控制網在楊家壩河及海藏河治理工程中的應用分析

馮 剛

（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院，陜西 西安 710001）

控制網在楊家壩河及海藏河治理工程中的應用分析

馮 剛

（陜西省水利電力勘測設計研究院測繪分院，陜西 西安 710001）

武威市楊家壩河及海藏河水系生態綜合治理工程位于武威市北河西走廊半沙漠地帶，河道內樹木茂盛，遮擋較大，如采用常規導線常規測量方法難以滿足精度要求。因此，在控制網布設時，采用GPS布設平面控制網與高精度全站儀實測光電測距三角高程的高程布設方案。用平差后的平面坐標，反算邊長與地布實測邊長，結果表明：平差結果精度較高，各項指標均在規范要求的范圍內，其控制網精度較高，說明控制網布設合理。

中誤差；精度評定；相對誤差

1 工程概況

武威市楊家壩河及海藏河水系生態綜合治理工程位于武威市城區，規劃范圍內有楊家壩河及海藏河，其中，楊家壩河治理范圍為：上起楊家壩河擁軍橋上游200 m，下游至金色大道下游200 m，治理河道長度為5.88 km；海藏河治理范圍為：上起正在建設的海藏濕地公園（海藏橋），下游至楊家壩河與海藏河交匯口，河道長度為4.41 km。測區有本項目一期工程留設的平高程控制點有A121、A122等2點，點位穩定可靠，作為本次平面和高程控制測量起始資料。

2 控制點布設方案

2.1 平面控制網布設

2.1.1 控制網布設的基本原則

（1）分級布網，逐級控制。先完成高等級控制測量，再在完成的高等級控制測量的基礎上進行加密控制測量，先完成的高等級控制測量成果作為低等級控制測量的起算數據并起控制作用[1]。

（2）足夠的精度。控制網的精度應能滿足大比例尺測圖的要求，也就是首級圖根點相對于起算點的點位誤差，在圖上不超過±0.1 mm。相對于地面點的點位誤差不超過±0.1N mm（N為測圖比例尺分母）。

（3）足夠的密度。控制網點的密度應滿足測圖的要求。

2.1.2 平面控制布設方法

根據控制網的布設原則，在武威市楊家壩河及海藏河水系生態綜合治理工程中先布設基本控制，在楊家壩河布設一組（二套）GPS控制點，在海藏河布設兩組（4套）GPS控制點，在楊家壩河及海藏河交匯處布設一組（2套）GPS控制點。在金色大道北松濤河布設一組（2套）GPS控制點，GPS點編號：Gi(i=1，2…10)。以上10個點與A121、A122等2個平面控制點組成四等GPS控制網。

該工程設計在楊家壩河及海藏河上布設3座橡膠壩，壩址位置已基本確定，選擇了四個壩址位置，其中一個作為備選方案。根據《水利水電工程測量規范》SL197-2013中規定勘測設計斷面在規劃階段應在兩端埋設永久性標志，其平面控制精度選取五等或者圖根，考慮到現代測量技術的發展，選擇在四個壩址兩端各布設一套GPS控制點。共8套GPS點與G3、G4、G7、G8等四個平面控制點組成五等GPS網作為加密控制。GPS點編號：BZi(i=1，2…4)，BYi(i=1，2…4)。其中 BY3、BZ4 為鑲嵌，其余均埋設混凝土標石。

2.1.3 平面控制網觀測及精度要求

控制網觀測儀器采用4臺華測雙頻GPS接收機，作業前已送法定計量部門進行檢定，并在有效期內。外業觀測采取靜態相對定位模式，同步圖形之間的連接采用邊連式[2]，四等GPS網非同步觀測閉合環邊數≤8條，五等GPS網非同步觀測閉合環邊數≤10條，GPS網測量精度要求見表1[3]。

表1 GPS網測量精度要求

GPS測量的主要技術要求嚴格按照《水利水電工程測量規范》SL197-2013關于GNSS測量要求執行。

四等GPS網：衛星高度角≥15o，觀測時段時間≥45 min，觀測時段數≥1.4，同時觀測有效衛星數≥4個，數據采樣間隔10～30 s，PDOP≤6。

五等GPS網：衛星高度角≥15°，觀測時段時間≥30 min，觀測時段數≥1.2，同時觀測有效衛星數≥4個，數據采樣間隔10～30 s，PDOP≤8。

2.1.4 數據處理及驗算

數據處理采用華測隨機后處理軟件CGO進行基線解算，基線解算合格后采用“GPS工程測量網通用平差軟件包（簡稱Cosa GPS V5.20）”進行GPS網的三維無約束、二維約束平差。外業觀測結束后計算重復基線測量的長度較差均在允許限差范圍內，四等GPS網重復基線較差最大（G3～G4）為2.3 mm（限差32.8 mm），五等GPS網重復基線較差最大（BZ2～BY2）較差為4.3 mm(限差31.4 mm)。其同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差，其精度如表2。

表2 同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差最大值統計表

由上表基本控制及加密控制同步環、異步環各坐標分量閉合差及環線全長閉合差數據和重復基線[4]檢測結果看出，外業GPS的觀測質量是很高的，不存在粗差，觀測數據是合格的。其基線解算結果能直接用“GPS工程測量網通用平差軟件包（簡稱Cosa GPS V5.20）”進行GPS網的三維無約束、二維約束平差。

