GPS在南水北調(diào)工程控制測(cè)量中的應(yīng)用

湯 慶 豐， 王 小 紅

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

GPS在南水北調(diào)工程控制測(cè)量中的應(yīng)用

湯 慶 豐， 王 小 紅

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

GPS測(cè)量以其觀測(cè)速度快、定位精度高、布網(wǎng)形勢(shì)多樣、全天候、小巧靈活等優(yōu)點(diǎn)在工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，深受廣大測(cè)量工作者的青睞。采用GPS外業(yè)測(cè)量獲取數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，配合電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程控制，可以在較短的時(shí)間內(nèi)得到高精度的控制網(wǎng)成果。介紹了GPS在南水北調(diào)工程控制測(cè)量中的應(yīng)用。

中央子午線；高程基準(zhǔn)；GPS控制網(wǎng)；三等水準(zhǔn)；南水北調(diào)

1 概 述

南水北調(diào)中線一期總干渠工程鎮(zhèn)平-3標(biāo)段位于河南省鎮(zhèn)平縣，起點(diǎn)樁號(hào)76+100，終點(diǎn)樁號(hào)87+925，總長(zhǎng)11.825 km。該標(biāo)段主要建筑物包括：渠道和8座左岸排水建筑物、8座公路橋、4座生產(chǎn)橋。

已有成果資料：

(1)該工程已知控制點(diǎn)為潦河倒虹吸施工控制網(wǎng)和淇河施工控制網(wǎng)C級(jí)GPS控制網(wǎng)，標(biāo)志為埋樁，高程系二等直接成果。

(2)控制點(diǎn)平面系統(tǒng)：掛靠于1954年北京坐標(biāo)系1°帶下的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，中央子午線經(jīng)度為112°，高程系統(tǒng)為1985年高程基準(zhǔn)。

作業(yè)依據(jù)：

(1)南水北調(diào)中線一期工程施工控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告；

(2)南水北調(diào)中線一期工程總干渠初步設(shè)計(jì)測(cè)量技術(shù)規(guī)定；

(3)《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》(DL/T5173)；

(4)《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026—2007)；

(5)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T18314—2009 )；

(6)《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB12898—2009 )。

2 GPS測(cè)量作業(yè)的主要技術(shù)指標(biāo)

按《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T18314-2009) 和《工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50026-2007)中的D級(jí)GPS測(cè)量技術(shù)要求以及《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB12898-2009)中的測(cè)量技術(shù)要求，主要技術(shù)指標(biāo)見表1和表 2。

表1 GPS測(cè)量作業(yè)主要技術(shù)要求表

表2 水準(zhǔn)測(cè)量主要技術(shù)要求表

3 平面控制測(cè)量

根據(jù)該工程特點(diǎn)，考慮到帶狀區(qū)域施工的需要，項(xiàng)目部采用GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)，使用6臺(tái)GPS接收機(jī)(3臺(tái)南方S82T型和3臺(tái)中海達(dá)V8型)，將LHE1、LHE2、QHE1、QHE2四個(gè)C級(jí)控制點(diǎn)作為高等級(jí)控制點(diǎn)對(duì)施工控制網(wǎng)進(jìn)行約束測(cè)量，施測(cè)D級(jí)GPS施工控制網(wǎng)47個(gè)，GPS施工控制點(diǎn)為JC643、JC644……JC688，JC689；另外，根據(jù)布網(wǎng)需要暫時(shí)加密了臨時(shí)控制點(diǎn)LS1點(diǎn)(圖1)。

圖1 控制網(wǎng)簡(jiǎn)圖

3.1 測(cè)量方法

(1)按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行GPS測(cè)量,控制網(wǎng)測(cè)量采用邊連接方法以增加網(wǎng)形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。6臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)為一個(gè)同步觀測(cè)時(shí)段，兩個(gè)相鄰觀測(cè)時(shí)段至少要保證2個(gè)點(diǎn)(組成一條邊)為共同點(diǎn)(兩個(gè)時(shí)段均觀測(cè)數(shù)據(jù)，即重復(fù)基線邊)，控制點(diǎn)測(cè)量由專業(yè)測(cè)量技術(shù)人員將GPS接收機(jī)架設(shè)在控制網(wǎng)點(diǎn)。

(2)每次觀測(cè)前，先對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行預(yù)熱和靜置，同時(shí)檢查電池容量，觀測(cè)中避免在GPS接收機(jī)近旁使用電子通訊設(shè)備。

