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GPS網(wǎng)與邊角網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理成果比較與分析論文
摘 要：本文以李家河水庫樞紐區(qū)平面施工控制網(wǎng)的建立與復測為例，敘述了平面施工控制測量建網(wǎng)采用邊角網(wǎng)、復測采用GPS網(wǎng)的不同觀測方案，通過實例對比統(tǒng)計分析，得出有益的建議，對類似水電工程樞紐測量可作一定參考作用。
關(guān)鍵詞：樞紐施工控制 ，GPS與邊角網(wǎng) ， 成果比較， 分析應(yīng)用
1.概況
西安市輞川河引水李家河水庫工程的主要任務(wù)是以西安市城東區(qū)城鎮(zhèn)供水為主，兼有發(fā)電。該工程由水庫樞紐和輸水工程兩大部分組成，水庫樞紐主要由大壩、施工導流洞、引水發(fā)電洞及電站廠區(qū)等組成。大壩壩型為碾壓混凝土拱壩，最大壩高98.50m；導流洞布置于左岸，導流洞長361.5m；引水發(fā)電洞布置于左岸，為下游供水和發(fā)電引水共用，洞身長957m，發(fā)電洞出口銜接電站廠區(qū)。 壩址處河谷深切呈“V”字型，河道狹窄，河床寬度僅15～30m；兩岸山坡陡峻，荊棘叢生、植被茂密、通行及通視條件較差。
該工程樞紐區(qū)施工控制網(wǎng)為2009年3月采用TCA2003按邊角網(wǎng)觀測方案建立，壩基開挖削坡到位之后，又于2011年7月采用Trimble GPS-R8按GPS觀測方案進行了復測。
2.施工控制網(wǎng)坐標系統(tǒng)和投影面的確定
大壩頂高程884.00m，最大壩高98.50m。為了解決投影變形和施工方便，同時保持與前期設(shè)計圖基準的聯(lián)系和統(tǒng)一，坐標系統(tǒng)采用掛靠在1954年北京坐標系統(tǒng)下的獨立坐標系統(tǒng)，樞紐區(qū)平面控制將邊長投影到840m高程面。
3.邊角網(wǎng)的建立
3.1平面控制布網(wǎng)選點
根據(jù)樞紐區(qū)工程施工總體平面布置圖，結(jié)合實地地形先在1：2000圖面上設(shè)計，然后到施工現(xiàn)場按照施工區(qū)域的情況，會同設(shè)計、地質(zhì)人員現(xiàn)場實地選點。經(jīng)現(xiàn)場反復的比選，選定如右圖示的網(wǎng)形作為施工基本平面控制網(wǎng)。
首級網(wǎng)點編號為：Ⅲ01～Ⅲ10。其中Ⅲ01、Ⅲ02、Ⅲ05、Ⅲ06主要用于壩體施工測量；Ⅲ03、Ⅲ04、Ⅲ10主要用于導流洞和發(fā)電洞進口施工測量；Ⅲ06、Ⅲ07用于導流洞出口施工測量； Ⅲ07、Ⅲ08、Ⅲ09主要用于引水發(fā)電洞出口及電站廠區(qū)施工測量。
平面控制網(wǎng)中共有20條邊，最大邊長639.05m，最短邊長164.07m，平均邊長356.16m。雖然規(guī)范規(guī)定兩點間高度角不宜大于10°，大于10°的占到46.2%，且最大為25°51′35″。
3.2精度估算
網(wǎng)中起始點Ⅲ01，起始方向Ⅲ01－Ⅲ05，取測角中誤差±1.8″，測距中誤差1mm+1ppm· D（D 取350m）。在1：2000地形圖上選設(shè)網(wǎng)形，確定點位并量取各待定平面控制點的概略坐標，采用《工程測量控制網(wǎng)微機平差系統(tǒng) NASEW》軟件進行模擬計算和優(yōu)化設(shè)計。精度估算結(jié)果：最大點位中誤差±2.18 mm，最大點間中誤差±1.85 mm ，最大邊長比例誤差1/301200；內(nèi)可靠性R最大值6.2，外可靠性R′最大值4.63，可靠性分析說明， 內(nèi)外可靠性一般。由于點位調(diào)整困難，因此，外業(yè)觀測時提高儀器等級，增加水平角測回數(shù)，以保證精度。
3.3邊角網(wǎng)測量
(1)觀測。采用Leica TC2003全站儀，按邊角組合網(wǎng)進行觀測。作業(yè)前將儀器工具送計量部門進行了檢定。水平角觀測采用方向觀測法。水平角觀測測回數(shù)9個，垂直角往返各四個測回，邊長往返測距各兩個測回，儀器鏡站兩端同時進行氣象要素測定。測距讀數(shù)取中數(shù)，經(jīng)儀器加乘常數(shù)、氣象數(shù)據(jù)改正之后計算斜距、往（或返）測觀測高差。
（2）外業(yè)觀測成果驗算及數(shù)據(jù)處理。利用斜距、往返測高差中數(shù)及相應(yīng)的儀器高、棱鏡高分別計算往（或返）測水平距離，往返測水平距離≤2（1mm+1ppm·D），符合規(guī)范要求之后將往返水平距離取中數(shù)，作為實測水平距離。外業(yè)觀測成果驗算如下表1。
�。�3）數(shù)據(jù)處理。外業(yè)驗算均符合規(guī)范要求后，采用《工程測量控制網(wǎng)微機平差系統(tǒng) NASEW》軟件，以Ⅲ01為坐標起算點（Ⅲ01～Ⅲ05為起算方位），按邊角網(wǎng)進行數(shù)據(jù)處理。
