黃紅日

（遼寧省水利水電勘測設計研究院遼寧沈陽110006）

淺析GPS控制網在遼河干流行洪能力分析中的應用

黃紅日

（遼寧省水利水電勘測設計研究院遼寧沈陽110006）

本文結合在遼河干流上建立的C級控制網，對該平面控制網的點位布設、外業(yè)觀測、基線處理、基線檢核、平差計算及精度分析做了詳細的描述。并對該工程布設的高程控制網的施測方法及布設方案做了簡要介紹。利用得到的控制測量成果，采用G PS-RTK技術進行遼河河道斷面測量，并利用南方CA SS9.0軟件繪制斷面圖，提交設計人員進行遼河行洪能力分析。

平面控制網；高程控制網；G PS-RTK；斷面測量

1 概述

遼河屬于中國七大河流之一，在我國東北地區(qū)南部是最大河流。發(fā)源地從河北平泉縣，流經河北省、內蒙古自治區(qū)、吉林省、遼寧省，在遼寧盤山縣注入渤海。遼河從東、西遼河在福德店匯流后成為遼河干流，經雙臺子河從盤山入渤海，本文建立的控制網處于遼河干流。

隨著遼河沿岸國民經濟建設的迅速發(fā)展，許多涉及遼河河道的工程如橋梁建設、水庫大壩建設、取沙、灘地種植等對河道水流產生的影響越來越嚴重，影響了河道的防洪能力,原有規(guī)劃不能完全滿足現有的河道管理現狀，因此，需對遼河現狀河道的行洪能力進行重新分析。

遼寧省水利水電勘測設計研究院自建院以來進行遼河流域測量時總是分段布網，本文所述建立的C級控制網上起昌圖縣福德店，下游至入海口，控制網網系長度為315km，為歷年來筆者單位測量遼河流域布設的最大型控制網，實現了遼河控制網的統一，為以后遼河沿岸的建筑物施工、行洪能力分析帶來便利。

本文結合對遼河干流上建立的C級平面控制網、高程控制網得到的基礎測量成果，對該控制網成果進行了分析。并利用得到的控制成果采用南方靈銳S86T GPS接收機分十段做七參數進行遼河河道斷面測量，為設計人員提供基礎測量成果對遼河進行行洪能力分析。

2 GPS控制網的建立

2.1 技術要求

本控制網等級為C級，坐標系統采用1954年北京坐標系，中央子午線123度。

2.2 控制點布設

本工程主要是對遼河上游昌圖縣福德店至下游入?？诘暮恿鞫芜M行行洪能力分析提供基礎數據，在遼河兩岸布設控制網點，網點間距在15km～20km之間，點位選擇在不影響觀測精度的情況下，在遼河兩岸堤防管理所及水文站埋設控制點，這樣便于控制點永久保存。選點的過程中，嚴格遵守了《全球衛(wèi)星定位系統GPS測量規(guī)范》第7章7.2“點位基本要求”所列條款。本控制網網系長度為315km，選用邊連式構網，控制網點位布設情況詳見圖1：

圖1 遼河干流GPS控制網示意圖

2.3 GPS網觀測

GPS網按C級精度施測，即全網最弱相鄰點邊長相對中誤差小于1/12萬，約束點間的邊長相對中誤差小于1/25萬?？刂凭W測量采用Leica SR530和Leica GS15及Trimble R7等10臺雙頻GPS衛(wèi)星接收機同步觀測，標稱精度：± (5+1ppm×D)mm。GPS外業(yè)觀測采用靜態(tài)相對定位的方式。

2.4 基線處理

在進行基線解算前，對外業(yè)采集的數據，包括測站名、天線高輸入是否正確、衛(wèi)星信號是否正常、有效觀測時段是否滿足等進行了全面檢查，未發(fā)現錯誤。

基線解算采用Leica GPS處理軟件LEICA LGO 7.0進行，采用廣播星歷，雙頻相位觀測值L1、L2的雙差組合觀測量，GPS網的基線結果都采用雙差固定解。

2.5 基線檢核

（1）重復觀測邊的檢核

同一條基線觀測了多個時段，則可得到多個邊長結果。對于重復觀測邊任意兩個時段的成果互差，均應小于相應等級規(guī)定精度，即：ds≤σ＝94.8mm

本GPS網中重復觀測邊任意兩個時段的成果互差最大值為10mm（LH15～LH18），滿足限差要求。

式中：σ——基線長度中誤差（mm）；

a——固定誤差（mm）；

b——比例誤差系數（mm/km）；

符合下式：

本控制網中W(x、y、z)max=32.2mm，Wmax=59.4mm,均滿足限差要求。

2.6 控制網中誤差計算

按照《工程測量規(guī)范》規(guī)定，GPS控制網需要對全網整體的觀測精度進行評價。

控制網的測量中誤差按照下式計算：

式中：

m——控制網的測量中誤差（mm）；

N——控制網中異步環(huán)的個數；

n——異步環(huán)的邊數；

W——異步環(huán)全長閉合差（mm）。

并滿足m≤σ（σ由a、b及平均邊長計算，意義同前）的要求。

按照本網平均邊長(16.1km)計算，σ=33.6 mm，由99個異步環(huán)按照上式計算得m=4.1mm。顯然，m≤σ,完全滿足規(guī)范的規(guī)定。

