湯 慶 豐, 王 小 紅
(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)
GPS在南水北調(diào)工程控制測量中的應用
湯 慶 豐, 王 小 紅
(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)
GPS測量以其觀測速度快、定位精度高、布網(wǎng)形勢多樣、全天候、小巧靈活等優(yōu)點在工程建設中得到了廣泛的應用,深受廣大測量工作者的青睞。采用GPS外業(yè)測量獲取數(shù)據(jù),在進行數(shù)據(jù)處理后,配合電子水準儀進行高程控制,可以在較短的時間內(nèi)得到高精度的控制網(wǎng)成果。介紹了GPS在南水北調(diào)工程控制測量中的應用。
中央子午線;高程基準;GPS控制網(wǎng);三等水準;南水北調(diào)
南水北調(diào)中線一期總干渠工程鎮(zhèn)平-3標段位于河南省鎮(zhèn)平縣,起點樁號76+100,終點樁號87+925,總長11.825 km。該標段主要建筑物包括:渠道和8座左岸排水建筑物、8座公路橋、4座生產(chǎn)橋。
已有成果資料:
(1)該工程已知控制點為潦河倒虹吸施工控制網(wǎng)和淇河施工控制網(wǎng)C級GPS控制網(wǎng),標志為埋樁,高程系二等直接成果。
(2)控制點平面系統(tǒng):掛靠于1954年北京坐標系1°帶下的獨立坐標系統(tǒng),中央子午線經(jīng)度為112°,高程系統(tǒng)為1985年高程基準。
作業(yè)依據(jù):
(1)南水北調(diào)中線一期工程施工控制網(wǎng)測量技術(shù)設計報告;
(2)南水北調(diào)中線一期工程總干渠初步設計測量技術(shù)規(guī)定;
(3)《水利水電工程施工測量規(guī)范》(DL/T5173);
(4)《工程測量規(guī)范》(GB50026—2007);
(5)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T18314—2009 );
(6)《國家三、四等水準測量規(guī)范》(GB12898—2009 )。
按《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T18314-2009) 和《工程測量規(guī)范》(GB 50026-2007)中的D級GPS測量技術(shù)要求以及《國家三、四等水準測量規(guī)范》(GB12898-2009)中的測量技術(shù)要求,主要技術(shù)指標見表1和表 2。
表1 GPS測量作業(yè)主要技術(shù)要求表
表2 水準測量主要技術(shù)要求表
根據(jù)該工程特點,考慮到帶狀區(qū)域施工的需要,項目部采用GPS靜態(tài)測量技術(shù),使用6臺GPS接收機(3臺南方S82T型和3臺中海達V8型),將LHE1、LHE2、QHE1、QHE2四個C級控制點作為高等級控制點對施工控制網(wǎng)進行約束測量,施測D級GPS施工控制網(wǎng)47個,GPS施工控制點為JC643、JC644……JC688,JC689;另外,根據(jù)布網(wǎng)需要暫時加密了臨時控制點LS1點(圖1)。
圖1 控制網(wǎng)簡圖
3.1 測量方法
(1)按照規(guī)范規(guī)定進行GPS測量,控制網(wǎng)測量采用邊連接方法以增加網(wǎng)形結(jié)構(gòu)強度。6臺接收機同時觀測為一個同步觀測時段,兩個相鄰觀測時段至少要保證2個點(組成一條邊)為共同點(兩個時段均觀測數(shù)據(jù),即重復基線邊),控制點測量由專業(yè)測量技術(shù)人員將GPS接收機架設在控制網(wǎng)點。
(2)每次觀測前,先對GPS接收機進行預熱和靜置,同時檢查電池容量,觀測中避免在GPS接收機近旁使用電子通訊設備。
(3) 天線安置應嚴格對中整平,天線對中誤差不應大于1 mm。對于天線的高度,在觀測前、后各量測一次,每次應在相同的位置從天線三個不同方向(間隔120°)量取,或用接收機天線專用量高器量取。單次天線高重復量取的讀數(shù)互差不大于±2 mm時,取平均值作為單次天線高度觀測值;測前和測后天線高度觀測值讀數(shù)互差不大于±3 mm時,取平均值作為天線高度最終觀測值。
(4)技術(shù)人員詳細記錄控制點的點號、接收機序列號、儀器高及開關機時間。
(5)每個站點配備海王星對講機一臺,專業(yè)技術(shù)人員2名。6臺GPS接收機全部架設完畢由負責人統(tǒng)一安排同時開機接收數(shù)據(jù)。每個時段的觀測時間不低于45 min,觀測結(jié)束后,由負責人統(tǒng)一安排同時關機進行下一時段觀測。
(6) 作業(yè)間歇期間,接收機應由專人維護保管并在作業(yè)前充足電池,將儀器及其附件裝于專用儀器箱中。為保證觀測中儀器的安全,儀器管理實行個人負責制,對每臺儀器進行編號,自工程開始直至工程結(jié)束,每個作業(yè)組或作業(yè)人員均使用同一臺(套)儀器(包括主機、天線、傳輸電纜、電池及基座等),做到責任分明。當出現(xiàn)特殊情況需要重新調(diào)配人員時,由負責人做出統(tǒng)一安排。觀測組嚴格按調(diào)度表規(guī)定作業(yè),聽從現(xiàn)場負責人的統(tǒng)一指揮,以保證觀測同步進行。當情況有變化需要修改調(diào)度計劃時,必須經(jīng)負責人同意。
(7)觀測時做到人不離崗,觀測過程中嚴密監(jiān)視電池和接收機情況并將其記錄于外業(yè)觀測手簿上,以便于內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。禁止周圍無關人員接近甚至觸摸儀器,以保護作業(yè)人員和儀器的安全,進而保證觀測的正常進行。
