崔志成

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，石家莊 050081）

南水北調(diào)京石段施工控制網(wǎng)復(fù)測精度分析

崔志成

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，石家莊 050081）

南水北調(diào)中線工程京石段開工前，通過對復(fù)測控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)是否滿足要求及位移量大小兩方面進行精度分析，判斷控制點的穩(wěn)定性和可利用的程度。文中對控制網(wǎng)精度進行了全面分析，對位移量限差的計算提出了可行的新方法。

施工控制網(wǎng)；復(fù)測；GPS控制網(wǎng)；水準(zhǔn)；高程控制網(wǎng)

1 項目概況

南水北調(diào)中線京石應(yīng)急段開工前，需要完成對河北省水利水電勘測設(shè)計研究院施測的渠線加密施工控制網(wǎng)和長江水利委員會勘測設(shè)計研究院施測的建筑物施工控制網(wǎng)的復(fù)測，利用復(fù)測結(jié)果與原成果進行分析比較，以檢驗原有控制點的穩(wěn)定性，判定是否能夠滿足施工要求。工程覆蓋區(qū)域包括石家莊市和保定市198．8km。

通過復(fù)測前對控制點的普查發(fā)現(xiàn)，渠線控制點被破壞了4個，建筑物控制點被破壞了10個，現(xiàn)有控制點密度可以滿足施工要求，未對破壞的標(biāo)石補埋。

本項工程共觀測C級GPS控制點267個 （其中渠線149個，建筑物118個），二等水準(zhǔn)447．3km。

2 控制網(wǎng)復(fù)測精度分析

為了對兩期的成果進行比較，加密施工控制網(wǎng)和建筑物施工控制網(wǎng)復(fù)測所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)及等級應(yīng)與原成果一致，采用的儀器設(shè)備的精度指標(biāo)及檢定情況必須滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求。根據(jù)對復(fù)測結(jié)構(gòu)的精度分析，來判定成果的可靠性。

2．1 平面精度的分析

平面精度應(yīng)首先對GPS控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)進行分析，如果本身的精度指標(biāo)達不到要求，與原有坐標(biāo)成果失去了可比性。

2．1．1 GPS控制網(wǎng)的精度指標(biāo)

GPS平面控制網(wǎng)的精度指標(biāo)主要包括重復(fù)基線檢驗、閉合環(huán)檢驗、無約束平差最弱邊相對精度檢驗、二維約束平差最弱邊相對精度檢驗及最弱點點位精度檢驗。

（1）重復(fù)基線檢驗。通過對超限的基線進行分析和優(yōu)化處理，刪除殘差大的衛(wèi)星，并利用Timeline工具選取好的觀測時段，使GPS基線取得最優(yōu)解。全網(wǎng)共有重復(fù)基線620條。按《GPS規(guī)范》中C級網(wǎng)精度指標(biāo)要求，Δ≤2σ。解算數(shù)據(jù)表明，所有重復(fù)基線差值均小于限差要求，GPS基線觀測不存在系統(tǒng)誤差，滿足規(guī)范要求。

（2）閉合環(huán)檢驗。為進一步檢查GPS網(wǎng)中各觀測量的質(zhì)量，對全網(wǎng)進行了3結(jié)點環(huán)閉合差檢驗。環(huán)閉合差坐標(biāo)分量檢驗限差 為：Wx=Wy=Wz≤3σ， 即為±94mm。 解算結(jié)果最差為38mm，說明均滿足限差要求。

（3）無約束平差最弱邊相對精度檢驗。三維無約束平差的目的主要是檢驗控制網(wǎng)是否存在粗差。通過采用各觀測值的按距離加權(quán)方法，無約束平差后，渠線最弱邊相對精度1/102764，建筑物最弱邊相對精度1/83469，滿足C級GPS控制網(wǎng)最弱邊相對精度1/80000的要求，平差結(jié)果說明整個GPS控制網(wǎng)整體觀測質(zhì)量良好，內(nèi)部符合精度很高，控制網(wǎng)不存在粗差。

（4）二維約束平差最弱邊相對精度檢驗及最弱點點位精度檢驗。渠線控制網(wǎng)以長江水利委員會設(shè)計研究院完成的總干渠C級骨干網(wǎng)1954年北京坐標(biāo)系成果為起算數(shù)據(jù)進行平差，平差后，最弱邊邊長相對精度1/99051，滿足C級GPS控制網(wǎng)最弱邊相對精度1/80000的要求。點位精度是衡量控制網(wǎng)精度的一個重要指標(biāo)，由于GPS規(guī)范沒有規(guī)定最弱點點位精度，參照水電規(guī)范專四級高精度控制網(wǎng)的指標(biāo)要求，最弱點點位中誤差應(yīng)小于或等于±10mm，本控制網(wǎng)平差后最弱點點位中誤差為±5．7mm，滿足限差的要求；由于首期的建筑物控制網(wǎng)是掛靠在1954年北京坐標(biāo)系下的獨立直角坐標(biāo)系成果，已經(jīng)消除了高程投影和高斯投影兩項變形的影響，本項目計算時，以兩個首期的建筑物控制網(wǎng)成果為起算數(shù)據(jù)進行平差，這樣也消除了兩項投影變形的影響，平差后最弱點點位中誤差為±7．1mm，同樣滿足限差的要求。

