GPS控制网的建立和在南水北调工程中的应用

　　摘要:根据水利专用控制网的布设特点，建立水利工程坐标系，并应用于南水北调征迁工程。
　　关键词：南水北调；GPS；控制网；应用。
　　1水利专用控制网的布设特点
　　1.1水利工程测量的分类
　　对于水利工程测量包括平面、高程控制测量；河道地形测量；河道纵、横断面测量；测时水位和历史洪水位的联测；某一河段瞬时水面线的测量；沿河重要地物的调查。
　　1.2水利高程控制网的分级
　　施工控制网应作为施工总平面图设计的一部分，设计点位时应充分考虑建筑物的分布、施工的程序、施工的方法以及施工场地的布置情况，将施工控制网点画在施工总平面图相应的位置上，并教育工地上的所有人员爱护测量标志。高程控制网一般也分两级，一级水准网与施工区域附近的国家水准点联测，布设成闭合(或附合)形式，称为基本网，基本网的水准点应布设在施工爆破区外，作为整个施工期间高程测量的依据。另一级是由基本水准点引测的临时性作业水准点，它应尽可能靠近建筑物，以便做到安置一次或二次仪器就能进行高程放样。高程控制的基本网是整个水利工程的高程基准，其基准点应稳定可靠，且能长期保存。为此，水准基点一般应直接埋设在基岩上。
　　1.3水利控制网点与面的建立
　　对于水利工程测量应根据河流的比降、落差、横断面形态变化等来确定，同时也要考虑各设计阶段的要求。在流域规划时期，水位点的间距可长一些。根据不同的比例尺要求，从0.4～2.5km不等。对于水面比降急剧变化的地段，应适当增设水位点。水位点的平面位置可根据地形图上的测站点或明显地物点用解析或图解支导线或图解交会法测定，其精度与编绘纵断面图时地形图上的平坦地区地物点的精度要求一致。为测定水面高程，首先沿河流建立统一的高程控制，然后再设立水位点进行水位观测。控制点的高程一般采用等级几何水准法测定，其精度要求视地形条件、水面比降和路径而定。横断面的位置一般可根据设计用途由设计人员会同测量人员先在地形图上选定。横断面的间距视河流大小和设计要求而定；断面基点应埋设在最高洪水位以上，并与控制点联测，以确定其平面位置和高程，作为横断面测量的平面和高程控制;横断面的编号可以从建筑物的轴线或支流入口处由上游向下游或由下游向上游按顺序统一编号，
　　2水利工程坐标系的建立
　　2.1GPS网点WGS–84坐标的计算
　　采用随机软件或商用软件对GPS网进行数据处理通过基线解算和WGS–84坐标系下的三维无约束平差计算，便可得到GPS网点WGS–84坐标和经纬度。当基线固定解的单位权中误差（RMS），模糊度检验倍率（Ratio），同步环及异步环闭合差，重复基线互差符合规范要求后，WGS–84坐标系下的三维无约束平差计算成果可来计算，GPS网点的站心坐标系坐标。
　　2.2GPS网点站心坐标的计算
　　选定一个GPS网点作为站心坐标系的原点P,根据三维无约束平差计算得到的GPS网点WGS–84坐标和经纬度，之后计算各网点在站心地平直角坐标系P﹣NEU中的坐标。
　　2.3GPS网点工程坐标系坐标的计算
　　根据挂靠点在国家坐标系中的坐标，挂靠方向在国家坐标系方位角和在站心坐标系的方位角，边长投影面高程H和站心地平面的高程HP，通过坐标变换公式将站心坐标系中的网点坐标变换成工程坐标系中的坐标。由于这种变换进行了坐标原点的平移和坐标轴的旋转变换，边长按比例缩放，所以GPS网进行的是一种相似变换。
　　3在南水北调工程中的应用
　　3.1在南水北调工程征迁调查中的应用
