田 睿

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院測繪分院，陜西 西安 710002）

1 工程概況

榆林東線引黃供水工程是從神木市境內(nèi)黃河馬鎮(zhèn)取水，供水對象主要為榆林能源化工基地，解決其資源性缺水問題，以及工程沿線重要城市、縣城、工業(yè)園區(qū)供水，緩解城市與工業(yè)發(fā)展、生態(tài)用水矛盾，為能源基地可持續(xù)發(fā)展提供可靠地供水保障。主要供水對象為窟野河河谷區(qū)、禿尾河河谷區(qū)、榆林經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、榆橫工業(yè)園及沿線城鎮(zhèn)的生產(chǎn)生活用水。榆林東線引黃工程擬從黃河馬鎮(zhèn)年取水量為7.47億m3，設(shè)計流量27 m3/s；工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為Ⅱ等。工程由取水樞紐、170.4 km輸水線路（另有29 km天然河道）、六級加壓泵站及牛欄溝、黃石溝沉沙調(diào)蓄水庫等四部分組成。其中輸水線路包括106.1 km壓力管道、45座建筑物（渡槽9座、倒虹10處、隧洞23條、暗涵3處）。

《水利水電工程測量規(guī)范》（SL 197-2013）[1]中11.4輸水線路測量規(guī)定：基本平面控制測量等級不低于四等，基本高程控制測量等級不低于三等。在勘測階段，主要工作是測繪帶狀地形圖和定線測量，參考規(guī)范，最終確立控制測量方案，采用四等GNSS控制測量方法建立平面控制網(wǎng)，采用測量機(jī)器人自動觀測三等三角高程方法建立高程控制網(wǎng)。

2 平面控制測量

基本平面控制布設(shè)為四等GNSS控制網(wǎng)。由《水利水電工程測量規(guī)范》[1]（SL 197-2013）知：平面坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)采用現(xiàn)行國家坐標(biāo)系或與其相聯(lián)系的獨(dú)立坐標(biāo)系，大比例尺地形圖測繪中，需滿足長度投影變形值不應(yīng)大于5 cm/km；

式中：D1為歸算到參考橢球面上的長度；D2為高斯平面上的邊長；D為測距邊水平距離；Hm為測距邊兩邊的平均高程；hm為測區(qū)大地水準(zhǔn)面高出參考橢球面的高差；RA為測距邊所在法截線的曲率半徑；ym為測距邊兩端點(diǎn)橫坐標(biāo)平均值；Δy為測距邊兩端點(diǎn)橫坐標(biāo)之差；Rm為參考橢球面上測距邊中點(diǎn)的平均曲率半徑。

經(jīng)計算該測區(qū)兩項(xiàng)投影長度變形值0.1 m，因此建立了掛靠在1980西安坐標(biāo)系下的獨(dú)立坐標(biāo)系。

2.1 布網(wǎng)選點(diǎn)、埋石

基本平面控制布設(shè)為四等GNSS控制網(wǎng)。沿線路每隔4 km～5 km左右埋設(shè)一組（每組3座）混凝土標(biāo)石，每組點(diǎn)間兩兩互相通視。主要建筑物處（泵站）每處埋設(shè)2座混凝土標(biāo)石。每組GNSS點(diǎn)間距大于500 m。平面控制埋石點(diǎn)與高程控制點(diǎn)共用。

根據(jù)四等GNSS要求埋設(shè)了混凝土標(biāo)石并填寫了GNSS點(diǎn)之記，GNSS點(diǎn)編號為DXi(i=01,02,…,161)。新布設(shè)的GNSS點(diǎn)與測區(qū)附近國家 B級 GNSS點(diǎn) 1293、1294、1296、1298、1299 及C級 GNSS點(diǎn) F014、F017、F018、F019、F020、F022、F024 共同構(gòu)成四等GNSS網(wǎng)。圖1為GNSS控制網(wǎng)圖。

圖1 GNSS控制網(wǎng)圖

2.2 GNSS觀測

2.2.1 使用儀器

采用16臺華測X900雙頻GNSS接收機(jī)，GNSS接收機(jī)均按規(guī)定通過檢定，并在有效期內(nèi)使用。

2.2.2 觀測要求

1）靜態(tài)方式。作業(yè)前根據(jù)測區(qū)地形和交通情況及設(shè)備性能等因素綜合考慮，制定合理、詳細(xì)的GNSS外業(yè)觀測計劃。

2）基本技術(shù)精度

GNSS網(wǎng)的主要技術(shù)精度要求見表1。

表1 GNSS網(wǎng)的主要技術(shù)精度

3）外業(yè)觀測的主要技術(shù)要求見表2。

表2 外業(yè)觀測的主要技術(shù)要求

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 使用軟件

GNSS網(wǎng)基線向量的解算采用華測GNSS自帶后處理軟件CGO(CHC Geomatics Office)，平差采用 CosaGPS 軟件進(jìn)行[2]。

2.3.2 基線質(zhì)量檢驗(yàn)

GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理前進(jìn)行了單條基線解算結(jié)果的檢驗(yàn)、復(fù)測基線差值的檢驗(yàn)、同步環(huán)、異步環(huán)各坐標(biāo)分量及環(huán)線全長閉合差的檢驗(yàn)。

