度的影响

3.2 点位精度分析

综合比较以上5种方案中的点位误差，可以得出以下几点结论。

(1)比较方案1、方案2，由于方案2中已知点之间的连线减少，附合条件减少，从表2中的点位误差值来看，可以发现，方案2中点位误差相对于方案1中的点位误差均有所增加。最大误差差值在C039点附近，其中C039误差差值达到2.8mm，其余误差差值主要集中在0.2～0.7mm范围内，原因主要是C039附近的A07、A08 2个已知点连线删除了，C039、C040原本可以和已知点连接成附合导线，而删除已知条件后，该点只能和其他点连接成一个较大的闭合导线，从而导致误差有较大的增量，由此可以看出，附合导线在控制网中的精度要比闭合导线精度高，在实际布网时，应尽可能将通视的已知点相连，为网中提供足够的附合条件。

(2)比较方案2、方案3，方案3是在方案2的基础上删除部分导线网的连接线，从表2的点位误差值来看，部分点的误差值反而有所减少，而在删除连接线的导线网附近，点位误差增加比较明显，C154是导线网中的一个节点，在方案3中将其与C043连接线删除，从而导致C154点不能形成导线网，该2点在控制网中成为单点，与其他点构成闭合导线，从表2中可以看出，删除C154处的导线网后导致该点的误差值增加了2.3mm，C043点的误差值增加了3.8，而在其他点上的变化值较小，由此可以看出，在控制网中导线网的布设可以增强点位精度，导线网实质上就是在某些测站上联测一个方向边长和角度，精度明显增强，说明导线网成果的质量相对于闭合导线而言，对整个控制网的成果质量更易控制[9]，因此，在实际布网时，应尽可能增加导线网的数量。

(3)方案4和方案2非常类似，方案2删除的是已知点之间的连接线，减少了附合导线条件，但仍可以连接成无定向附合导线，而方案4删除的是已知点和未知点的连线，也就是方案4中减少了网中无定向导线的构成条件，从表2误差值来看，可以发现，由于删除了A03和C153的连接线，导致C052、C053、C054、C057的误差相对于方案2来说，误差增加较大，最大达到9.6mm，主要是因为方案2中尽管删除了已知点之间的连线，但是仍能构成无定向导线，删除A03和C153的连接线后，C052、C053、C054、C057只能构成闭合导线而无法构成无定向导线，由此可见，在控制网中，应可能多地将待定点和已知点相连，无定向导线也能够有效降低点位误差值。

(4)本方案在C002和C009处有明显的角度观测误差，在平差计算中检查闭合差统计表时并没有出现角度闭合差超限的情况，分析其原因是C002和C009在控制网中是单点，非节点，这2个点会同时出现在闭合导线中或附合导线中，2个点的角度误差增加和减少的值正好相反，因此在闭合差统计过程中相互抵消，在实际工作中由于对角度观测值的误差一般是根据角度闭合差来判断，然而当出现以上特殊情况时，往往会误导测量员对观测误差的正确判断，从表2的该方案中的点位误差值来看，误差值相对于方案1来看出现了近于10倍的增长，全网点位误差增长较均匀。因此在实际工作中当出现角度闭合差没有问题，而点位误差偏大的情况时应引起重视，需对外业观测值进行检查，为了减少这种情况的出现，实际观测角度时应增加角度观测次数。

结语

由于人工湿地水源地工程口门控制建筑物密集，目前普遍使用的GPS控制网作业限制较大，因此在建筑物密集处仍要采用传统测量方式，即布设图根导线控制网[10-11]，控制网图根控制点主要服务于施工区地籍的测绘，图根控制点的点位精度会直接影响界址点的测量精度，因此合理布设图根控制网能够为后续工程图测绘精度提供保障。从本文的几种方案中可以发现，不同的网形连接方式对点位误差的影响较大，但对于较大范围的控制网，如何正确连接图根点形成合理的导线形式仍需做进一步的深入研究。