　　征迁调查工作的特点是涉及的省、市、县、乡、村较多，参加征迁调查工作的部门多，包括各级政府部门、水利部门、土地管理部门、林业部门等，以及设计人员、测绘人员、调查人员，一般一个征迁调查组人数可达十多人。这样，就对定位、测量有更高的要求。
　　3.2应用GPSRTK作业
　　通过大量工程实践，采用GPSRTK作业处理数据简单、准确、方便，操作中须提前完成以下工作任务：打开TSCe电子手薄运行TrimbleSurveyController软件，新建放样工作任务。在当前工作中键入已知点数据和设计的待放样线路，TrimbleSurveyController软件包件提供了灵活的线路输入方式供用户选择。
　　3.3现场工作
　　在征迁调查工程开始时，首先要架设基准站，即RTK测量的参考站，其功能是连续观测GPS卫星，并将观测数据通过发射电台即时发送给流动台，流动站可随时与其同步实时解算出测点坐标。
　　在已知点上架设好GPS接收机和天线，按要求连接好一切连线后，打开接收机，输入基准站的坐标、天线高。待电台指示灯显示发出通讯信号后，流动站即可开展工作。基准站接收机接收到卫星信号后，流动站即可开展工作。基准站接收机接收到卫星信号后，由卫星星历和测站已知坐标计算出测站至卫星的距离真距，用观测量伪距与计算值比较得到伪距差分改正数。伪距差分改正数和载波相位测量数据，以数据传输发射电台发送给流动站，一个基准站提供的差分改正数可供数个流动站使用。
　　启动流动站GPS接收机，在RTK线路放样模式下选择合适的方法按指示进行线路放样。
　　通过手薄建立项目，对流动站参数进行设置，该参数必须与基准站及电台相匹配，用已知点的平面和大地坐标进行点校正。在流动站位置，可以另处新建一个任务，也可以采用以前的任务，但是必须确保流动站任务的坐标系要同启动基准站任务的坐标系完全一致。接通流动站接收机和电台后,接收机在接到GPS卫星信号的同时,也接收到了由数据通讯电台发送来的伪距差分改正数和载波相们测量数据,这个过程所需时间不到1min,只要接受到5颗卫星和基准站的信息,测量人员即可在短时间内按菜单根据需要放样出点、直线或曲线。
　　RTK流动站放样及施测。在基准站、流动站设置好之后，RTK流动站开始工作，通过电子手薄控制器的显示屏窗口操作，在RTK固定的情况下进行实地坐标放样，即找出渠线用地左、右边桩的实地位置，作好标记以提醒埋设界桩，同时在有关土地行政管理部门的配合下现场实测用地范围内的地类边界点和权属边界点，采集的坐标数据直接存储到电子手薄中。
　　所放样和采集的坐标数据均保存在电子手薄中，每天及时将采集的坐标数据传输到计算机中，通过计算机及内业处理软件绘制和连接当天所测的地类、权属边界线，标出每一宗地的行政区划名称，作好阶段性小结，以便于最终内业绘制土地勘测定界图、计算分权属、地类面积及编写土地勘测定界技术报告书。
　　4GPS作业的优缺点
　　GPS在南水北调征迁中的应用，极大地减少了常规测量搬站次数，保证了土地勘测定界要求的精度，降低了劳动作业强度，提高了作业效率，既节省了时间和费用又简化了建设用地勘测定界的工作程序。在建设用地勘测定界、地籍测量及变更、土地利用管理等方面有着广阔的应用。
　　但使用过程中应注意以下事项：基准站应避开无线电信号干扰强烈的地区；电台发射天线要有一定的高度；为防止数据链丢失及多路径效应的影响，应避开大面积水域、大型建筑等反射物。
　　参考文献：
　　〔1〕 张正禄等编著．工程测量学．武汉：武汉大学出版社，2008
　　〔2〕 孔祥元郭际明主编．控制测量学上册．武汉：武汉大学出版社，2008
　　〔3〕姚楚光．布设GPS网建立工程坐标系的一种方法．水利水电测绘，2009（2），2～4