會寧北部供水管網工程測量技術研究

張 瑞

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州730000）

0.引言

受引洮一期會寧北部供水工程管理局的委托，甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司對會寧縣頭寨鎮、塬邊鄉、新莊塬鎮配水管網改擴建工程進行外業勘測。根據配水管網改擴建工程布置，測區控制測量點按狹長的帶狀地形走向布設，施測比較困難。新莊塬測區平均海拔為1850m，線路最大高差630m。塬邊測區平均海拔為1900m，線路最大高差510m。頭寨測區平均海拔為1650m，線路比較平緩。

1.測區原有資料分析

需要勘測的頭寨鎮、塬邊鄉、新莊塬鎮改擴建管網工程，除頭寨鎮管網有甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司勘測的輸水總干管、配水干管測量高程、坐標控制網資料，塬邊鄉、新莊塬鎮管網為2007年已竣工的供水管網工程，原設計高程、坐標控制網資料收集不到，或因年限較長，現場也不易找到，因此施工圖設計階段勘測需重新建立高程、坐標控制網。地質勘察資料有白銀水電設計院完成的初步設計、施工圖設計勘察成果，因管線位置、泵站位置本次需調整或重新選線選址基本不可使用，需重新勘察。收集到2008年引洮工程二干渠延伸到會寧供水工程項目（二干渠延伸段）可行性研究階段測量平面、高程控制成果1份，部分控制點曾作為引洮一期會寧北部供水工程輸水總干管測量控制點利用，所以本次作業也應該與輸水總干管系統一致。

2.技術依據

（1）《水利水電工程測量規范》SL197－2013；

（2）《國家基本比例尺地圖圖式第1部分1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖圖式》GB/T20257.1－2007；

（3）《引洮供水一期會寧北部供水工程施工圖設計（頭寨、塬邊、新莊塬改擴建工程）勘測委托書》；

（4）《引洮供水一期會寧北部供水工程施工圖設計（頭寨、塬邊、新莊塬改擴建工程）技術設計書》。

3.主要技術問題及處理方法

本次作業工期比較緊，平面控制沒有將新莊塬、塬邊控制網納入國家控制網平差，新莊塬管線起末點高差630m，根據起末點采用平均高程面1850m，邊長進行高程面投影后，線路起末點坐標誤差值較大，無法滿足規范中關于高程面工程坐標要求。所以本次采用二次分段高程面投影：將BM42－XZ06段采用平均高程面1695m；XZ05－XZ20采用2015m高程面。即BM42－XZ06段平面控制采用國家坐標系坐標，以BM42－XZ19方位角為起算方位角，將起末點高差控制在320m范圍內，所以第一段采用1695m高程面，得到XZ05、XZ06高程面1695m工程坐標；然后以XZ05為起算點，仍以BM42－XZ19方位角為起算方位角，進行2015m高程面第二段投影。對于塬邊干管線和塬邊支管線平面控制參數選取（如表1所示）：

表1 塬邊干管線和塬邊支管線平面控制參數選取

按照設計大綱要求的方案實施外業觀測，必須滿足工程建設的需求。觀測記錄手簿由手工記錄，限差要求及計算正確。觀測工作嚴格按規范操作，各項限差和觀測精度均滿足規范和設計要求。新莊塬鎮部分測量控制網布設（如圖1所示）：

圖1 新莊塬鎮部分控制網布設示意圖

4.平面控制網解算與分析

4.1 基線解算

采用南方GNSS數據處理軟件，嚴格設置衛星截止高度角15°，采樣間隔15s，根據基線殘差分布，剔除周跳跳變影響的基線部分，使基線閉合差滿足規范限差要求。

4.2 GNSS網平差計算

將合格的基線導入科傻GNSS數據軟件，輸入已知點坐標、中央子午線經度、投影面高程、起算方位角后進行平差。各項測量指標都符合五等GNSS網的要求，能夠滿足本次測量要求。

4.3 平差計算結果分析

經計算，五等網最弱點YB11點位中誤差為±0.9cm；YB11-YB12最弱邊相對誤差為1/125000；XZ19點位中誤差為±0.56cm；XZ15-XZ16最弱邊相對誤差為1/155000。平面以測區內E級GNSS網為起算點，中央子午線經度105°。邊長投影到每條管線平均高程面上，數據處理采用南方GNSS數據處理軟件，工程面投影采用科傻GNSS數據處理系統，計算過程正確，精度均符合規范要求，可以滿足工程施工圖設計平面精度要求。

在控制測量過程中，分別進行了1695m、2015m高程面GNSS邊長與全站儀邊長比較（如表2、表3所示）：

表3 2015m高程面GNSS邊長與全站儀實測邊長比較

根據以上不同高程面的兩種邊長比較分析，邊長差值很小，平面控制網布設合理，平差后精度評定中各項驗算項目完整、方法正確、精度較高，按照本文中的方法選取獨立坐標系和投影高程面是合理、正確的。各項精度指標符合《水利水電工程測量規范》。

5.高程控制網精度分析

高程網采用南方平差易軟件平差，由于受到地形條件限制，采用四等三角高程閉合線路。塬邊四等三角高程線路控制精度分析（如表4所示）：

表4 塬邊四等三角高程線路控制精度分析

新莊塬四等三角高程控制網精度分析（如表5所示）：

表5 新莊塬四等三角高程控制網精度分析

高程以測區三等水準點作為高程起算點，布設閉合線路。采用南方平差易軟件平差，計算過程正確，精度均符合規范要求。經過分析高程控制成果可以分別滿足工程施工圖設計階段四等高程控制測量精度要求。