三維無約束平差四等控制網以一期工程留設的已知點A121的WGS84坐標作為起算數據,進行三維無約束平差，平差后最弱點G10點位中誤差為0.7 cm，小于規范規定的5 cm，最弱邊G10～G9相對中誤差為1/203000，其精度優于規范允許限差1/40000。五等控制網以G3點的WGS84坐標作為起算數據，進行三維無約束平差，平差后最弱點BZ1點位中誤差為1.43 cm，小最弱邊BZ1～BY1相對中誤差為1/57000，其精度優于規范允許限差1/20000。二維約束平差四等GPS控制網以一期工程留設的控制點A121、A122作為起始點進行二維網約束平差，平差后最弱點G8的點位中誤差為3.23cm，最弱邊A120～A121邊長相對中誤差為1/132000，在完成二維約束平差的基礎上，以A121作為起始點，A121～G7的方位角作為起始方位，選擇1510米高程面作為抵償高程面進行獨立坐標系平差，平差后最弱點G10的點位中誤差為0.5cm，最弱邊G9～G10的邊長相對中誤差為1/131000。其精度優于規范允許限差1/40000。五等GPS控制網以四等GPS控制網的G3、G4、G7、G8作為起始點進行二維約束平差，平差后最弱點BZ1的點位中誤差為0.82cm，最弱邊BZ1～BY1的邊長相對中誤差為1/39000。其精度優于規范允許限差1/20000。

在進行光電測距三角高程測量時觀測了部分四等GPS控制網的直接邊長，對所測邊長加入了儀器改正及氣象改正。實測邊長與獨立坐標系平差結果的坐標反算邊長比較如表3。

表3 邊長比較表

從以上的數據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，其測量成果均符合GPS網測量精度的要求，其坐標反算邊長和地面實測邊長吻合的很好，這說明GPS平差解算結果可靠，布網形式合理。完全滿足該工程中大比例地形測圖（1∶1000）的要求。

2.2 高程控制網布設

基本高程控制以一期工程留設的高程控制點為起算點，布設1條四等光電測距閉合三角高程路線，聯測所有四等GPS點。加密高程控制分別以基本高程控制點G3、G5、G7為起算點，布設3條五等光電測距閉合三角高程路線，聯測所有五等GPS點，形成加密高程控制網。采用徠卡TS06（2"級）全站儀觀測，對觀測的斜距加入儀器改正及氣象改正后改化為平距。由于武威地處半沙漠地區，白天氣溫變化較大，再加上視線較低大氣的折光系數較大，實地測量計算大氣折光系數比較繁瑣且費時，在光電測距三角高程測量時將測量邊嚴格控制在500 m以內。采用《工程測量控制網平差系統（NASEW）》軟件進行平差后，四等三角高程路線最弱點為9.8 mm，五等三角高程路線最弱點為3.6 mm，滿足規范要求。4條閉合三角高程路線閉合差如表4。

表4 三角高程路線測量精度統計表

由表中統計數據看出，高程測量精度較高，各項數據均在限差要求的范圍內，平差數據可靠，數據處理方法合理。

3 精度評定

由于觀測結果不可避免的存在著誤差，系統誤差一般是累積性的，通過一定的觀測方法及加入某種改正后將系統誤差消除或者減弱，剩下的偶然誤差是平差處理的對象，測量平差的基本任務就是求未知量的最或是值并給出最或是值的精度。衡量測量成果的精度的指標有中誤差、平均誤差、或然誤差、極限誤差、相對誤差[3]。測量平差中常用單位權中誤差來衡量它的精度，武威市楊家壩河及海藏河水系生態綜合治理工程中四等及五等GPS網二維平差結果的單位權中誤差分別為：

GPS網三維維平差結果的單位權中誤差分別為：

4 結論

在武威市楊家壩河及海藏河水系生態綜合治理工程中，選擇四等GPS網作為基本控制五等GPS網作為加密控制的控制網布設方案是符合該工程1∶1000地形圖測量及河道斷面測量的要求的，各項誤差及閉合差均沒超出規范要求。外業觀測數據可靠觀測方法合理，從外業驗算結果來看觀測不存在粗差，觀測精度較高。數據平差結束后對各項限差及單位權中誤差進行了統計及計算；從結果來看，平差結果精度較高，各項指標均在規范要求的范圍內，其控制網精度較高。

[1]張鳳舉，張華海，孟魯閩，趙長勝，盧秀山.控制測量學[M].煤炭工業出版社，1999.

[2]武漢大學測繪學院，測量平差學科組.誤差理論與測量平差基礎[M].武漢大學出版社，2003.

[3]DL/T 5173-2013,水利水電工程施工測量規范[S].中國電力出版社，2003.

[4]徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民.GPS測量原理及應用[M].武漢大學出版社，2003.

P228.4

B

1673-9000（2017）05-0178-03

2017-05-10

馮剛（1972-），男，陜西吳堡人，工程師，主要從事水利工程測量方面的研究和設計工作。