(3) 天線安置應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中整平，天線對(duì)中誤差不應(yīng)大于1 mm。對(duì)于天線的高度，在觀測(cè)前、后各量測(cè)一次，每次應(yīng)在相同的位置從天線三個(gè)不同方向(間隔120°)量取，或用接收機(jī)天線專用量高器量取。單次天線高重復(fù)量取的讀數(shù)互差不大于±2 mm時(shí)，取平均值作為單次天線高度觀測(cè)值；測(cè)前和測(cè)后天線高度觀測(cè)值讀數(shù)互差不大于±3 mm時(shí)，取平均值作為天線高度最終觀測(cè)值。

(4)技術(shù)人員詳細(xì)記錄控制點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、接收機(jī)序列號(hào)、儀器高及開關(guān)機(jī)時(shí)間。

(5)每個(gè)站點(diǎn)配備海王星對(duì)講機(jī)一臺(tái)，專業(yè)技術(shù)人員2名。6臺(tái)GPS接收機(jī)全部架設(shè)完畢由負(fù)責(zé)人統(tǒng)一安排同時(shí)開機(jī)接收數(shù)據(jù)。每個(gè)時(shí)段的觀測(cè)時(shí)間不低于45 min，觀測(cè)結(jié)束后，由負(fù)責(zé)人統(tǒng)一安排同時(shí)關(guān)機(jī)進(jìn)行下一時(shí)段觀測(cè)。

(6) 作業(yè)間歇期間，接收機(jī)應(yīng)由專人維護(hù)保管并在作業(yè)前充足電池，將儀器及其附件裝于專用儀器箱中。為保證觀測(cè)中儀器的安全，儀器管理實(shí)行個(gè)人負(fù)責(zé)制，對(duì)每臺(tái)儀器進(jìn)行編號(hào)，自工程開始直至工程結(jié)束，每個(gè)作業(yè)組或作業(yè)人員均使用同一臺(tái)(套)儀器(包括主機(jī)、天線、傳輸電纜、電池及基座等)，做到責(zé)任分明。當(dāng)出現(xiàn)特殊情況需要重新調(diào)配人員時(shí)，由負(fù)責(zé)人做出統(tǒng)一安排。觀測(cè)組嚴(yán)格按調(diào)度表規(guī)定作業(yè)，聽從現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人的統(tǒng)一指揮，以保證觀測(cè)同步進(jìn)行。當(dāng)情況有變化需要修改調(diào)度計(jì)劃時(shí)，必須經(jīng)負(fù)責(zé)人同意。

(7)觀測(cè)時(shí)做到人不離崗，觀測(cè)過程中嚴(yán)密監(jiān)視電池和接收機(jī)情況并將其記錄于外業(yè)觀測(cè)手簿上，以便于內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。禁止周圍無關(guān)人員接近甚至觸摸儀器，以保護(hù)作業(yè)人員和儀器的安全，進(jìn)而保證觀測(cè)的正常進(jìn)行。

3.2 施工控制點(diǎn)的加密

加密控制點(diǎn)布設(shè)在堅(jiān)固穩(wěn)定、便于施工放線且不易破壞的范圍內(nèi)，控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)規(guī)格應(yīng)符合下述規(guī)定：

(1)金屬標(biāo)志制作材料上部為不銹鋼，下部采用普通鋼筋焊接而成。規(guī)格應(yīng)符合圖2中的規(guī)定，標(biāo)志標(biāo)識(shí)規(guī)格應(yīng)符合圖3和圖4中的規(guī)定。

(2)控制點(diǎn)標(biāo)石的埋設(shè)規(guī)格。

3.3 數(shù)據(jù)處理

圖3 加密點(diǎn)俯視圖

圖4 加密點(diǎn)控制點(diǎn)標(biāo)石示意圖

數(shù)據(jù)處理采用南方GPS基線解算軟件GPSPro101030和中海達(dá)GPS基線解算軟件HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行基線解算。項(xiàng)目部為加快進(jìn)度，本次采用2個(gè)品牌的GPS進(jìn)行測(cè)量，因此內(nèi)業(yè)解算時(shí)先將中海達(dá)數(shù)據(jù)用中海達(dá)HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件轉(zhuǎn)換為通用的Rinex格式，再導(dǎo)入南方GPS基線解算軟件GPS Pro101030進(jìn)行解算，解算后經(jīng)三維平差后，采用C級(jí)控制點(diǎn)LHE1、LHE2、QHE2、QHE3的坐標(biāo)做為已知點(diǎn)進(jìn)行二維平差，經(jīng)高程擬合后得到成果。

3.4 測(cè)量成果分析

項(xiàng)目部進(jìn)行的D級(jí)GPS施工控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過解算其基線最弱邊的相對(duì)誤差為1∶149 048。閉合環(huán)有同步環(huán)201個(gè)、異步環(huán)295個(gè)，合計(jì)496個(gè)，均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

