連云港市徐圩新區應急備用水源地工程圖根控制網點位精度分析

宋力 張平 王美均 王正

1.江蘇省水利科學研究院材料結構所 江蘇揚州 225002；2.連云港市水利建筑安裝工程有限公司 江蘇連云港 222000；3.江蘇省工程勘測研究院有限公司 江蘇揚州 225002

隨著國民經濟的發展，為應對突發水污染事件，近年來在各地先后陸續興建人工濕地應急水源地工程，該類型工程施工區內建筑物分散、時空變化復雜，因而其相對應的工程測量工作更趨于復雜及系統性[1]。控制測量按測繪分類可以分為碎部測量及總體控制測量。導線測量相對精度高、適用條件多兼具布設靈活的特點，在實際應用中可以有效降低粗差，故在當前人工濕地備用水源地建筑物密集、隱蔽區域多，通常采用導線測量作為圖根控制測量[2]。本文以連云港市徐圩新區應急備用水源地工程圖根控制網為例，構建控制網體系，控制網導線主要采用：附合導線、附合單定向導線、附合無定向導線、閉合導線、導線網5種形式，根據這5種形式在網中的不同數量設計出幾種控制網形式，采用清華山維軟件分別對這幾種控制網形式進行計算，通過對計算結果中圖根控制點點位誤差的分析得出對大區域人工濕地備用水源地工程圖根控制網布設的一點建議。

1 工程概況

連云港市徐圩新區應急備用水源地工程地理位置處于連云港市徐圩新區中西部，毗鄰徐圩新區第一水廠，工程總共占用面積為3200畝。

工程分為儲水功能區和人工濕地生態凈化區，主要施工內容包括湖區土方開挖、口門建筑物構建、管理區的土建及附屬設施的采購及設備安裝工程，1號、2號橋的土建及安裝工程等。本工程等別定為Ⅲ等工程，主要建筑物級別為3級，本工程設計有效庫容450萬m3。涉及庫區開挖土方方量981.50萬m3，堤防填筑53萬m3，新建：堤頂道路5333m，進水前池1座、溢流堰11處(1#～11#)、跌水堰、收集渠、配水渠2道(1#、2#)、超越渠2道(1#、2#)、控制閘9座、調節閘48座、橋梁2座、進水管道220m、管理樓1座。

2 地籍圖根控制網的布網方案

2.1 圖根控制網的布設

本網所選的網形是某城鎮地籍圖根控制網，所選已知控制點數量為13個，網絡待定控制點(圖根控制點)數量為99個，已知點均勻分布在網形的4個方向，閉合導線只需要提供2個起算點，且具有誤差檢驗能力，閉合導線在實際計算過程中也容易發現計算錯誤，及時檢核修正[3-5]。附合導線布設適用于線型地形分布區域，已知條件比閉合導線多，因此精度也比閉合導線高。本文計算軟件為清華山維平差軟件，通過對以上5種導線數量的變化研究該變化對控制網中點位精度的影響，從而為實際工作中控制網的合理布設起到一定的借鑒作用。

2.2 5種布網方案

方案1：控制網主要由34條閉合導線、14條附合導線、4條附合單定向導線(見表1)，由表1可以看出導線的檢核條件較多，確保了充分的已知條件，因此附合導線和附合單定向導線的數量最多。誤差橢圓距離已知點越近，誤差橢圓越小，反之如果誤差橢圓越大，說明距離已知點越遠，誤差具有一定的積累能力。

表1 導線形式統計表

方案2：該方案是在方案1的基礎上將相鄰的已知點連線刪除，由表1可以看出該方案中控制網由27條閉合導線、1條附合導線、5條附合單定向導線、7條附合無定向導線組成，由于減少了附合導線的定向邊，該網中附合條件較少，因此附合導線和附合單定向導線的數量較方案1減少很多，附合無定向導線的數量較方案1增加了10條。

方案3：該方案是在方案2的基礎上繼續刪除可能的待定點之間的連線，使該網形結構達到最簡化，由上表可以看出由于刪除了部分連接線導致網中導線的合計數量最少。該方案中控制網由19條閉合導線、0條附合導線、2條附合單定向導線、10條附合無定向導線組成。

方案4：為了和方案2形成對比，在方案1的基礎上，在已知點處減少已知點和未知點的連線；由于已知點之間的連線未刪除，確保了充分的附合導線檢核條件，因此附合導線和附合單定向導線的數量和方案1一樣。但是閉合導線的數量卻減少很多。該方案中控制網由22條閉合導線、14條附合導線、4條附合單定向導線、0條附合無定向導線組成。

方案5：在方案1的基礎上，將C002點出的角度由原來的176°29′04″改為177°29′04″，而在C009處將角度185°17′26″改成184°17′26″，對角度觀測值增加觀測誤差，其他條件不變。