3.2 施工控制點的加密
加密控制點布設在堅固穩(wěn)定、便于施工放線且不易破壞的范圍內(nèi),控制點標石埋設規(guī)格應符合下述規(guī)定:
(1)金屬標志制作材料上部為不銹鋼,下部采用普通鋼筋焊接而成。規(guī)格應符合圖2中的規(guī)定,標志標識規(guī)格應符合圖3和圖4中的規(guī)定。
(2)控制點標石的埋設規(guī)格。
3.3 數(shù)據(jù)處理
圖3 加密點俯視圖
圖4 加密點控制點標石示意圖
數(shù)據(jù)處理采用南方GPS基線解算軟件GPSPro101030和中海達GPS基線解算軟件HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件進行基線解算。項目部為加快進度,本次采用2個品牌的GPS進行測量,因此內(nèi)業(yè)解算時先將中海達數(shù)據(jù)用中海達HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件轉(zhuǎn)換為通用的Rinex格式,再導入南方GPS基線解算軟件GPS Pro101030進行解算,解算后經(jīng)三維平差后,采用C級控制點LHE1、LHE2、QHE2、QHE3的坐標做為已知點進行二維平差,經(jīng)高程擬合后得到成果。
3.4 測量成果分析
項目部進行的D級GPS施工控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過解算其基線最弱邊的相對誤差為1∶149 048。閉合環(huán)有同步環(huán)201個、異步環(huán)295個,合計496個,均滿足設計和規(guī)范要求。
測區(qū)七參數(shù)成果:
Dx平移(m): 22.389
Dy平移(m): 340.460
Dz平移(m): 85.720
Rx旋轉(zhuǎn)(s): -1.016 679
Ry旋轉(zhuǎn)(s): 2.204 753
Rz旋轉(zhuǎn)(s): -2.205 734
SF尺度(ppm): -25.473 406
4.1 測量方案
采用單程雙轉(zhuǎn)點(后—前—前—后,前—后—后—前)觀測順序,將前后視距差控制在2 m以內(nèi),每測回高差值不大于1.5 mm。
(1)首先將儀器整平(望遠鏡繞垂直軸轉(zhuǎn)動,圓氣泡始終位于指示圈中央);
(2)將望遠鏡對準后尺,用垂直絲照準條碼中央,精確調(diào)焦至條碼影像清晰,按鍵測量;
(3)顯示讀數(shù)后,旋轉(zhuǎn)望遠鏡照準前視尺條碼中央,精確調(diào)焦至條碼影像清晰,按鍵測量;
(4)顯示讀數(shù)后,重新照準前視尺,按鍵測量;
(5)顯示讀數(shù)后,旋轉(zhuǎn)望遠鏡照準后視尺條碼中央,精確調(diào)焦至條碼影像清晰,按鍵測量;顯示測站成果,檢驗合格后遷站。
4.2 測量方法
(1)作業(yè)前。每天施測前,對儀器進行i角檢驗,若超限則用新的i角代替。施測前,由技術(shù)負責人根據(jù)現(xiàn)場情況,合理安排水準路線,使水準路線盡量沿堅硬的地面前進,大致選定適宜的架設儀器位置,以避免儀器下沉。
觀測員從儀器箱取出儀器后,先在空氣中放置15 min,待儀器溫度與外界一致時開始作業(yè)。架設儀器時要將腳架踩實,氣泡嚴格居中,照準目標時要消除視差,轉(zhuǎn)動儀器時緩慢均勻。
立尺員需將地面的覆蓋物除去,把尺墊立在堅硬的地面上并踩實,禁止踩踏尺墊的圓球部分,不允許將尺子下端著地,讀數(shù)時氣泡居中。
(2)作業(yè)中。嚴格按照國家相關規(guī)范作業(yè)。
①本次測量采用改變儀器高度的作業(yè)方法,每測站儀器變動高度均大于10 cm。
②前后視距差<2 m,視距累積差<5 m,最大視線長度<100 m,最低視線高度>0.3 m,兩次所測高差之差<1.5 mm。
③每測段均為偶數(shù)站,兩次讀數(shù)的順序分別為后—前—前—后、前—后—后—前。
為保證前后視距差、視距長度、最低視線高度不超限,每站均先測試,待測試合格后進行作業(yè);同時要求操作員記住視距累積差的數(shù)值,以便在下一測站中進行控制,避免超限。
(3)每天將數(shù)據(jù)傳輸存盤,及時計算以進行閉合差的檢驗;對于所埋設的觀測樁或建筑物樁,通過計算高程進行比對,以確保無誤。
4.3 內(nèi)業(yè)整理
及時對外業(yè)數(shù)據(jù)進行檢查、整理并匯總,待其滿足三等水準測量規(guī)范要求的限差后,將數(shù)據(jù)平差計算。本次測量測段的總長度為28.857 km,每km高差中誤差=4.34 (mm),滿足規(guī)范要求。
南水北調(diào)鎮(zhèn)平3標施工控制網(wǎng)采用GPS進行測量,有效克服了南水北調(diào)施工區(qū)附近建筑物、樹木多等通視條件和陰雨天氣的影響,加快了實測進度,提高了作業(yè)質(zhì)量,降低了勞動強度,減少了實測成本,測量成果精度高。
TV52;[TV91]
B
1001-2184(2017)05-0048-03
2017-08-20
湯慶豐(1977-),男,河南焦作人,項目安全總監(jiān),工程師,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作;
王小紅(1981-),女,四川德陽人,助理工程師,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.
(責任編輯李燕輝)