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治理工程E級(jí)GPS控制測(cè)量技術(shù)分析論文
【摘要】本文主要介紹了測(cè)區(qū)已有成果資料分析利用、施測(cè)依據(jù)、E級(jí)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案、GPS控制網(wǎng)觀測(cè)、GPS外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及檢核、GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)平差、GPS網(wǎng)二維約束平差后的精度要求。通過已知數(shù)據(jù)和步網(wǎng)方案分析，滿足E級(jí)GPS控制測(cè)量規(guī)范和精度，為測(cè)區(qū)后續(xù)的測(cè)繪工作奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】E級(jí)GPS；控制網(wǎng)；數(shù)據(jù)平差；精度分析
1概述
1.1測(cè)區(qū)概況
信陽市位于河南省最南部，淮河上游，位于地處東經(jīng)113°45′～115°55′，北緯30°23′～32°27′，地勢(shì)南高北低，由西向東傾斜。西部和南部為桐柏山、大別山，面積近7000km2，占全市總面積的37.1%，是長(zhǎng)江淮河兩大流域的分水嶺。南依大別山，北臨淮河，屬華東與中原交融地帶，中國(guó)南北地理分界線（秦嶺-淮河分界線）穿境而過，素有“北國(guó)江南，江南北國(guó)”之稱。浉河位于淮河上游江淮分水嶺的北坡，為淮河上游右岸較大的一級(jí)支流，發(fā)源于信陽市西南四望山，經(jīng)武勝關(guān)、譚家河、浉河區(qū)、平橋區(qū)、羅山縣顧寨村匯入淮河，流程長(zhǎng)141.5km，流域面積2022km2。
1.2任務(wù)
信陽市平橋區(qū)城區(qū)座落于浉河北岸沖積平原，地面高程大部分在海拔73.00～82.00m之間，現(xiàn)有城區(qū)面積18km2，整個(gè)地勢(shì)大致由西北向東南傾斜。信陽市平橋區(qū)浉河（16+700~30+360）段河道河床坑坑洼洼，凸凹不平，行洪斷面狹窄。部分河段過水?dāng)嗝嫘�，不滿足設(shè)計(jì)過流能力要求。沿河兩岸樹木沙丘阻水，一些河段淤積挖沙嚴(yán)重，五里工業(yè)園段處于5年一遇洪水淹沒范圍之內(nèi)。由于河道兩側(cè)是自然河坡，對(duì)洪水防御能力差。部分河段防滲能力差，存在安全隱患。由于缺乏系統(tǒng)的整體規(guī)劃，加之管理制度不健全、管理設(shè)施不配套，致使在河道內(nèi)亂倒、亂掘、亂占的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重；河道臟、亂、差現(xiàn)象普遍存在。同時(shí)隨著人口不斷增長(zhǎng)和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，與水爭(zhēng)地的勢(shì)態(tài)愈演愈烈，河道斷面嚴(yán)重縮窄，防洪能力越來越低。以上問題的存在，已嚴(yán)重威脅平橋區(qū)浉河兩岸居民及城區(qū)居民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。為此，2012年7月，我院受信陽市平橋區(qū)水利局的委托，對(duì)信陽市平橋區(qū)浉河（16+700~30+360）段河道進(jìn)行測(cè)繪和總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。測(cè)繪工程的主要工作內(nèi)容有：①布設(shè)沿浉河該段河道E級(jí)GPS平面控制點(diǎn)13個(gè)；②測(cè)繪河道1：1000比例尺數(shù)字化地形圖約13.7km2；③測(cè)繪河道（橫比1：1000縱比1：100）橫斷面圖約13.7km；④測(cè)繪河道（橫比1：2000縱比1：100）縱斷面圖約13.7km。
2測(cè)區(qū)已有成果資料分析利用
2.1平面控制
平橋區(qū)浉河（16+700~30+360）段河道周邊有解放軍總參測(cè)繪局1958～1960年施測(cè)的三等三角點(diǎn)“龜山”和“周家山”距離測(cè)區(qū)最近。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察，標(biāo)石造埋良好，保存完整，但覘標(biāo)已全部破壞，該兩點(diǎn)成果屬1954年北京坐標(biāo)系，高斯正形投影3°帶，中央子午線114°。該兩三角點(diǎn)可作為本期E級(jí)GPS控制網(wǎng)的平面起算依據(jù)。
2.2高程控制
本測(cè)區(qū)內(nèi)沒有國(guó)家四等以上的已知高程點(diǎn)。但測(cè)區(qū)西南平橋區(qū)兩河口第六隊(duì)境內(nèi)有國(guó)家三等水準(zhǔn)點(diǎn)“麻城Ⅲ-1-22”，系淮河流域規(guī)劃辦公室于1953年布設(shè)，高程系統(tǒng)為1956黃海高程系統(tǒng)。國(guó)家三等水準(zhǔn)點(diǎn)“麻城Ⅲ-1-22”的高程成果可作為本測(cè)區(qū)的GPS控制網(wǎng)和圖根點(diǎn)的高程起算依據(jù)。
2.3對(duì)已有成果分析利用
