靈石縣石膏山水庫工程D級GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與實施靈石縣石膏山水庫D級GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與實施楊全剛(水利部山西水利水電勘測設(shè)計研究院,太原030024)摘要:通過靈石縣石膏山水庫D級GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與實施,為在山區(qū)布設(shè)施工控制網(wǎng)提供了很好的范例,提出了幾條合理化的建議。關(guān)鍵詞:山區(qū)GPS控制網(wǎng)精度中圖分類號:TV221文獻標識碼:BGPS(GlobalPositioningSystem,即全球定位系統(tǒng)),具有全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。相對于常規(guī)的測量技術(shù)來說,GPS定位技術(shù)主要有以下顯著特點:觀測站之間無需通視、定位精度高、觀測時間短、提供三維坐標、操作簡便、全天候作業(yè)。因此,GPS定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于大地測量、工程測量、變形監(jiān)測等廣大領(lǐng)域,極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率和成果質(zhì)量。1工程概述靈石縣石膏山水庫是一座以城市生活和工業(yè)供水、農(nóng)村人畜飲水為主,兼顧防洪、灌溉等綜合利用的水利樞紐工程。它地處山西省晉中市靈石縣南關(guān)鎮(zhèn)峪口村上游1.5km,位于汾河中游一級支流仁義河上游石膏山峽谷處,其目的是解決南關(guān)鎮(zhèn)、靈石縣城兩地的生活用水和南關(guān)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)用水問題。測區(qū)位于靈石縣東南部,測區(qū)內(nèi)平均海拔1100m左右。測區(qū)內(nèi)有沁南公路通過,交通較為便利。地形主要為山地,植被主要是灌木、成年的松樹和樺木。石膏山水庫樞紐部分由大壩、導流泄洪洞、發(fā)電引水洞、沁南公路改線組成。本次施工控制網(wǎng)布設(shè)就是為了滿足大壩、導流泄洪洞和公路隧洞施工的需要。根據(jù)本工程主要是混凝土建筑物和隧洞,依據(jù)《水利水電工程施工測量規(guī)范》之規(guī)定,本工程布設(shè)D級GPS控制網(wǎng)可以滿足施工要求。2GPS控制網(wǎng)布設(shè)方案D級GPS控制網(wǎng)布設(shè)以點位分布均勻、視野開闊、控制整體、便于發(fā)展為目標,確保對大壩、導流泄洪洞、公路隧洞進行有效控制。布設(shè)方案如下:1大壩、導流泄洪洞及2號公路隧洞進口附近,水工建筑物較多,考慮以后加密控制的需要,故布設(shè)D級GPS控制點6個。21號公路隧洞進口附近,考慮施工控制網(wǎng)的精度所需的邊長與角度之要求,布設(shè)D級GPS控制點4個。31號公路隧洞出口及上壩公路附近,考慮到和大壩附近的GPS控制點可以互相利用,布設(shè)D級GPS控制點1個。42號洞出口布設(shè)D級GPS控制點3個。3GPS控制網(wǎng)的觀測1使用六臺套9600南方北極星單頻接收機測量儀器編號610246112261116610746108661039,標稱精度為m基±5mm+1ppm×D(式中D為水平距離,以km為單位),儀器經(jīng)山西省測繪儀器鑒定中心進行鑒定,鑒定結(jié)果合格。2觀測要求采用靜態(tài)測量、邊連接的作業(yè)方式,按D級GPS的精度施測,外業(yè)觀測基本參數(shù)設(shè)置見表1:表1觀測采用的主要參數(shù)等級 有效觀測衛(wèi)星總數(shù) 衛(wèi)星高度截止角/° 時段內(nèi)任一衛(wèi)星有效觀測時間/min 觀測時段長度/min 觀測時段數(shù) 采樣間隔/sD級 ≥4 ≤15 ≥15 ≥120 ≥1.6 15為了保證觀測精度,我們相應(yīng)提高了觀測時段數(shù)和時段長度。具體措施是每站觀測時段長度均為120min,觀測時段數(shù)為2。4數(shù)據(jù)處理4.1基線質(zhì)量校核1基線精度該網(wǎng)共解算基線45條,最短邊GPS09-GPS10為104m,最長邊GPS06-GPS12為1303m,實測平均邊長0.6km。標準差計算式為:式中:?標準差,mm;a?固定誤差,mm;b?比例誤差系數(shù);d?相鄰點間距離,km;按之計算得出該控制網(wǎng)的基線精度12mm。2重復(fù)基線的長度較差該網(wǎng)共復(fù)測基線19條,復(fù)測基線的長度較差△d最大值為5mm,最小值為0mm(詳見表2),其限差為234mm,△d均遠小于規(guī)范限差值,滿足規(guī)范的要求。