魏海明

(福建安瀾水利水電勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福建 龍巖 364000)

0 前 言

全球定位系統(tǒng)(GPS)以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)著稱(chēng)，因此，GPS系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景。西藏林芝地區(qū)冰湖水電站規(guī)劃成梯級(jí)開(kāi)發(fā)，壩址距離一級(jí)廠房約8.5 km，壩后引用一段明渠進(jìn)洞，進(jìn)洞高程為3 917.50 m,多年平均流量8.43 m/s,采取明渠隧洞和壓力鋼管組合的引水方案，通過(guò)長(zhǎng)1.3 km的明渠和7.2 km的隧洞，把水引到電站廠房,集中落差約440 m,電站裝機(jī)容量為32 MW。為滿足設(shè)計(jì)和施工精度要求進(jìn)行布設(shè)了E級(jí)GPS網(wǎng)，GPS網(wǎng)布設(shè)成邊連式，高程采用GPS曲面擬合，通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量，三角高程方式聯(lián)測(cè)和GPS高程成果，并通過(guò)三種測(cè)量方法的成果進(jìn)行對(duì)比分析。

1 測(cè)量結(jié)果對(duì)比

1.1 控制網(wǎng)

根據(jù)測(cè)量控制學(xué)原理，把E級(jí)GPS網(wǎng)作為本工程一級(jí)控制網(wǎng)，盡量把控制點(diǎn)埋設(shè)在三個(gè)支洞口(壩址、壩址進(jìn)水口、廠房)附近。測(cè)區(qū)附近原有水準(zhǔn)點(diǎn)GPS4、B1,根據(jù)測(cè)區(qū)地形地貌條件和保證施工精度要求，在測(cè)區(qū)內(nèi)總共布設(shè)了9個(gè)GPS點(diǎn)作為E級(jí)控制網(wǎng)，三個(gè)支洞口和調(diào)壓井的8個(gè)GPS點(diǎn)作為下一級(jí)控制網(wǎng)，E級(jí)GPS控制點(diǎn)布設(shè)在公路兩旁，考慮到施工測(cè)量加密時(shí)的需要，每個(gè)GPS點(diǎn)不少于一個(gè)通視方向，并保證每條基線長(zhǎng)盡量相等。一級(jí)GPS網(wǎng)基線長(zhǎng)約為800 m，符合E級(jí)GPS網(wǎng)布設(shè)要求。

1.2 GPS網(wǎng)觀測(cè)

根據(jù)GPS網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)條件，用四臺(tái)華測(cè)X60型接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)(其標(biāo)稱(chēng)精度為：5 mm+2ppm×D)，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)平均都有二次以上的設(shè)站次數(shù)以保證GPS網(wǎng)的可靠性，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)盡量與多條基線相連，同一時(shí)段內(nèi)觀測(cè)時(shí)間不少于60分鐘，設(shè)置高度截止角不小于15度，數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間為5秒，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不少于4顆。在觀測(cè)過(guò)程使用專(zhuān)用功能菜單查看有關(guān)觀測(cè)的衛(wèi)星個(gè)數(shù)、電池指示燈，數(shù)據(jù)采集燈，PDOP值不大于6，滿足E級(jí)GPS網(wǎng)的測(cè)量作業(yè)的基本技術(shù)要求。

1.3 測(cè)量數(shù)據(jù)解算和精度對(duì)比

基線向量采用華測(cè)處理軟件包解算，GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理，基線向量網(wǎng)平差以及GPS網(wǎng)平差，解算出基線的RATIO最小為32，最大為99.9，滿足RATIO≥3的要求。采用自由網(wǎng)平差檢驗(yàn)網(wǎng)本身的內(nèi)部符合精度以及基線向量之間有無(wú)明顯的系統(tǒng)誤差和粗差。算出同步環(huán)坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差最大值是5.0ppm，環(huán)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差為7ppm,E級(jí)GPS網(wǎng)同步環(huán)坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差限差為6.0ppm，環(huán)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差限差為10.0ppm, 均符合E級(jí)GPS網(wǎng)精度要求，其最弱基線相對(duì)中誤差見(jiàn)表1。

