GPS在南水北调中线干线工程测量中的应用

郏红伟

摘 要:本文主要介绍了GPS在建立南水北调中线干线工程施工控制网中的应用,详细讲述了GPS在本工程测量中的选点、埋石、网形布设、观测及计算的过程和方法,取得了很好的效果,为今后的线路工程测量积累了宝贵的经验。

关键词:控制网GPS水准测量精度

中图分类号:TV221 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0119-02

GPS以其定位精度高、观测时间短、全球、全天候工作、高效率、多功能、操作简便等特点在工程测量中得到了应用广泛,同样,在南水北调中线干线工程测量中,GPS起了不可替代的作用,取得了重要的经济和社会效益。下面我们以南水北调工程的某一段渠道为例作详细论述。

1 工程概况

沙河南～黄河南渠段第一标段(荥阳段)起点设计桩号为SH210+775,终点设计桩号为SH234+748,线路总长约为23.973km,该标段地势平坦、交通便利,通视条件较好;第二标段(郑州市Ⅰ段)起点设计桩号为SH201+000,终点设计桩号为SH210+775,线路总长约为9.775km,该标段位于郑州市郊区,村庄密集、建筑物较多,特别是贾鲁河一带,多次与总干渠交叉,地形破碎,树木稠密,交通不便,通视困难。

测区气候较温和,春季干旱风沙较多,夏季炎热雨水集中,野外作业受到一定的影响。沿渠线附近的公路及乡间大车路均能通行汽车,除风雨期受阻外,平时交通较方便。

2 任务

渠线部分:前期测设的“南水北调中线一期工程干线(除京石段)首级施工控制网”,平面等级为C级GPS,高程等级为Ⅱ等水准,每8～10km埋设一对标石,埋设密度难以满足渠线施工测量的要求,我们在C级网中间加埋一对标石,使渠线部分达到每4～5km一对标石。新布设的标石,按三等水准标石规格埋设,平面为D级GPS,高程为三等水准。

本次测量任务为南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南渠段内,第一标段(荥阳段)和第二标段(郑州市Ⅰ段)交叉建筑物控制测量(原则上每处埋设3座标石,平面为D级GPS,高程为三等水准)测量。

两渠段内共有交叉建筑物55座,其中河渠交叉5座(控制测量由兄弟单位作),左岸排水9座,铁路交叉1座,渠渠交叉1座,分水口门3座,路渠交叉31座,移民桥5座。

3 已有资料情况

1)南水北调中线一期工程干线(除京石段)首级施工控制网平面为C级GPS,高程为Ⅱ等水准,可作为本次施工控制网的起算点成果。2)1:5000带状地形图,作为计划用图。3)渠线拐点坐标和交叉建筑物要素表,作为确定渠线中线、建筑物交叉位置和设计水位的依据。

3.1 平面控制测量

3.1.1 控制网的设计布设

基本控制:在1:5000地形图上,根据前期布设的埋石间距、测区地形现状、交通状况及作业效率综合考虑,按照优化设计的原则,拟定D级GPS点的点位、点名及点号,标出相关的测量站点、水准路线及主要的交通路线,设计出一个图形结构强的施工控制网。根据设计的施工控制网图形,沿总干渠每4～5km埋设一对(相邻距离宜在500～800m之间,以便于施工引用)相互通视的三等水准标石,点位应选在渠道开挖线以外且永久性征地范围线以内(一般距渠道中心线150m左右),便于使用和长期保存的坚实原状土上,并应避开农作物耕地,宜选在道路旁边、沟坎边沿、河渠岸边,要远离高压输电线路和大功率微波站,如雷达、电台及微波中转站等附近地区,周围不应有反射物和高大建筑物,尽量减少接收卫星信号的干扰和多路径误差。

交叉建筑物控制:埋石点宜选在建筑物和渠线开挖线150m以外,每场地应埋设3座相互通视的D级GPS点,构成独立施工控制网,若两处建筑物相邻(500m以内),可考虑综合布设,测区内C级GPS或渠线上的D级GPS点一并利用。

3.1.2 埋石

基本控制:标石尺寸参照三等水准标石规格预制,现场浇注底盘。标石露出地面2cm,标志为半球状铸铁标志,中心刻十字线,柱石编号由北向南统一编号,黄河北点名为DHB××,黄河南点名为DHN××(第一个D表示GPS级别,HB表示黄河北,HN表示黄河南)。柱石顶面字体朝北,应刻模压印且清晰端正、排列整齐、涂抹红漆,认真做好点之记。

交叉建筑物控制:埋石点以场地建筑物汉语拼音首字母统一编号,如大蒲水场地,编号为DPS××。

3.1.3 观测

基本控制:使用仪器:Leica 1200双频GPS接收机(表1)。

D级GPS网宜布设成多边形,以边连接形式构成控制网,提高控制网精度(网中已知点数量应不少于2座)。作业时认真架好仪器,对中(天线对中误差不得大于3mm)、整平,接好电缆、输入点名和观测时段并采集数据,测前、测后各量取一次天线高(GPS天线高的测定工具应使用仪器配置的专用卡尺,量至mm),取平均值。GPS网平面观测精度要求,见表2。

交叉建筑物控制:观测同上。

3.1.4 数据处理与平差

基本控制:基线处理使用随机的商用软件,按规范中有关技术要求执行,基线解算必须采用合格的双差固定解作为基线解的最终成果,外业数据检核要满足规范要求。

D级GPS控制网的两端均使用干线首级控制网的C级点作为已知点,相邻D级网之间应采用同一已知点,使渠线D级网连为整体。

交叉建筑物控制:平面坐标系统挂靠于1954年北京坐标系1°带下场地独立坐标系,边长投影到建筑物设计工程面上。建筑物施工控制网测量,平面为D级GPS。

数据处理同上,使用《场地坐标计算》程序自动读取GPS网平差中的无约束平差基线边长,进行建筑物场地独立坐标系计算,边长不进行高斯投影计算,边长的高程投影面为该处的设计水位面。

4 成果验收及精度统计

经过紧张而有序地外业测量和内业计算工作,我们取得了非常可喜的成果。在此基础上,我们又组织人员按照《测绘产品检查验收规定》和有关技术要求对成果进行了复测和检查。下面是成果的精度统计。

4.1 GPS控制网的检查和精度统计

基本控制:分别对50个GPS网平差计算中的基线向量残差、闭合环的坐标闭合差、点位精度进行了统计(表3)。

建筑物施工控制网边长检测的精度统计:利用全站仪对50处建筑物施工控制网的边长进行了检测,共检测边长92条,基本上每处检测2条边,涉及3座标石,精度统计如(表4)。

5 结语

南水北调中线工程是迄今为止世界上最大最长的线性输水工程,是优化我国水力资源配置的重大战略性基础设施。意义重大、影响深远、举世瞩目。因此,我们强化意识、以高度的责任感尽职尽责服务好、建设好这一重大工程,按照国家要求切实将其建设成造福当代、惠及子孙的民心工程、精品工程。作为工程建设的排头兵,我们组织精干技术力量和先进的仪器设备,精心设计,细致测量,为工程建设提供了有力的测量保障,取得了优秀的成果。通过对南水北调中线工程测量的研究和实践,我们在大型线性工程复杂的空间定位精度控制、施工测量方案及优化以及施工测量管理、测量成本控制、现场实施等方面累积了许多经验,为今后的工作提供了一个良好的范例。