4.復測方案及數(shù)據(jù)處理
4.1復測方案
采用我院新購置的4臺Trimble GPS-R8按三等GPS及邊角組合網(wǎng)方案進行觀測；觀測網(wǎng)見圖二所示。
4.2 GPS觀測
GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集采用了4臺天寶 R8雙頻GPS 接收機，儀器精度滿足要求，各項性能檢定合格。外業(yè)觀測采用靜態(tài)測量方式sh雙時段觀測，全部采用邊聯(lián)接的方式構(gòu)網(wǎng)，滿足衛(wèi)星的高度角不低于15度、觀測時有效衛(wèi)星的數(shù)量不少于5顆、每一時段的觀測時間不少于90分鐘和PDOP 值不大于6 等外業(yè)觀測技術(shù)要求。
4.3 邊角網(wǎng)觀測
使用Leica TCA2003全站儀按三等精度觀測。水平角采用方向法觀測6測回，天頂距觀測采用中絲法對向觀測各4測回，斜距觀測往返各2測回。測站、鏡站觀測前后各測量一次氣溫、氣壓，最小讀值分別至0.2℃、50Pa，并取中值。斜改平計算時加入氣象、加常數(shù)、乘常數(shù)改正。
4.4 GPS數(shù)據(jù)處理
4.4.1 GPS網(wǎng)基線向量解算采用Trimble Geomatics office軟件；平差采用GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包（Cosa GPS V5.20）。
4.4.2基線及同步環(huán)、異步環(huán)各坐標分量閉合差等外業(yè)觀測質(zhì)量的檢核。樞紐區(qū)GPS控制網(wǎng)由41條基線組成，其中重復觀測基線17條；隧洞GPS網(wǎng)由52條基線組成，其中重復觀測基線22條。GPS網(wǎng)同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復邊較差的檢驗統(tǒng)計。
從以上的三項檢核可知，本次觀測的所有基線均滿足三等GPS網(wǎng)外業(yè)觀測的精度要求。
4.4.3 GPS網(wǎng)平差與精度分析。在WGS-84坐標系統(tǒng)下對樞紐區(qū)控制網(wǎng)進行三維無約束平差，平差后各網(wǎng)點的縱、橫向中誤差均較小，表明測量數(shù)據(jù)無粗差。由于多余觀測量較多，計算出的三維基線向量內(nèi)部可靠性均值分別達0.8和0.85，表明GPS 控制網(wǎng)具有較好的內(nèi)部符合精度。
二維網(wǎng)約束平差采用了一點一方位的工程獨立網(wǎng)形式，并且以一條地面實測邊（投影至840米高程面）作為尺度約束，減小了由于投影而引起的誤差，使控制網(wǎng)成果更好的滿足施工精度要求。
從GPS網(wǎng)中的點位精度看，各點的點位中誤差均較小。除個別短邊外，全網(wǎng)各邊的方位角中誤差大部分小于±1.5""。邊長的距離相對中誤差大部分小于1/20萬，優(yōu)于規(guī)定的1/15萬。
4.5 邊角網(wǎng)外業(yè)觀測成果驗算及數(shù)據(jù)處理
邊角網(wǎng)共觀測了3個三角形，最大三角形閉合差-1.6″，允許±7″；以GPS獨立網(wǎng)Ⅲ01、Ⅲ06為坐標起算點按邊角網(wǎng)進行平差。平差后最大點位中誤差±2.9mm，允許±10mm；最大點間誤差2.90mm，允許±10mm。邊長相對中誤差除一條短邊外，均優(yōu)于1/15萬。
5.GPS與邊角網(wǎng)成果對比分析
5.1 GPS與邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)處理后的坐標成果對比分析。根據(jù)2009年邊角網(wǎng)及2011年GPS網(wǎng)復測坐標，計算二者較差如下表5。
GPS與邊角網(wǎng)數(shù)據(jù)處理后的坐標成果對比計算統(tǒng)計表 表5
5.2 控制點的穩(wěn)定性分析。根據(jù)兩期數(shù)據(jù)處理后的點位中誤差m1、m2來評定控制點的穩(wěn)定性，控制點坐標的較差值△S小于2m△=2時，認為該點為穩(wěn)定點，否則為不穩(wěn)定點。
由上表可以看出，Ⅲ07、Ⅲ08點不穩(wěn)定、明顯發(fā)生位移；經(jīng)現(xiàn)場查勘這兩點周邊施工過程中近距離開挖，通過數(shù)據(jù)對比及現(xiàn)場受施工大開挖影響而引起位移的分析是相一致的。
6.結(jié)論與建議
�。�1）該項目施工控制網(wǎng)復測采用GPS觀測方案，通過與首期觀測采用邊角網(wǎng)的結(jié)果分析及驗證，在峽谷地域的水利水電樞紐工程施工平面控制網(wǎng)采用GPS觀測方案，可以滿足三等控制測量的精度。
�。�2）水利水電樞紐工程施工控制網(wǎng)在基礎(chǔ)、邊坡開挖等施工因素影響后，可能引起部分點位位移，因此，施工過程中及時復測控制網(wǎng)是十分必要的。
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