表1 最弱基線邊中誤差表

E級(jí)GPS網(wǎng)網(wǎng)平差采用二維約束平差，以B1和GPS4作為已知坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)約束，采用平移、旋轉(zhuǎn)、縮放法，處理完進(jìn)行網(wǎng)平差結(jié)果檢驗(yàn)和GPS網(wǎng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，其最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為3.8 mm,符合E級(jí)平面控制網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不得大于10 mm的要求，見(jiàn)表2。

表2 GPS控制點(diǎn)各點(diǎn)點(diǎn)位精度 單位：m

1.4 基線向量長(zhǎng)比較

為了檢測(cè)基線向量經(jīng)平差后的邊長(zhǎng)差值，用萊卡T702全站儀(其標(biāo)稱(chēng)精度為：2 mm+2ppm)檢測(cè)了能通視的5條邊，其對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 基線長(zhǎng)對(duì)比表

2 GPS 高程測(cè)量

2.1 高程擬合

采用曲面擬合法，利用已知點(diǎn)B1、GPS4的高程作為起算點(diǎn) ，進(jìn)行二維約束平差，經(jīng)處理后單位權(quán)誤差為0.952，GPS控制點(diǎn)D1為高程最大中誤差點(diǎn)，其值為6.1 mm。

2.2 三角高程測(cè)量

2.3 四等水準(zhǔn)測(cè)量

經(jīng)過(guò)前期GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和三角高程測(cè)量后，綜合比較本水電站水準(zhǔn)線路擬布置成閉合線路的形式，由于起算點(diǎn)B1和GPS4分布在控制網(wǎng)的中間，為了水準(zhǔn)測(cè)量的便利，布置了兩條閉合線路，水準(zhǔn)點(diǎn)B1和GPS4上下游各布置一條。同時(shí)為了減少水頭損失，提高經(jīng)濟(jì)效益，滿足水利工程設(shè)計(jì)要求，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的起算點(diǎn)B1和GPS4先用蘇光DS3先進(jìn)行閉合線路的測(cè)量，先檢校這兩個(gè)點(diǎn)的高差閉合差，經(jīng)校核B1和GPS4水準(zhǔn)點(diǎn)高差閉合差符合規(guī)范后由這兩個(gè)點(diǎn)作為原始點(diǎn)，對(duì)首級(jí)GPS控制點(diǎn)進(jìn)行四等水準(zhǔn)測(cè)量校核。在測(cè)量過(guò)程中盡量保持前后視距離大致相等，其目的是消除水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸(即i角誤差)、大氣折光差、地球曲率引起的誤差。讀取讀數(shù)前，應(yīng)仔細(xì)對(duì)光以消除視差。每次讀數(shù)時(shí)，都應(yīng)精平，使氣泡吻合，并注意勿將上下絲看成中絲。在觀測(cè)過(guò)程中不得進(jìn)行粗平。在測(cè)量過(guò)程中，邊測(cè)量、邊記錄、邊檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超限后立即返測(cè)，直到本站觀測(cè)合格為止。

水準(zhǔn)測(cè)量高程，三角高程和GPS擬合高程的對(duì)比見(jiàn)表4。從表4可以看出，GPS擬合高程和三角高程可以達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求，可作為下一級(jí)控制測(cè)量和施工放樣測(cè)量使用。

表4 三者高程對(duì)比表

3 結(jié)束語(yǔ)

1)2016年5月西藏自治區(qū)林芝地區(qū)八一鎮(zhèn)冰湖水電站一級(jí)遂洞全線貫通，貫通平面誤差為7 cm，高程誤差為11 cm，從實(shí)踐和理論證明，在山區(qū)水利水電控制網(wǎng)中，采用GPS控制網(wǎng)和四等三角高程作為首級(jí)控制完全能滿足小水電的施工測(cè)量和設(shè)計(jì)要求。

2)高海拔山區(qū)小水電水頭高，遂洞長(zhǎng)，通視條件極差，低溫，采用水準(zhǔn)測(cè)量校核，利用GPS和全站儀結(jié)合的方法進(jìn)行布設(shè)控制網(wǎng)，GPS聯(lián)測(cè)的高程和三角高程測(cè)量可以達(dá)到水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。

3)GPS作為山區(qū)水電的首級(jí)控制，可以大大提高工作效率，嚴(yán)格控制隧洞坡降，提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益，在山區(qū)水利水電建設(shè)中的應(yīng)用有著廣泛和積極的意義。

[ID:009889]