静态GPS测量三角高程测量与水准测量在水电测量中的应用

魏海明

(福建安澜水利水电勘察设计院有限公司，福建 龙岩 364000)

0 前 言

全球定位系统(GPS)以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称，因此，GPS系统展现了极其广阔的应用前景。西藏林芝地区冰湖水电站规划成梯级开发，坝址距离一级厂房约8.5 km，坝后引用一段明渠进洞，进洞高程为3 917.50 m,多年平均流量8.43 m/s,采取明渠隧洞和压力钢管组合的引水方案，通过长1.3 km的明渠和7.2 km的隧洞，把水引到电站厂房,集中落差约440 m,电站装机容量为32 MW。为满足设计和施工精度要求进行布设了E级GPS网，GPS网布设成边连式，高程采用GPS曲面拟合，通过水准测量，三角高程方式联测和GPS高程成果，并通过三种测量方法的成果进行对比分析。

1 测量结果对比

1.1 控制网

根据测量控制学原理，把E级GPS网作为本工程一级控制网，尽量把控制点埋设在三个支洞口(坝址、坝址进水口、厂房)附近。测区附近原有水准点GPS4、B1,根据测区地形地貌条件和保证施工精度要求，在测区内总共布设了9个GPS点作为E级控制网，三个支洞口和调压井的8个GPS点作为下一级控制网，E级GPS控制点布设在公路两旁，考虑到施工测量加密时的需要，每个GPS点不少于一个通视方向，并保证每条基线长尽量相等。一级GPS网基线长约为800 m，符合E级GPS网布设要求。

1.2 GPS网观测

根据GPS网和现场条件，用四台华测X60型接收机进行静态观测(其标称精度为：5 mm+2ppm×D)，每个观测点平均都有二次以上的设站次数以保证GPS网的可靠性，每个观测点尽量与多条基线相连，同一时段内观测时间不少于60分钟，设置高度截止角不小于15度，数据采集间隔时间为5秒，有效观测卫星数不少于4颗。在观测过程使用专用功能菜单查看有关观测的卫星个数、电池指示灯，数据采集灯，PDOP值不大于6，满足E级GPS网的测量作业的基本技术要求。

1.3 测量数据解算和精度对比

基线向量采用华测处理软件包解算，GPS数据预处理，基线向量网平差以及GPS网平差，解算出基线的RATIO最小为32，最大为99.9，满足RATIO≥3的要求。采用自由网平差检验网本身的内部符合精度以及基线向量之间有无明显的系统误差和粗差。算出同步环坐标分量相对闭合差最大值是5.0ppm，环全长相对闭合差为7ppm,E级GPS网同步环坐标分量相对闭合差限差为6.0ppm，环线全长相对闭合差限差为10.0ppm, 均符合E级GPS网精度要求，其最弱基线相对中误差见表1。

表1 最弱基线边中误差表

E级GPS网网平差采用二维约束平差，以B1和GPS4作为已知坐标进行坐标约束，采用平移、旋转、缩放法，处理完进行网平差结果检验和GPS网数理统计检验，其最弱点点位中误差为3.8 mm,符合E级平面控制网最弱点点位中误差不得大于10 mm的要求，见表2。

表2 GPS控制点各点点位精度 单位：m

1.4 基线向量长比较

为了检测基线向量经平差后的边长差值，用莱卡T702全站仪(其标称精度为：2 mm+2ppm)检测了能通视的5条边，其对比结果见表3。

表3 基线长对比表

2 GPS 高程测量

2.1 高程拟合

采用曲面拟合法，利用已知点B1、GPS4的高程作为起算点 ，进行二维约束平差，经处理后单位权误差为0.952，GPS控制点D1为高程最大中误差点，其值为6.1 mm。

2.2 三角高程测量

2.3 四等水准测量

经过前期GPS控制网的布设和三角高程测量后，综合比较本水电站水准线路拟布置成闭合线路的形式，由于起算点B1和GPS4分布在控制网的中间，为了水准测量的便利，布置了两条闭合线路，水准点B1和GPS4上下游各布置一条。同时为了减少水头损失，提高经济效益，满足水利工程设计要求，对测区内的起算点B1和GPS4先用苏光DS3先进行闭合线路的测量，先检校这两个点的高差闭合差，经校核B1和GPS4水准点高差闭合差符合规范后由这两个点作为原始点，对首级GPS控制点进行四等水准测量校核。在测量过程中尽量保持前后视距离大致相等，其目的是消除水准管轴不平行于视准轴(即i角误差)、大气折光差、地球曲率引起的误差。读取读数前，应仔细对光以消除视差。每次读数时，都应精平，使气泡吻合，并注意勿将上下丝看成中丝。在观测过程中不得进行粗平。在测量过程中，边测量、边记录、边检查，当发现超限后立即返测，直到本站观测合格为止。

水准测量高程，三角高程和GPS拟合高程的对比见表4。从表4可以看出，GPS拟合高程和三角高程可以达到四等水准测量的精度要求，可作为下一级控制测量和施工放样测量使用。

表4 三者高程对比表

3 结束语

1)2016年5月西藏自治区林芝地区八一镇冰湖水电站一级遂洞全线贯通，贯通平面误差为7 cm，高程误差为11 cm，从实践和理论证明，在山区水利水电控制网中，采用GPS控制网和四等三角高程作为首级控制完全能满足小水电的施工测量和设计要求。

2)高海拔山区小水电水头高，遂洞长，通视条件极差，低温，采用水准测量校核，利用GPS和全站仪结合的方法进行布设控制网，GPS联测的高程和三角高程测量可以达到水准测量的精度要求。

3)GPS作为山区水电的首级控制，可以大大提高工作效率，严格控制隧洞坡降，提高水电站的经济效益，在山区水利水电建设中的应用有着广泛和积极的意义。

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