3 不同方案的點位精度對比分析

3.1 不同方案點位精度統計

針對以上5種方案，采用清華山維平差軟件進行計算，對點位誤差統計前首先通過觀察閉合差的大小來判斷導線中是否存在粗差和錯誤，然后再計算點位精度并對各方案中點位誤差進行了統計[6]，與鄰近等級控制點點位比，要求圖根點精度不得大于0.1mm，也就是點位中誤差不超過±5cm[7]；以下表中這里的點位誤差用點位誤差橢圓的大小來表示，其中E、F為誤差橢圓的元素，E為誤差橢圓長軸，F為誤差橢圓的短軸，M表示待定點(圖根點)的點位誤差(見表2)[8]。由于點數量較多，這里只保留了37個有代表性的待定點點位誤差。

表2 不同圖形結構對點位精度的影響

3.2 點位精度分析

綜合比較以上5種方案中的點位誤差，可以得出以下幾點結論。

(1)比較方案1、方案2，由于方案2中已知點之間的連線減少，附合條件減少，從表2中的點位誤差值來看，可以發現，方案2中點位誤差相對于方案1中的點位誤差均有所增加。最大誤差差值在C039點附近，其中C039誤差差值達到2.8mm，其余誤差差值主要集中在0.2～0.7mm范圍內，原因主要是C039附近的A07、A08 2個已知點連線刪除了，C039、C040原本可以和已知點連接成附合導線，而刪除已知條件后，該點只能和其他點連接成一個較大的閉合導線，從而導致誤差有較大的增量，由此可以看出，附合導線在控制網中的精度要比閉合導線精度高，在實際布網時，應盡可能將通視的已知點相連，為網中提供足夠的附合條件。

(2)比較方案2、方案3，方案3是在方案2的基礎上刪除部分導線網的連接線，從表2的點位誤差值來看，部分點的誤差值反而有所減少，而在刪除連接線的導線網附近，點位誤差增加比較明顯，C154是導線網中的一個節點，在方案3中將其與C043連接線刪除，從而導致C154點不能形成導線網，該2點在控制網中成為單點，與其他點構成閉合導線，從表2中可以看出，刪除C154處的導線網后導致該點的誤差值增加了2.3mm，C043點的誤差值增加了3.8，而在其他點上的變化值較小，由此可以看出，在控制網中導線網的布設可以增強點位精度，導線網實質上就是在某些測站上聯測一個方向邊長和角度，精度明顯增強，說明導線網成果的質量相對于閉合導線而言，對整個控制網的成果質量更易控制[9]，因此，在實際布網時，應盡可能增加導線網的數量。

(3)方案4和方案2非常類似，方案2刪除的是已知點之間的連接線，減少了附合導線條件，但仍可以連接成無定向附合導線，而方案4刪除的是已知點和未知點的連線，也就是方案4中減少了網中無定向導線的構成條件，從表2誤差值來看，可以發現，由于刪除了A03和C153的連接線，導致C052、C053、C054、C057的誤差相對于方案2來說，誤差增加較大，最大達到9.6mm，主要是因為方案2中盡管刪除了已知點之間的連線，但是仍能構成無定向導線，刪除A03和C153的連接線后，C052、C053、C054、C057只能構成閉合導線而無法構成無定向導線，由此可見，在控制網中，應可能多地將待定點和已知點相連，無定向導線也能夠有效降低點位誤差值。

(4)本方案在C002和C009處有明顯的角度觀測誤差，在平差計算中檢查閉合差統計表時并沒有出現角度閉合差超限的情況，分析其原因是C002和C009在控制網中是單點，非節點，這2個點會同時出現在閉合導線中或附合導線中，2個點的角度誤差增加和減少的值正好相反，因此在閉合差統計過程中相互抵消，在實際工作中由于對角度觀測值的誤差一般是根據角度閉合差來判斷，然而當出現以上特殊情況時，往往會誤導測量員對觀測誤差的正確判斷，從表2的該方案中的點位誤差值來看，誤差值相對于方案1來看出現了近于10倍的增長，全網點位誤差增長較均勻。因此在實際工作中當出現角度閉合差沒有問題，而點位誤差偏大的情況時應引起重視，需對外業觀測值進行檢查，為了減少這種情況的出現，實際觀測角度時應增加角度觀測次數。

結語

由于人工濕地水源地工程口門控制建筑物密集，目前普遍使用的GPS控制網作業限制較大，因此在建筑物密集處仍要采用傳統測量方式，即布設圖根導線控制網[10-11]，控制網圖根控制點主要服務于施工區地籍的測繪，圖根控制點的點位精度會直接影響界址點的測量精度，因此合理布設圖根控制網能夠為后續工程圖測繪精度提供保障。從本文的幾種方案中可以發現，不同的網形連接方式對點位誤差的影響較大，但對于較大范圍的控制網，如何正確連接圖根點形成合理的導線形式仍需做進一步的深入研究。