浅析GPS控制网在辽河干流行洪能力分析中的应用

黄红日

（辽宁省水利水电勘测设计研究院辽宁沈阳110006）

浅析GPS控制网在辽河干流行洪能力分析中的应用

黄红日

（辽宁省水利水电勘测设计研究院辽宁沈阳110006）

本文结合在辽河干流上建立的C级控制网，对该平面控制网的点位布设、外业观测、基线处理、基线检核、平差计算及精度分析做了详细的描述。并对该工程布设的高程控制网的施测方法及布设方案做了简要介绍。利用得到的控制测量成果，采用G PS-RTK技术进行辽河河道断面测量，并利用南方CA SS9.0软件绘制断面图，提交设计人员进行辽河行洪能力分析。

平面控制网；高程控制网；G PS-RTK；断面测量

1 概述

辽河属于中国七大河流之一，在我国东北地区南部是最大河流。发源地从河北平泉县，流经河北省、内蒙古自治区、吉林省、辽宁省，在辽宁盘山县注入渤海。辽河从东、西辽河在福德店汇流后成为辽河干流，经双台子河从盘山入渤海，本文建立的控制网处于辽河干流。

随着辽河沿岸国民经济建设的迅速发展，许多涉及辽河河道的工程如桥梁建设、水库大坝建设、取沙、滩地种植等对河道水流产生的影响越来越严重，影响了河道的防洪能力,原有规划不能完全满足现有的河道管理现状，因此，需对辽河现状河道的行洪能力进行重新分析。

辽宁省水利水电勘测设计研究院自建院以来进行辽河流域测量时总是分段布网，本文所述建立的C级控制网上起昌图县福德店，下游至入海口，控制网网系长度为315km，为历年来笔者单位测量辽河流域布设的最大型控制网，实现了辽河控制网的统一，为以后辽河沿岸的建筑物施工、行洪能力分析带来便利。

本文结合对辽河干流上建立的C级平面控制网、高程控制网得到的基础测量成果，对该控制网成果进行了分析。并利用得到的控制成果采用南方灵锐S86T GPS接收机分十段做七参数进行辽河河道断面测量，为设计人员提供基础测量成果对辽河进行行洪能力分析。

2 GPS控制网的建立

2.1 技术要求

本控制网等级为C级，坐标系统采用1954年北京坐标系，中央子午线123度。

2.2 控制点布设

本工程主要是对辽河上游昌图县福德店至下游入海口的河流段进行行洪能力分析提供基础数据，在辽河两岸布设控制网点，网点间距在15km～20km之间，点位选择在不影响观测精度的情况下，在辽河两岸堤防管理所及水文站埋设控制点，这样便于控制点永久保存。选点的过程中，严格遵守了《全球卫星定位系统GPS测量规范》第7章7.2“点位基本要求”所列条款。本控制网网系长度为315km，选用边连式构网，控制网点位布设情况详见图1：

图1 辽河干流GPS控制网示意图

2.3 GPS网观测

GPS网按C级精度施测，即全网最弱相邻点边长相对中误差小于1/12万，约束点间的边长相对中误差小于1/25万。控制网测量采用Leica SR530和Leica GS15及Trimble R7等10台双频GPS卫星接收机同步观测，标称精度：± (5+1ppm×D)mm。GPS外业观测采用静态相对定位的方式。

2.4 基线处理

在进行基线解算前，对外业采集的数据，包括测站名、天线高输入是否正确、卫星信号是否正常、有效观测时段是否满足等进行了全面检查，未发现错误。

基线解算采用Leica GPS处理软件LEICA LGO 7.0进行，采用广播星历，双频相位观测值L1、L2的双差组合观测量，GPS网的基线结果都采用双差固定解。

