GPS在青岡縣幸福水庫(kù)工程測(cè)量基線處理中的應(yīng)用

孫麗晶，林艷紅

(1.青岡縣水務(wù)局，黑龍江 青岡 151600;2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

GPS全球定位系統(tǒng)是一種精度高、速度快、成本低、操作簡(jiǎn)單的現(xiàn)代化定位系統(tǒng)，在工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在通視不好的情況下，其優(yōu)點(diǎn)更為明顯。下面就青岡縣幸福水庫(kù)工程中應(yīng)用的具體情況做詳細(xì)的闡述。

1 具體施測(cè)

1.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于青岡縣東南部昌盛鄉(xiāng)幸福村境內(nèi)，通肯河右岸幸福大溝中游，有鄉(xiāng)道青昌公路至昌盛鄉(xiāng)，交通條件一般，為丘陵地形。但外業(yè)工作正值春季，冰雪融化，給交通及外業(yè)施測(cè)帶來(lái)很大困難。

1.2 外業(yè)測(cè)量

1.2.1 埋標(biāo)

壩軸線兩端及下游各埋一對(duì)標(biāo)石，因?qū)嵉厍闆r特殊，壩線為圓弧走向，兩端為道路，只能埋在路邊。壩線左端標(biāo)石埋在155 m高程以上。埋設(shè)標(biāo)石均通視良好。所有埋設(shè)標(biāo)石點(diǎn)均聯(lián)測(cè)GPS E級(jí)坐標(biāo)和四等水準(zhǔn)，做好點(diǎn)之記，并提交交樁成果。

1.2.2 外業(yè)施測(cè)

采用1954年北京坐標(biāo)系。利用測(cè)區(qū)內(nèi)附近本院前期埋石03—3、03—4，布設(shè)GPS E級(jí)網(wǎng)，采用邊連式聯(lián)測(cè)4個(gè)引測(cè)點(diǎn)和4個(gè)埋石點(diǎn)。其網(wǎng)形見(jiàn)圖1。

外業(yè)嚴(yán)格按規(guī)范操作，外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，進(jìn)行了內(nèi)業(yè)處理，以下對(duì)內(nèi)業(yè)處理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1.3 內(nèi)業(yè)處理基線

1.3.1 選擇坐標(biāo)系統(tǒng)

圖1 GPS控制網(wǎng)觀測(cè)圖

根據(jù)任務(wù)要求采用1954年北京坐標(biāo)系，根據(jù)E級(jí)網(wǎng)精度要求，對(duì)衛(wèi)星高度角(15度)和采樣間隔(10s～30s)等進(jìn)行設(shè)置后，進(jìn)行基線處理，因篇幅有限，網(wǎng)中最弱邊觀測(cè)解算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 最弱邊觀測(cè)解算結(jié)果表

精度計(jì)算公式為:

式中:a為固定誤差，在此a=10mm;b為比例誤差系數(shù)在此b≤20;d為相臨點(diǎn)距離，mm，在此把實(shí)際解算邊長(zhǎng)賦予d=175000mm。經(jīng)計(jì)算 α為0.0117m。0.0083＜0.0117，所以觀測(cè)基線解算合格。

基線處理合格后進(jìn)行GPS網(wǎng)同步環(huán)和異步環(huán)檢查。最弱邊所在同步環(huán)解算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 最弱邊同步環(huán)解算結(jié)果表

同步環(huán)(3條基線)相對(duì)誤差=2.74ppm ΣX=0.0014，ΣY=-0.0019 ，ΣZ=-0.0002。

根據(jù)計(jì)算精度公式，同步環(huán)坐標(biāo)閉合差檢核滿足WX≤(√3)/5×σ

異步環(huán)坐標(biāo)閉合差檢核滿足WX≤(3√n)×σ;WY≤(3√n)×σ;WZ≤(3√n)×σ;Ws≤3×(3√n)×σ

把上述σ=√(a2+(b×d×10-6))2=10.17mm=0.0117 m帶入各式，上述解算列表中各項(xiàng)指標(biāo)滿足精度要求。

1.3.2 無(wú)約束平差

在基線向量檢核符合要求后，以一個(gè)點(diǎn)的WGS-84系三維坐標(biāo)為起算點(diǎn)，進(jìn)行GPS網(wǎng)平差。本次解算軟件選擇隨機(jī)商軟件HDS2003進(jìn)行網(wǎng)平差，在平差中，基線分量的改正數(shù)絕對(duì)值(V△X、V△Y、V△Z)滿足下式:

把上述σ=√(a2+(b×d×10-6))2=10.17 mm=0.0117 m帶入各式，上述解算列表中各項(xiàng)指標(biāo)滿足精度要求

1.3.3 約束平差

利用無(wú)約束平差后的可靠觀測(cè)量，選擇1954年北京坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差。在平差中，基線分量的改正數(shù)與經(jīng)過(guò)粗差剔除后的無(wú)約束平差結(jié)果的同一基線相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對(duì)值 (dV△X、dV△Y、dV△Z)滿足下式:

把上述σ=√(a2+(b×d×10-6))2=10.17 mm=0.0117 m帶入各式，上述解算列表中各項(xiàng)指標(biāo)滿足精度要求

進(jìn)行約束平差后，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。其GPS網(wǎng)精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 GPS網(wǎng)精度統(tǒng)計(jì)

以埋石點(diǎn)為測(cè)區(qū)首級(jí)控制點(diǎn)，利用GPS RTK動(dòng)態(tài)向下布設(shè)1∶2 000地形圖和1∶500地形圖的圖根級(jí)控制和1∶2 000地形圖碎部測(cè)量，以及斷面施測(cè)的控制測(cè)量。GPS E級(jí)點(diǎn)提供三度帶及六度帶坐標(biāo)成果。

1.4 測(cè)量中采用的儀表配備

此次測(cè)量中采用的儀器配備見(jiàn)表4。

表4 儀器配備表

2 小結(jié)

應(yīng)用GPS定位技術(shù)大大地縮短了外業(yè)的工作量，基本上解除了在交通不便，通透不好的測(cè)區(qū)施測(cè)的難度。全面布設(shè)控制網(wǎng)除了能獲很高的精度外，還節(jié)省了大量的經(jīng)費(fèi)、時(shí)間和勞動(dòng)力。內(nèi)業(yè)處理時(shí)也減輕了傳統(tǒng)人工施測(cè)方法中重復(fù)檢查，計(jì)算工作量巨大的弊端。

[1] 徐紹銓，張海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，1998.

[2] 國(guó)家測(cè)繪局GB/T18314—2009全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.