表2重復(fù)基線較差精度統(tǒng)計表基線名稱 基線長度/km 較差/mm 基線名稱 基線長度/km 較差/mmGPS03-GPS04 0.229 4 GPS04-GPS08 1.025 3GPS03-GPS05 0.341 0 GPS04-GPS01 0.912 2GPS04-GPS05 0.171 2 GPS01-GPS03 0.703 1GPS03-GPS06 0.716 0 GPS01-GPS07 0.671 2GPS04-GPS06 0.526 4 GPS01-GPS08 0.253 1GPS05-GPS06 0.377 1 GPS01-GPS02 0.784 0GPS12-GPS13 0.229 2 GPS11-GPS12 0.422 3GPS03-GPS07 0.662 4 GPS10-GPS12 0.631 3GPS04-GPS07 0.721 4 GPS12-GPS07 0.784 5GPS05-GPS07 0.642 2 3環(huán)閉合差檢驗該GPS網(wǎng)按3節(jié)點閉合環(huán)統(tǒng)計共觀測閉合環(huán)724個,其中同步環(huán)108個,異步環(huán)616個。異步環(huán)閉合差水平方向差值最大為18mm,最小為1mm,其限差為88mm(式中3,3,、分別為、坐標分量閉合差,均以mm為單位;為閉合環(huán)中的邊數(shù);為相應(yīng)級別規(guī)定的精度,以mm為單位),滿足規(guī)范要求;垂直方向差值最大為14mm,最小為0mm,其限差為362mm(為相應(yīng)級別規(guī)定的精度),也遠遠小于規(guī)范中限差要求。4.2GPS網(wǎng)平差利用南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行平差,分兩步完成:1無約束平差:完成整個GPS的基線網(wǎng)連測后,首先在WGS-84坐標系下對整網(wǎng)進行三維無約束平差,得到各點的WGS-84三維坐標、各基線向量及其改正數(shù)和其精度信息,并且通過基線分量的改正數(shù)絕對的限差檢驗(具體限差見規(guī)范),檢驗和剔除網(wǎng)中可能存在的粗差;2約束平差:在無約束平差的基礎(chǔ)上,分別在WGS-84坐標系、1954年北京坐標系下進行約束平差,得出各點的2套坐標成果。3GPS網(wǎng)平面平差精度見表3表3GPS網(wǎng)平面平差精度統(tǒng)計表名稱 本工程誤差 限差最弱相鄰點點位中誤差/mm 1.418 ±10最弱邊邊長相對中誤差 1/74880 1/400005邊長檢測在平差后采用LEICA的TC802全站儀對GPS網(wǎng)的邊長進行了檢測,檢測邊長7條,并和GPS邊長進行了比較見表4,邊長較差滿足規(guī)范要求。表4全站儀檢測邊長與GPS邊長比較表邊名 經(jīng)投影改正后的檢測邊長/m GPS坐標反算邊長/m 差值/mm 限差/mm注:m基為GPS接收機標稱精度。6結(jié)語靈石縣石膏山水庫GPS控制網(wǎng)布點合理,圖形條件較好。平差計算資料正確,各項不符值均在限差以內(nèi),測量成果滿足施工放樣要求。為此特總結(jié)幾條結(jié)論意見如下:1點位的選擇對于保證觀測工作的順利進行和可靠地保證測量成果精度具有重要意義。觀測站即接收天線安置點應(yīng)遠離大功率的無線電發(fā)射臺和高壓輸電線,以避免其周圍磁場對GPS衛(wèi)星信號的干擾。接收機天線與其距離一般不得小于200m;觀測站附近不應(yīng)有大面積的水域或?qū)﹄姶挪ǚ瓷浠蛭諒娏业奈矬w,以減弱多路徑效應(yīng)的影響;觀測站應(yīng)設(shè)在易于安置接收設(shè)備的地方,且視野開闊。在視場內(nèi)周圍障礙物的高度角,一般應(yīng)小于10°~15°等等。2為了保證觀測精度,減少返工的概率。對于基線,尤其是短基線,外業(yè)增加同步觀測時間,內(nèi)業(yè)處理時針對觀測數(shù)據(jù)文件要禁用觀測質(zhì)量差、觀測時間短的衛(wèi)星。通過石膏山水庫GPS控制網(wǎng)的成功布設(shè),為在山區(qū)布設(shè)施工控制網(wǎng)提供了很好的范例。作者簡介:楊全剛,男,1972年生,2002年畢業(yè)于西安建筑科技大學,工程師。[收稿日期:2008-11-05修回日期:2008-12-05]TheArrangementandImplementofGPSControlNetworkofDGradeinShigaoshanReservoirofLingshiCountyYANGQuan-gangAbstract:BymeansofarrangementandimplementofGPScontrolnetworkofDgradeinshigaoshanReservoirof