對(duì)測(cè)區(qū)附近成果成圖資料認(rèn)真分析后認(rèn)為：解放軍總參測(cè)繪局1958～1960年施測(cè)的三等三角點(diǎn)“龜山”和“周家山”成果可靠，符合現(xiàn)行規(guī)范要求，可作為本期E級(jí)GPS控制網(wǎng)的平面起算依據(jù)；由于國(guó)家三等水準(zhǔn)點(diǎn)“麻城Ⅲ-1-22”的高程系統(tǒng)為1956黃海高程系統(tǒng)，為了保證測(cè)繪成果的一致性，把“麻城Ⅲ-1-22”的1956黃海高程系統(tǒng)換算成1985國(guó)家高程基準(zhǔn)�！奥槌洽�-1-22”的高程成果可作為本測(cè)區(qū)GPS點(diǎn)的高程起算依據(jù)。
3施測(cè)依據(jù)
3.1作業(yè)依據(jù)
�。�1）《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GBT18314-2001）；（2）《城市測(cè)量規(guī)范》（CJJ8-99）；（3）《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（CH2-601-81）；（4）《測(cè)繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定》（CH1002-95）；（5）《測(cè)繪質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（CH1003-95）。
3.2起算依據(jù)
�。�1）平面坐標(biāo)采用1954年北京坐標(biāo)系，3°帶高斯正形投影，測(cè)區(qū)中央子午線114°。（2）高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。（3）測(cè)區(qū)資料處理所用常數(shù)和引數(shù)為：①測(cè)區(qū)地球平均曲率半徑R=6369.138km；②測(cè)區(qū)平均高程75m；③ym取值5.6km；（4）測(cè)區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度測(cè)量投影變形估算：投影高程面選參考橢球面一致時(shí)。上面計(jì)算表明，本測(cè)區(qū)地表長(zhǎng)度投影變形值負(fù)1/9萬小于《城市測(cè)量規(guī)范》中1/4萬（小于2.5cm）的要求。
4E級(jí)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案
利用測(cè)區(qū)周邊的國(guó)家三等三角點(diǎn)作為本測(cè)區(qū)GPS控制網(wǎng)的平面起算數(shù)據(jù)，直接布設(shè)E級(jí)GPS控制網(wǎng)，由于控制面積沿河道呈帶狀，設(shè)計(jì)布設(shè)13個(gè)E級(jí)GPS控制點(diǎn)。在E級(jí)GPS控制點(diǎn)間加密一級(jí)導(dǎo)線，以保證測(cè)區(qū)基礎(chǔ)控制的足夠精度和強(qiáng)度。
4.1GPS控制網(wǎng)的選點(diǎn)與埋石
①GPS點(diǎn)位應(yīng)選在交通方便易于擴(kuò)展、土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的地方，或堅(jiān)固穩(wěn)定的建筑物上，便于埋石和觀測(cè)，并能永久保存。②相鄰點(diǎn)之間應(yīng)通視，如點(diǎn)位選埋在河道沿線的橋頭或固定的建筑物上，視場(chǎng)內(nèi)不應(yīng)有15°的成片障礙物，以避免對(duì)接收衛(wèi)星信號(hào)的影響。③點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電線及強(qiáng)功率發(fā)射源，距離不得小于100m。④點(diǎn)位附近不應(yīng)有強(qiáng)烈的干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體。⑤GPS點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)時(shí)挖制土模用混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆灌，標(biāo)石中心標(biāo)志采用準(zhǔn)14mm的鋼筋制作；標(biāo)志中心成精細(xì)、清晰的十字絲。標(biāo)志面壓印PE字樣。⑥布設(shè)的E級(jí)GPS點(diǎn)按P1、P2、P3…的順序編號(hào)。
4.2GPS控制網(wǎng)觀測(cè)
觀測(cè)前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)書繪出GPS網(wǎng)圖，各異步環(huán)一般不多于6條邊。作業(yè)要求如下：①采用三臺(tái)套南方（靈銳S86）雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)。②觀測(cè)過程中，GPS接收機(jī)應(yīng)同步跟蹤5顆以上的衛(wèi)星，其幾何圖形強(qiáng)度因子（GDOP）值應(yīng)≤8。③采用靜態(tài)作業(yè)模式時(shí)同步觀測(cè)時(shí)間不少于40min，邊長(zhǎng)較長(zhǎng)或衛(wèi)星狀況較差時(shí)應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間。觀測(cè)衛(wèi)星高度角設(shè)置為10°，數(shù)據(jù)采集間隔均為15s。④觀測(cè)過程中應(yīng)嚴(yán)格按GPS操作手冊(cè)要求作業(yè)，認(rèn)真做好原始資料的記錄工作。安置儀器時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中，對(duì)中誤差不大于3mm，因測(cè)區(qū)面積不大，GPS觀測(cè)時(shí)可不記錄氣象元素。