1）重復(fù)基線測量的差值均小于規(guī)范規(guī)定的限差，其最大差值見表3。

表3 重復(fù)基線測量最大差值統(tǒng)計表

2）同步環(huán)各坐標(biāo)分量及環(huán)線全長閉合差均小于規(guī)范規(guī)定的限差，其最大閉合差統(tǒng)計見表4。

3）異步環(huán)坐標(biāo)分量及環(huán)線全長閉合差均小于規(guī)范規(guī)定的限差，其最大閉合差統(tǒng)計見表4。

表4 同步環(huán)各坐標(biāo)分量及環(huán)線全長閉合差最大值統(tǒng)計表

2.3.3 GNSS網(wǎng)平差

1）在各項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)符合要求后，以所有獨(dú)立基線組成GNSS空間向量網(wǎng)，并在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行三維無約束平差。平差后，基線向量改正數(shù)最大值為：VDx=10.69 cm、VDy=-3.52 cm、VDz=-4.85 cm，小于限差68.34 cm；最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為1.38 cm；最弱相鄰點(diǎn)邊長相對中誤差為1/161000。

2）1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)下的二維約束平差。以國家B級GNSS 點(diǎn) 1293、1296、1299 和 C 級 GNSS 點(diǎn) F017、F018、F020、F024的1980西安坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行二維網(wǎng)約束平差。平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為0.39 cm；最弱相鄰點(diǎn)邊長相對中誤差為1/237000。

3）掛靠在1980西安坐標(biāo)下的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)建立[3～4]。以DX50為坐標(biāo)起算點(diǎn)，以DX50～DX53的方位角為起始方位，投影面高程為1150 m，進(jìn)行二維約束平差，平差后最弱邊相對中誤差1/216000，小于規(guī)范規(guī)定的1/40000；最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為6.1 mm，小于限差5 cm。

獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)反算邊長與實(shí)測邊長比較，在測區(qū)的兩端及中部實(shí)測了9條邊，精度統(tǒng)計表見表5。

3 高程控制測量

表5 獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)投影差計算表

3.1 高程路線布設(shè)

以國家水準(zhǔn)點(diǎn)Ⅱ頭興54-1、Ⅱ頭興56-1，國家B級GNSS點(diǎn)1294、1296(二等水準(zhǔn)高程)為起閉點(diǎn)，聯(lián)測四等GNSS點(diǎn)，布設(shè)成節(jié)點(diǎn)網(wǎng)三角高程線路。

3.2 觀測

使用一臺Leica TS60、一臺Leica TCA2003型全站儀,TS60為全新一代智能全站儀，TCA2003為測量機(jī)器人，均可加載多測回自動觀測軟件，實(shí)現(xiàn)自動尋找目標(biāo)與照準(zhǔn)、自動觀測、自動記錄、自動檢測各項(xiàng)限差[5]。配套設(shè)備有：溫度計（讀數(shù)精確至0.2℃），氣壓計（讀數(shù)精確至50Pa），游標(biāo)卡尺（測量儀器高和覘標(biāo)高）。儀器與配套設(shè)備均檢定合格，且在有效檢定期內(nèi)。采用單程雙測對向觀測的方法進(jìn)行施測，觀測技術(shù)要求見表6。

表6 三角高程測量技術(shù)要求

3.3 數(shù)據(jù)處理

1）外業(yè)驗(yàn)算

對測距邊進(jìn)行儀器加乘常數(shù)、氣象數(shù)據(jù)、傾斜改正之后計算平距、往（或返）測觀測高差，進(jìn)行單程雙測高差較差、對向觀測高差較差、邊長往返較差及高程線路閉合差均滿足表7中相關(guān)規(guī)定。

表7 三角高程測量限差要求

2）平差計算

平差采用《工程測量控制網(wǎng)平差系統(tǒng)（NASEW）》軟件，觀測高差值進(jìn)行了正常水準(zhǔn)面不平行改正，根據(jù)單程雙測兩次觀測高差不符值計算每千米高程線路偶然中誤差MΔ=±2.51，小于±3.0 mm，符合規(guī)范要求，見表8。

表8 三角高程測量精度統(tǒng)計表

4 結(jié)論

該項(xiàng)目測圖平面控制網(wǎng)布設(shè)為四等GNSS網(wǎng)，建立的掛靠在1980西安坐標(biāo)系下的獨(dú)立坐標(biāo)系有效的抵償了兩項(xiàng)投影改正（高程歸化和投影改化），實(shí)測邊長與坐標(biāo)反算邊長滿足了投影變形值5 cm/km（1/20000）的要求，最弱點(diǎn)定位中誤差±6.1 mm。

項(xiàng)目地處榆林毛烏素沙漠范圍，水準(zhǔn)測量難以實(shí)施，因而采用了三角高程測量方法建立了測圖高程控制網(wǎng)，觀測過程中采用了最為先進(jìn)的0.5″級測量機(jī)器人LeicaTS60和LeicaTCA2003，有效的減小人為操作帶來的誤差，提高控制網(wǎng)的測量精度。最弱點(diǎn)高程中誤差±25.47 mm，每千米高差中數(shù)偶然中誤差±2.51 mm。

地形圖測繪和定線測量階段對平面和高程精度要求為：平面±5 cm；高程為±5 cm（±h/20，h為基本等高距），因此本次測圖控制網(wǎng)的坐標(biāo)和高程測量精度滿足該項(xiàng)目勘測階段地形圖測繪和定線測量的要求。