2.7 GPS網平差計算

2.7.1 WGS-84大地坐標系三維無約束平差

采用GPS網平差處理軟件PowerADJ4.0進行GPS網的三維無約束平差，求出網中各點在WGS-84坐標系下的三維坐標，以及各基線向量的改正數和精度信息。

在無約束平差中，基線分量的改正數絕對值（V△x、V△y、V△z）應滿足下式:

V(△x、△y、△z)≤3σ=100.6mm

本控制網無約束平差中V(△x、△y、△z)最大值為34.3mm（DTZ～LH20）。

WGS84三維無約束平差精度統計：邊長相對中誤差最小值為1/100000萬(邊LH2～LH5),最大值為1/162萬(邊NMS～LH3)，平均邊長相對中誤差為1/50081萬。

2.7.2 北京54坐標系二維約束平差

首先對采用的國家三角點的兼容性進行了計算比較，經比較采用大坨子（DTZ）和小后窯（JJZ）兩點作為起算點，解算出其他三角點的地方坐標與其已知數據相比相差最小，即利用其兩點進行地方坐標系的二維約束平差，將GPS的觀測結果轉換到地方坐標系。

約束平差中，基線分量改正數與剔除粗差后的無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差的絕對值（dV△x、dV△y、）應滿足下式要求:

dV(△x、△y)≤2σ=67.1mm

本控制網約束平差中dV(△x、△y)最大值為22.6mm（DTZ～LH20）。

北京54二維約束平差精度統計：邊長相對中誤差最小值為1/5663萬(邊LH12～DTZ),最大值為1/327萬(邊LH21～LH22),平均邊長相對中誤差為1/2995萬。最弱點點位中誤差5.4mm（LH21）。

綜上所述，該GPS網的二維約束平差成果精度完全達到C級GPS網的精度要求。

3 高程控制測量

本工程高程控制網采用1985國家高程基準，高程等級為三等。水準測量采用單路線雙轉點法，利用國家水準點Ⅰ盤海2、Ⅰ哈沈87、Ⅰ溝沈11-1、Ⅰ赤沈122作為高程控制起算點，布設一個水準網，為確保網的整體精度，在水準網內又布設了14個水準閉合環(huán)。水準網的每公里偶然中誤差MΔ=0.7mm＜3mm，全中誤差Mw=4.87mm＜6mm。滿足《國家三、四等水準測量規(guī)范》要求。

圖2 斷面圖示例

4 河道斷面測量及斷面圖繪制

利用得到的控制成果采用南方靈銳S86T GPS接收機分十段做七參數進行遼河河道斷面測量，在施測過程中做好記錄手簿，并在作業(yè)前做好已知點檢核工作。橫斷面碎部測量以真實反映地形變化為原則，按1：1000精度施測，地面點間距離一般不大于30m，地形變化比較大的地方進行加密測量，地形較平坦的點間距離可少稀疏些，并注明植被情況。本工程斷面測量時是冬季，遼河河道水面已結冰。河道水下測量采用打冰眼鉛垂量深的方法，水下測點平坦地段點間距不大于30m，復雜地形點進行適當加密，且不遺漏深泓點。本工程共測量河道斷面657km/225條，為遼河行洪能力分析提供充足的數據。斷面成果采用EXCEL辦公軟件制作，將斷面成果處理成為標準格式的“.*hdm”文件，將“.*hdm”文件導入CASS9.0成圖軟件，輸出斷面圖，斷面圖示例如圖2。

5 結論及建議

（1）本工程布設的C級GPS網完成遼河行洪能力分析測量任務，充分體現了GPS技術的先進性及高效性，縮短了設計周期，降低了設計成本。

（2）本工程布設的控制網實現了遼河流域控制網的統一，點位選擇在堤防管理所及水文站內便于控制點永久保存，并為遼河沿岸的施工帶來便利。

（3）采用GPS-RTK技術進行斷面測量，只需要將設計部門提供的斷面基點坐標輸入測量儀器手簿，即可直接根據手簿上顯示的方向和偏移量測量斷面上的地物點，提高了工作效率。陜西水利

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（責任編輯：暢妮）

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