魏學文

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 概述

水利工程相比一般土建工程而言，不僅投資大、工期長、工程量大，而且工程條件復(fù)雜、施工難度較高、經(jīng)濟效益較低、影響國民經(jīng)濟、失事后果嚴重等。因此，水利工程測量工作比一般土建工程顯得更為重要，無論是在勘測設(shè)計階段、施工建設(shè)階段，還是在運行管理階段，都應(yīng)在具備測量成果的基礎(chǔ)上才能順利進行，特別是水利工程測量中的高程測量工作尤為重要。修建水庫時，首先要測量河底高程、水位深度，經(jīng)過計算設(shè)計后才能確定大壩的基礎(chǔ)深度、壩體高度、蓄水高度、淹沒、移民和安置高度。精確的高程測量是水利工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的高程測量使用精密水準儀配合水準尺進行等級水準測量，每個測量小組需要5人以上，經(jīng)過長途跋涉，測量出每個站點的相對高差，經(jīng)嚴密平差計算，才能推算出未知水準點或放樣要求的高程值。這種高程測量方法精度較高、技術(shù)成熟，但勞動強度大、干擾因素多、測量效率低，而且容易超出規(guī)范限差和返工浪費。通過SXCORS系統(tǒng)對不同地區(qū)、不同等級和不同水利工程類型的等級水準測量成果進行檢測測量，來分析SXCORS系統(tǒng)的高程測量精度。

SXCORS系統(tǒng)是山西省連續(xù)運行衛(wèi)星定位參考站系統(tǒng)，可定義為山西省內(nèi)一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，綜合應(yīng)用GNSS定位技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)進行實時差分改正、信息解算，提供滿足GPS用戶使用數(shù)據(jù)以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項目的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比，連續(xù)運行參考站具有作用范圍廣、精度高、野外單機作業(yè)等諸多優(yōu)點，對傳統(tǒng)高程測量方式產(chǎn)生了顛覆性影響。

2 工程實例

2.1 水庫工程高程檢測測量

水庫工程高程檢測測量是檢測山區(qū)地形、小區(qū)域（相對網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域可視為點狀區(qū)域）、單基站、近距離（10 km以內(nèi)）情況下的CORS高程測量精度。

擬建的守口堡水庫位于山西省大同市陽高縣城西北約10 km的黑水河上游段，是永定河上游防洪的骨干工程，也是緩解當?shù)厮Y源供需矛盾、促進大同市工農(nóng)業(yè)發(fā)展的優(yōu)選方案。為滿足1/500壩址地形測圖、1/2000庫區(qū)地形測圖、斷面測繪以及施工放樣的需要，通過傳統(tǒng)的等級水準測量布設(shè)了四等和五等兩級水準網(wǎng)，四等水準路線總長約10 km，五等水準路線總長約15 km，成果精度滿足《規(guī)范》的各項限差要求。

2.1.1 測量方法

第一，四等和五等水準分別測量4點，平均測段長度約1 km（不足1 km按1 km計），路線長度4 km。第二，選用南方測繪S86T雙頻雙星CORS移動站儀器。第三，選取沒有影響衛(wèi)星信號或影響較小的水準點作為檢測點。第四，嚴格對中整平儀器。第五，測量前預(yù)熱和靜置儀器，檢查電池容量和接收機的儲存空間。第六，測量對中誤差小于2 mm，分別量取天線高3次，精確至1 mm，較差小于3 mm時取平均值。第七，CORS信號強勁，穩(wěn)定保持5 s固定解后方可采集。第八，每點觀測2個測回，每測回記錄2次數(shù)據(jù)，讀數(shù)較差小于1.5 cm，測回差小于2.0 cm時，該測回成果取平均值；超出上述限差時，重新測量本測回或測點。

2.1.2 測量精度

檢測測量的CORS高程原始數(shù)據(jù)為WGS2000格式，經(jīng)山西省測繪局GPS中心轉(zhuǎn)換為當?shù)刈鴺顺晒?，與已有水準測量成果計算較差。通過比較各點高程高差，可以計算測段和路線的精度，見表1。