綜上所述，復(fù)測GPS控制網(wǎng)網(wǎng)觀測不存在系統(tǒng)性誤差和粗差，具有較強的圖形結(jié)構(gòu)和可靠性，觀測精度滿足規(guī)定的各項精度指標(biāo)要求，可以與原成果進行比較分析。

2．1．2 水平位移量計算與控制點穩(wěn)定性分析

GPS規(guī)范及水電規(guī)范均沒有規(guī)定復(fù)測成果與原成果差值的限差，按同等級精度檢測的誤差傳遞理論，兩次坐標(biāo)差的限差應(yīng)為Δs≤2ms，即ms≤±28mm。 平面復(fù)測結(jié)果表明，渠線段控制點Ⅲ315差值最大，Δs＝23mm；建筑物控制點CSJ2差值最大，Δs＝15mm，均小于限差±28mm的要求，可以判斷點位未產(chǎn)生顯著位移，說明所有控制網(wǎng)點均處于穩(wěn)定狀態(tài)，成果可以利用。

2．2 高程精度的分析

高程精度從高程控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)和垂直位移量（沉降）大小兩方面是否滿足要求進行分析。高程精度同樣首先對高程控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)進行分析，如果本身的精度指標(biāo)達不到要求，與原有高程成果就失去了可比性。高程控制網(wǎng)共分為3個水準(zhǔn)線路。

2．1．1 高程控制網(wǎng)本身的精度指標(biāo)

（1）每1km水準(zhǔn)測量的偶然中誤差。為評定每一條水準(zhǔn)線路的測量精度，需要進行每1km水準(zhǔn)測量偶然中誤差檢驗。每1km水準(zhǔn)測量偶然中誤差最大為±0．66mm，滿足規(guī)范限差±1．0mm的要求，因此項誤差是根據(jù)往返測高差不符值計算得來的，說明往返測高差不符值較小且正負值分布均勻，觀測不存在系統(tǒng)誤差。

（2）每1km水準(zhǔn)測量的全中誤差。每1km水準(zhǔn)測量全中誤差為±1．54mm，滿足規(guī)范限差±2．0mm的要求。說明高程控制網(wǎng)的精度良好，可以與原成果進行比較分析。

2．1．2 沉降位移量計算與控制點穩(wěn)定性分析

規(guī)范沒有規(guī)定復(fù)測成果與原成果差值的限差，應(yīng)首先計算出限差值。因為渠線段和建筑物水準(zhǔn)路線長度存在明顯差異，根據(jù)公式mh＝±1/2Mw計算出渠線段和建筑物區(qū)域最弱點高程中誤差分別為±5．9mm（L取平均距離35km）和±3．3mm（L取平均距離11km）。按同等級精度檢測的誤差傳遞理論，兩次高程差值的限差Δh≤2mh， 即渠線段mh≤±16．7mm；建筑物區(qū)域mh≤±9．3mm。

高程復(fù)測結(jié)果表明，渠線段兩控制點Ⅲ316、Ⅲ351兩次差值超過±16．7mm，建筑物控制點古07兩次差值為66mm，超過±9．3mm，其他控制點均滿足要求，可以判斷Ⅲ316、Ⅲ351及古07產(chǎn)生明顯沉降，成果不能滿足施工要求，其他控制點處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)語

通過對復(fù)測平面、高程控制網(wǎng)的精度指標(biāo)及兩次結(jié)果位移量比較分析，確定了控制成果是否能夠滿足施工要求，保證了施工精度和施工質(zhì)量，對以后南水北調(diào)配套工程的復(fù)測具有指導(dǎo)作用。

［1］許紹銓，張華海，楊志強，等．GPS測量原理及應(yīng)用［M］．武漢：武漢大學(xué)出版社，2007．

［2］GB/T 18314—2009，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范［S］．

［3］李青岳．工程測量學(xué)［M］．北京：測繪出版社，1984．

［4］GB/T 12897—2006，國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范［S］．

TV222．2

A

1672-9900（2010）05-0074-02

2010－09－06

崔志成（1965－），男（漢族），河北衡水人，高級工程師，主要從事測繪技術(shù)研究工作，（Tel）15832101518。