測(cè)區(qū)七參數(shù)成果：

Dx平移(m): 22.389

Dy平移(m): 340.460

Dz平移(m): 85.720

Rx旋轉(zhuǎn)(s): -1.016 679

Ry旋轉(zhuǎn)(s): 2.204 753

Rz旋轉(zhuǎn)(s): -2.205 734

SF尺度(ppm): -25.473 406

4 高程控制測(cè)量

4.1 測(cè)量方案

采用單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)(后—前—前—后，前—后—后—前)觀測(cè)順序，將前后視距差控制在2 m以內(nèi)，每測(cè)回高差值不大于1.5 mm。

(1)首先將儀器整平(望遠(yuǎn)鏡繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓氣泡始終位于指示圈中央)；

(2)將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)后尺，用垂直絲照準(zhǔn)條碼中央，精確調(diào)焦至條碼影像清晰，按鍵測(cè)量；

(3)顯示讀數(shù)后，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)前視尺條碼中央，精確調(diào)焦至條碼影像清晰，按鍵測(cè)量；

(4)顯示讀數(shù)后，重新照準(zhǔn)前視尺，按鍵測(cè)量；

(5)顯示讀數(shù)后，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)后視尺條碼中央，精確調(diào)焦至條碼影像清晰，按鍵測(cè)量；顯示測(cè)站成果，檢驗(yàn)合格后遷站。

4.2 測(cè)量方法

(1)作業(yè)前。每天施測(cè)前，對(duì)儀器進(jìn)行i角檢驗(yàn)，若超限則用新的i角代替。施測(cè)前，由技術(shù)負(fù)責(zé)人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，合理安排水準(zhǔn)路線，使水準(zhǔn)路線盡量沿堅(jiān)硬的地面前進(jìn)，大致選定適宜的架設(shè)儀器位置，以避免儀器下沉。

觀測(cè)員從儀器箱取出儀器后，先在空氣中放置15 min，待儀器溫度與外界一致時(shí)開始作業(yè)。架設(shè)儀器時(shí)要將腳架踩實(shí)，氣泡嚴(yán)格居中，照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)要消除視差，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器時(shí)緩慢均勻。

立尺員需將地面的覆蓋物除去，把尺墊立在堅(jiān)硬的地面上并踩實(shí)，禁止踩踏尺墊的圓球部分，不允許將尺子下端著地，讀數(shù)時(shí)氣泡居中。

(2)作業(yè)中。嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范作業(yè)。

①本次測(cè)量采用改變儀器高度的作業(yè)方法，每測(cè)站儀器變動(dòng)高度均大于10 cm。

②前后視距差<2 m，視距累積差<5 m，最大視線長(zhǎng)度<100 m,最低視線高度>0.3 m,兩次所測(cè)高差之差<1.5 mm。

③每測(cè)段均為偶數(shù)站，兩次讀數(shù)的順序分別為后—前—前—后、前—后—后—前。

為保證前后視距差、視距長(zhǎng)度、最低視線高度不超限，每站均先測(cè)試，待測(cè)試合格后進(jìn)行作業(yè);同時(shí)要求操作員記住視距累積差的數(shù)值，以便在下一測(cè)站中進(jìn)行控制，避免超限。

(3)每天將數(shù)據(jù)傳輸存盤，及時(shí)計(jì)算以進(jìn)行閉合差的檢驗(yàn)；對(duì)于所埋設(shè)的觀測(cè)樁或建筑物樁，通過計(jì)算高程進(jìn)行比對(duì)，以確保無誤。

4.3 內(nèi)業(yè)整理

及時(shí)對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、整理并匯總，待其滿足三等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范要求的限差后，將數(shù)據(jù)平差計(jì)算。本次測(cè)量測(cè)段的總長(zhǎng)度為28.857 km,每km高差中誤差=4.34 (mm)，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

南水北調(diào)鎮(zhèn)平3標(biāo)施工控制網(wǎng)采用GPS進(jìn)行測(cè)量，有效克服了南水北調(diào)施工區(qū)附近建筑物、樹木多等通視條件和陰雨天氣的影響，加快了實(shí)測(cè)進(jìn)度，提高了作業(yè)質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了實(shí)測(cè)成本，測(cè)量成果精度高。

TV52;[TV91]

B

1001-2184(2017)05-0048-03

2017-08-20

湯慶豐(1977-)，男，河南焦作人，項(xiàng)目安全總監(jiān)，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

王小紅(1981-)，女，四川德陽人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)