2.5 基线检核

（1）重复观测边的检核

同一条基线观测了多个时段，则可得到多个边长结果。对于重复观测边任意两个时段的成果互差，均应小于相应等级规定精度，即：ds≤σ＝94.8mm

本GPS网中重复观测边任意两个时段的成果互差最大值为10mm（LH15～LH18），满足限差要求。

式中：σ——基线长度中误差（mm）；

a——固定误差（mm）；

b——比例误差系数（mm/km）；

符合下式：

本控制网中W(x、y、z)max=32.2mm，Wmax=59.4mm,均满足限差要求。

2.6 控制网中误差计算

按照《工程测量规范》规定，GPS控制网需要对全网整体的观测精度进行评价。

控制网的测量中误差按照下式计算：

式中：

m——控制网的测量中误差（mm）；

N——控制网中异步环的个数；

n——异步环的边数；

W——异步环全长闭合差（mm）。

并满足m≤σ（σ由a、b及平均边长计算，意义同前）的要求。

按照本网平均边长(16.1km)计算，σ=33.6 mm，由99个异步环按照上式计算得m=4.1mm。显然，m≤σ,完全满足规范的规定。

2.7 GPS网平差计算

2.7.1 WGS-84大地坐标系三维无约束平差

采用GPS网平差处理软件PowerADJ4.0进行GPS网的三维无约束平差，求出网中各点在WGS-84坐标系下的三维坐标，以及各基线向量的改正数和精度信息。

在无约束平差中，基线分量的改正数绝对值（V△x、V△y、V△z）应满足下式:

V(△x、△y、△z)≤3σ=100.6mm

本控制网无约束平差中V(△x、△y、△z)最大值为34.3mm（DTZ～LH20）。

WGS84三维无约束平差精度统计：边长相对中误差最小值为1/100000万(边LH2～LH5),最大值为1/162万(边NMS～LH3)，平均边长相对中误差为1/50081万。

2.7.2 北京54坐标系二维约束平差

首先对采用的国家三角点的兼容性进行了计算比较，经比较采用大坨子（DTZ）和小后窑（JJZ）两点作为起算点，解算出其他三角点的地方坐标与其已知数据相比相差最小，即利用其两点进行地方坐标系的二维约束平差，将GPS的观测结果转换到地方坐标系。

约束平差中，基线分量改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差的绝对值（dV△x、dV△y、）应满足下式要求:

dV(△x、△y)≤2σ=67.1mm

本控制网约束平差中dV(△x、△y)最大值为22.6mm（DTZ～LH20）。

北京54二维约束平差精度统计：边长相对中误差最小值为1/5663万(边LH12～DTZ),最大值为1/327万(边LH21～LH22),平均边长相对中误差为1/2995万。最弱点点位中误差5.4mm（LH21）。

综上所述，该GPS网的二维约束平差成果精度完全达到C级GPS网的精度要求。

3 高程控制测量

本工程高程控制网采用1985国家高程基准，高程等级为三等。水准测量采用单路线双转点法，利用国家水准点Ⅰ盘海2、Ⅰ哈沈87、Ⅰ沟沈11-1、Ⅰ赤沈122作为高程控制起算点，布设一个水准网，为确保网的整体精度，在水准网内又布设了14个水准闭合环。水准网的每公里偶然中误差MΔ=0.7mm＜3mm，全中误差Mw=4.87mm＜6mm。满足《国家三、四等水准测量规范》要求。

图2 断面图示例

4 河道断面测量及断面图绘制

利用得到的控制成果采用南方灵锐S86T GPS接收机分十段做七参数进行辽河河道断面测量，在施测过程中做好记录手簿，并在作业前做好已知点检核工作。横断面碎部测量以真实反映地形变化为原则，按1：1000精度施测，地面点间距离一般不大于30m，地形变化比较大的地方进行加密测量，地形较平坦的点间距离可少稀疏些，并注明植被情况。本工程断面测量时是冬季，辽河河道水面已结冰。河道水下测量采用打冰眼铅垂量深的方法，水下测点平坦地段点间距不大于30m，复杂地形点进行适当加密，且不遗漏深泓点。本工程共测量河道断面657km/225条，为辽河行洪能力分析提供充足的数据。断面成果采用EXCEL办公软件制作，将断面成果处理成为标准格式的“.*hdm”文件，将“.*hdm”文件导入CASS9.0成图软件，输出断面图，断面图示例如图2。

5 结论及建议

（1）本工程布设的C级GPS网完成辽河行洪能力分析测量任务，充分体现了GPS技术的先进性及高效性，缩短了设计周期，降低了设计成本。

（2）本工程布设的控制网实现了辽河流域控制网的统一，点位选择在堤防管理所及水文站内便于控制点永久保存，并为辽河沿岸的施工带来便利。

（3）采用GPS-RTK技术进行断面测量，只需要将设计部门提供的断面基点坐标输入测量仪器手簿，即可直接根据手簿上显示的方向和偏移量测量断面上的地物点，提高了工作效率。陕西水利

[1]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

[2]周忠漠.GPS卫星测量原理及应用[M].北京：测绘出版社，2002.

[3]全球卫星定位系统GPS测量规范[S].北京：中国地图出版社，2001.

[4]工程测量规范[S].北京：中国计划出版社，2001.

[5]全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].北京：测绘出版社，2010.

[6]国家三、四等水准测量规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

（责任编辑：畅妮）

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