表1 水庫工程水準測量限差及CORS檢測精度比較表

由表1可見，守口堡水庫工程CORS高程測量精度均高于《規(guī)范》規(guī)定的五等水準限差。

2.2 線路工程高程檢測測量

線路工程高程檢測測量是檢測平川地形、大區(qū)域（水利工程線路可長達幾十公里或100 km以上）、多基站、遠距離（CORS基站建在城鎮(zhèn)）情況下的CORS高程測量精度。

坪上應(yīng)急引水工程位于山西省忻州市,橫貫忻府區(qū)、定襄縣、五臺縣，干線長達120 km，是緩解當?shù)厮Y源供需矛盾、促進忻州市工農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效方案。為滿足工程勘測設(shè)計及施工放樣的需要，通過傳統(tǒng)的等級水準測量布設(shè)了四等和五等兩級水準網(wǎng)，四等水準線路總長160 km，五等水準路線總長200 km，成果精度滿足《規(guī)范》的各項限差要求。

2.2.1 測量方法

第一，四等水準檢測測量16點，平均測段長度約2 km，路線長度約30 km。五等水準測量22點，平均測段長度約2 km，路線長度約26 km。第二，考慮到測區(qū)跨度大、多基站測量的特點，每點測回數(shù)增加為3個，每測回記錄2次數(shù)據(jù)，讀數(shù)較差小于1.5 cm，測回差小于2.0 cm時，該測回成果取讀數(shù)平均值；超出上述限差時，重新測量本測回或測點。其測量方法同前。

2.2.2 測量精度

通過比較各點高程高差，計算測段和路線測量精度，見表2。由表2可見，坪上應(yīng)急引水工程CORS高程測量精度均高于《規(guī)范》規(guī)定的四等水準各項限差。

2.3 檢測測量數(shù)據(jù)分析

根據(jù)前述檢測數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計出SXCORS系統(tǒng)測量的高程較差分布范圍，見表3。

從檢測測量的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計可見，無論是以單基站、近距離、點狀山區(qū)為代表的水庫工程，還是以多基站、遠距離、線（面）狀平川為代表的線路工程，通過SXCORS系統(tǒng)測量的高程成果具有以下特點：一是測量精度的偶然性。即使在同一個水準點上，使用SXCORS系統(tǒng)測量的每一測回數(shù)據(jù)均有差異，通過增加觀測時間測定的數(shù)據(jù)也不盡相同。二是相對高精度的系統(tǒng)性。雖然測繪差具有偶然性，但測量高程較差有50%左右，精度均在3 cm以內(nèi)；較差有80%以上，精度均在5 cm以內(nèi)。對于每站測量時間約5 min左右、測量人員1名的高程控制測量方法非常高效準確。理論上，應(yīng)該采取增加測回數(shù)取平均值的方法來提高精度。三是誤差不傳遞、不累積的獨立性。由表1～3可見，無論測段（或路線）長度如何變化，測點高差較差和閉合差均在3～5 cm左右，說明測量誤差沒有隨路線長度增加而增大，這種誤差不傳遞、不累積的獨立性正是其在工程測量中的優(yōu)勢所在。四是水準模型精化的區(qū)域性。平川地區(qū)檢測精度略高于山區(qū)檢測精度，是由于平川地區(qū)原有高等級水準網(wǎng)絡(luò)、高程異常值均勻，以及CORS網(wǎng)絡(luò)信號強勁穩(wěn)定干擾少，使水準模型精化更為準確。

表2 線路工程水準測量限差及CORS檢測精度比較表

表3 SXCORS高程測量較差分布范圍統(tǒng)計表

3 結(jié)語

通過對兩個具有不同區(qū)域的代表性工程高程測量檢測和精度分析，雖然個別指標能達到四等或五等水準測量精度，但其精度的偶然性局限了SXCORS系統(tǒng)進行高程測量的可靠性。目前使用該系統(tǒng)進行高程測量時應(yīng)通過分布試驗的方法確定不同測區(qū)的測量精度，“取長避短”的長距離測設(shè)高程起算點，可提高網(wǎng)內(nèi)的相對精度，更好地服務(wù)水利工程測量和建設(shè)。