6.引水線路質量分析

使用RTK配合全站儀選線、定線、實測，在地形變化處加樁，真實反映地形，詳細標注地物。直接以測區五等GNSS平面控制點為基準點，以均勻分布的7個以上五等GNSS網點為公共點，在這些點上同時實測兩套平面坐標和兩套高程，通過軟件求解出測區的坐標轉換參數和高程擬合參數。通過在已知點上校核，滿足精度要求即可。線路拐點IP點彎道要素采用可編程計算器，輸入設計的彎道半徑計算各彎道要素。對線路定線數據在實地計算，然后編寫樁號，進行實地打木樁確定位置。內業斷面數據采用EXCEL電子表進行編制成固定格式的數據集，即符合繪圖軟件使用的數據文件。采用計算機CAD軟件輔助制圖，調用斷面圖繪圖程序直接成圖。對生成的斷面圖，能直觀顯示線路的走勢，可根據手工記錄和RTK電子記錄對其進行校核。對于斷面記錄、圖解數據、計算和斷面圖進行100%的校核。要求原始記錄的數據準確無誤，平面位置和高程誤差在限差之內。

7.測區1∶500地形圖測繪質量分析

本次作業嚴格按照相關規程、規范進行，測圖方法采用全站儀以極坐標法和GNSS動態測量（RTK）在野外采集坐標、高程數據。儀器對點誤差不大于圖面5mm，檢測另一測站高程不大于1/5等高距，每測站重復觀測2-3個地形點或地物重合點，平面不大于圖面的2×0.6mm，高程不大于對于居民房屋輪廓以墻基為主測繪。送電線路、通信線路和管道都測繪入圖，對埋在地下的部分線路或管線在圖上以虛線表示。凡面積在圖上大于1cm2且有經濟價值的土質或植被用地類界繪出其范圍。對經常輪換種植的農作物或經濟作物地塊可根據實際按水田和旱地區分表示。同一地塊內生長多種植物時，圖上配置符號（包括土質符號）不超過3種。成圖采用CASS9.1測圖系統編輯成圖。對1∶500建筑物地形圖進行野外現場設站檢查，地形圖測圖表示方法正確，地物取舍得當，平面地物檢查點26個，高程檢查點33個，平面位置中誤差±0.06m；高程中誤差±0.10m，根據抽查各項指標都滿足施工圖設計階段規范要求，也滿足1∶500地形圖精度要求。

測量過程中遇到高一級控制點進行了校測驗證，校測驗證結果是ΔX=0.064m；ΔY=0.066m；ΔH=0.029m。符合設計和規范的精度要求。然后在計算機上采用“南方CASS7.0測圖系統”編輯成圖。地形圖野外檢查結果（如表6所示）：

表6 地形圖野外檢查結果

從地形圖野外檢查結果分析，所測繪的地形圖滿足設計和規范的精度要求。外業數據采集過程中，立點到位，能正確反映地形、地貌特征，并隨時檢查重合點和高一級控制點；GNSS動態測量（RTK）起始數據的輸入正確。

8.成果質量分析

經分析測繪成果質量總體情況如下：

（1）坐標系采用每條干管工程坐標系，高程系采用1985國家高程基準，坐標系、高程系選擇合理正確，符合當地地形條件；

（2）觀測儀器檢驗項目齊全，各項技術指標符合規范要求，施測工作按現行規范和設計要求進行，作業人員各項操作專業、嚴謹、細致；

（3）平面控制及高程控制精度達到規范技術要求，測繪成果滿足本工程施工圖階段的設計精度要求；

（4）地形圖及斷面圖繪制符合規范及圖式要求，點位精度均滿足規范和設計要求；

（5）采取的各項技術措施得當，質量保證體系完整；

（6）本次檢查驗收的引洮一期會寧北部供水工程（頭寨、塬邊、新莊塬改擴建工程）測繪成果滿足《水利水電工程測量規范》、《勘測委托書》和《測量技術設計書》的要求。可以提交地質、水文、水工、施工組織各專業使用。

9.結束語

通過對會寧縣塬邊、新莊塬供水管線改造工程測量實踐，由于主要建筑物位置比較固定，所以在埋控制樁時盡量將控制樁埋設在距離泵站比較近的位置，以便以后勘測、施工、運營利用。然而在實測過程中塬邊一泵站、三泵站選取了新址，原有的一、三泵站被廢棄，所以控制樁位置有點偏離固有建筑物。同時按照建筑物位置布設GNSS網，網圖結構不是很好，平面和高程控制點經校核，各項限差和觀測精度均滿足規范和設計要求。控制資料成果可以滿足會寧北部供水工程（頭寨、塬邊、新莊塬改擴建工程）測量要求。美中不足的是，塬邊線路YB01-YB04段三角高程測量布設施測線路只能沿著公路邊穿行，有拉沙車往返穿過，高差閉合差雖然滿足限差要求，但每千米高差中誤差超限，只能滿足五等水準要求，雖然這段線路長只有2km多，返工時也沒有提高一些精度，所以這段高程成果只能按照五等三角高程精度使用。