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浅析陕西省渭河干流控制网改造精度

  1 测区概况

  渭河干流中游段自宝鸡峡渠首,流经宝鸡、杨凌、咸阳至咸阳陇海铁路桥长约180 km,为平原型河流,平均比降1.24% ,水流缓慢散乱,沙洲浅滩较多; 测区地处渭河一、二级阶地,关中平原西部,地势平缓,平均海拔约450 m,部分南岸高坎相对高差约50 m 左右。整个测区除宝鸡城区段,咸阳城区段堤防背水侧分布大片居民地外,其他均远离居民地。南北两岸大堤均可通行车辆,交通便利。2015 年需对治理后的渭河防洪能力进行综合评估,重新确定警戒流量和保证流量,为防汛指挥调度提供科学依据。项目组收集到2011 年黄河设计公司测绘工程院施测的原有控制测量资料,平面为D 级、高程为四等,共82 个控制点,外业查勘后仅存35 个点,且分布极为不均造成项目区段控制点间距较大,无法满足直接测定断面基点和方向点、RTK 测量基站校核及断面测量要求,因此需在该网损毁桩志地段补设桩志45 个,以满足长期工程建设需求。

  2 静态GNSS 控制网观测与处理

  测区首级平面控制网以A 级G038( 宝鸡) 、B 级1345( 双照镇) 、1349( 横渠镇) ,C 级F194 上庙村) 等4 点为起算点,按边连式布网观测44 个埋石点,并连测现存12 个DBX 系列( 08、11、19、23、31、38、39、45、61、66、79、80 ) 组成新的河段D 级GNSS 控制网,全网共61 点。

  外业连测采用16 台华测X91 双频GPS 接收机分两组分别进行同步观测,在网的起始端、末尾端和中部进行了重复设站观测。全网共观测了13 个时段,每个时段观测60 分钟,观测时段数为1. 6。共观测基线231 条,重复基线60 条,形成同步环106 个,异步环106 个。内业平差采用华测CHC Geomatics Office( 简称CGO) 1.03b 数据后处理软件进行了基线解算。采用科傻( COSA)GNSS 测量数据处理通用软件包( V5. 13 ) 进行同步环、异步环、重复基线计算及网平差。网平差首先在2000 国家坐标系中以1349 点大地坐标为固定点进行三维无约束平差,以检验网的内符合精度,然后以1345、1349、F194、G038 为约束点,完成了二维约束平差。平差结果显示,各项指标均符合规范限差要求。

  1) 重复基线

  重复基线观测长度差值均小于限差,差值最大的基线为DZ68 ~ DZ69,占限差的43. 5%。差值最小的的基线为DZ73~ DZ74,占限差的0. 7%。

  2) 同步环

  同步环坐标闭合差、长度闭合差均小于限差,其中环长度闭合差最大为1349 ~ DZ44 ~ DZ49 ~ 1349,长度闭合差54. 8 mm,占限差的57. 6% ,相对精度2. 0 ppm。最小的为DZ74 ~ DZ73 ~ DZ71 ~ DZ74,长度闭合差0. 1 mm,占限差的0. 18% ,相对精度0. 01 ppm。

  3) 异步环

  异步环闭合差均小于限差,其中环闭合差最大为1394 ~DZ44 ~ DZ49 ~ 1394,占限差的6. 64% ,相对精度2. 0 ppm。环闭合差最小的DZ74 ~ DZ73 ~ DZ71 ~ DZ74,占限差的0.03% ,相对精度0. 01 ppm。

  4) 控制网精度

  平面最弱点DZ27 点位中误差± 0. 9 cm,最弱边为DZ01- DZ02,相对中误差为1 /64000。

  5) 新旧控制网平面精度比较分析

  平面整体网严密平差后,对连测原有12 个DBX 系列( 08、11、19、23、31、38、39、45、61、66、79、80 ) 点位进行比对分析,最大点位误差( DBX11 ) 为0. 043 m,最小点位误差( DBX11) 为0. 011 m,控制网精度良好稳定。

  3 高程控制网

  首级高程网利用三等以上水准点( Ⅲ咸宝16、Ⅰ宝鸡环43 – 1、Ⅰ永汉61、Ⅰ永汉58、Ⅲ扶槐8、Ⅰ永汉40、Ⅰ永汉25甲上) 为起算点,按照《国家三、四等水准测量规范》,连测45个埋石点和现存35 个控制点。外业连测采用4 台NA2 自动安平水准仪,分四个作业组同时施测。沿途连测了国家水准点,并在DBX38、DZ54 处进行两次跨河水准,组成四等水准结点网。全网共形成6 个结点,15 条附合线路,3 个闭合环线,路线全长408. 9 km。内业采用科傻( COSA) 地面测量工程控制测量数据处理通用软件包( Version 6. 0) 进行数据处理。路线全长408. 9 km。每公里高程测量的高差中误差7. 09 mm/km。经分析34 个重合高程点,在14 个高程检测路线分析,验证了5 个高程点( 与2011 年比较大于± H/20,即为± 50cm) 存在明显高程异常外,经外业查勘后,点位在这几年中受到外力挤压。高程控制网全网整体平差后,成果满足规范限差。

  4 成果应用通过对本次施测的渭河中游段平面高程控制网与黄河设计公司工程测绘院2011 年布设的渭河中游D 级网35 个公共点进行了成果对比分析,对比结果显示,水准测量中连测公共点的各重复测段( 检测段) 差值均小于规范规定的限差。因此,渭河中游段本次连测的控制点,高程均采用本次新测高程,平面采用新测坐标,未连测部分采用2011 年黄河设计公司测绘工程院施测的坐标。

  5 结语

  ( 1) 在平面整体网平差过程中,因科傻( COSA) 平差软件默认的仪器固定误差、比例误差和《水利水电工程测量规范》SL197 – 2013 存在差异,导致部分同步环、异步环超限。分析超限原因在于华测CGO 软件解算基线模式为单基线解模式,该解算结果无法反映同步观测基线间的统计相关性,无法充分利用观测数据之间的关联性,将对整体网平差产生不利影响。同时查阅国家GPS 规范老版本,老规范有GPS 等级仪器固定误差、比例误差的内容表述,建议作业人员在基线解算时考虑这一因素。

  ( 2) 本项目区域大,呈东西带状分布约180km,项目的生产成果为了与1: 10000 图保持平面位置统一,在平差计算中,确定其计算基准面为高斯投影面,中央中央子午线为108度。

  ( 3) 若后期干流中需要小型河道治理工程时,建议先在现在国家坐标系下平差,充分利用和发挥国家高等级控制成果。再考虑小型河道工程的地理状况,利用控制测量中地球椭球的数学投影变换原理,实地问题具体分析求算测区长度投影变形值。对于长度投影变形值大于5 cm/km 的测区,才考虑转变为挂靠坐标系。

  ( 4) 水电规范在其4. 3. 11 章节对挂靠坐标系的建立核心公式,建议可以采用EXECL 电子表格模板,以测区中点区域埋石点为挂靠中心,维持国家坐标方位,建立起适合测区的挂靠独立坐标。这样做优点在于即考虑了设计项目的小比例尺用图问题,有考虑了测区的长度投影变形,为水利水电设施、设备的建安提供了可靠基础。