⑤GPS測(cè)量同意采用世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC），它與北京時(shí)間的關(guān)系按下式換算：BT=UTC+8h。⑥接收機(jī)記錄數(shù)據(jù)后，應(yīng)查看測(cè)站信息、相位殘差及存儲(chǔ)介質(zhì)記錄等。外業(yè)記錄必須在現(xiàn)場(chǎng)寫，做到內(nèi)容齊全數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。⑦外業(yè)觀測(cè)的數(shù)據(jù)文件在轉(zhuǎn)錄到外存介質(zhì)上時(shí)，不得進(jìn)行任何剔除和刪改，不許進(jìn)行人為的加工。
4.3GPS外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及檢核
為了評(píng)估外業(yè)觀測(cè)成果質(zhì)量，保證外業(yè)成果達(dá)到相應(yīng)的精度，外業(yè)觀測(cè)時(shí)要及時(shí)對(duì)當(dāng)天采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和檢核，對(duì)于不合格的測(cè)站數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)救，以保證外業(yè)數(shù)據(jù)真實(shí)性可靠性。相鄰點(diǎn)間弦長(zhǎng)精度用下式表示，并按下表執(zhí)行：E級(jí)GPS控制測(cè)量：σ≤102+（20×d）2姨mm式中：σ為相鄰點(diǎn)間弦長(zhǎng)中誤差；d為以公里為單位的相鄰點(diǎn)間弦長(zhǎng)，見表1。外業(yè)檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：同一條邊，任意兩個(gè)時(shí)間段的互差應(yīng)小于接收機(jī)標(biāo)稱精度的2姨2倍。
4.4GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)平差
內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)平差處理的內(nèi)容主要有：①全面分析、檢驗(yàn)外業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行編輯和加工整理，以檢驗(yàn)合格的獨(dú)立基線向量進(jìn)行多站網(wǎng)平差處理。②進(jìn)行WGS-84坐標(biāo)系中三維無約束平差，確定GPS網(wǎng)的內(nèi)部精度，提供各測(cè)站點(diǎn)的大地坐標(biāo)及有關(guān)精度信息。③選擇最佳轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型，求解WGS-84大地坐標(biāo)系與54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)行GPS網(wǎng)在北京54坐標(biāo)系和西安80坐標(biāo)系中的二維約束平差，以求得GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)最好的配置。
4.5GPS網(wǎng)二維約束平差后的精度要求
本測(cè)區(qū)E級(jí)GPS網(wǎng)內(nèi)業(yè)處理轉(zhuǎn)換至高斯平面后，要求GPS網(wǎng)的邊長(zhǎng)相對(duì)精度不低于1/80000（邊長(zhǎng)小于400m的邊長(zhǎng)相對(duì)精度不低于1/40000），點(diǎn)位中誤差不大于±4cm。
5E級(jí)GPS控制測(cè)量成果檢查驗(yàn)收與質(zhì)量評(píng)定
E級(jí)GPS控制測(cè)量成果檢查驗(yàn)收和質(zhì)量評(píng)定是保證測(cè)量成果符合規(guī)范和技術(shù)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是確保成果質(zhì)量，滿足本期測(cè)繪任務(wù)目的的前提，嚴(yán)格執(zhí)行三級(jí)（作業(yè)小組、測(cè)繪隊(duì)、院總工辦）檢查，一級(jí)（甲方）驗(yàn)收制度。GPS控制網(wǎng)檢查驗(yàn)收的主要內(nèi)容：①點(diǎn)位是否合理，標(biāo)石是否規(guī)格、埋設(shè)是否適宜。點(diǎn)之記是否正確齊全；②數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、重測(cè)和數(shù)據(jù)剔除率；③外業(yè)檢核和數(shù)據(jù)后處理是否正確；④起算數(shù)據(jù)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是否正確合理；⑤各項(xiàng)精度指標(biāo)是否達(dá)到要求。
參考文獻(xiàn)
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[3]《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GBT18314-2001）.[4]《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（CH2-601-81）.
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