1、关于 GPS 在水利工程平面控制测量中边长改正问题的探讨关于 GPS 在水利工程平面控制测量中边长改正问题的探讨张延安等 101【水利施工】关于 GFS 在水利工程平面控制测量中边长改正问题的探讨张延安,成永强,时庆军(内蒙古自治区水利水电勘测设计院测绘处,内蒙古呼和浩特 010020)摘要GPS 测量以其高精度,全天候,高效率,多功能 ,操作简便等优越性被广泛应用于大地测量,工程测量,航空摄影测量以及变形监测等测绘领域.然而,GPS 测量解算后的网点间的边长不象采用光电测距仪所测边长一样为工作面上的线长,故在工程测量过程中存在着投影长度变形值超出设计,施工放样的精度要求问题.文章仅就 GPS
2、 测量坐标系及投影在水利工程平面控制测量中边长改正问题方面谈一下自己在工作中的一点体会.关键词GPS 测量;坐标系统;工程控制网;投影中图分类号:P228.4 文章标识码:B 文章编号:10090088(2008)0101021GPS 测量在水利工程平面控制测量中常用坐标系统1.11984 年世界大地系统(wGS 一 84 坐标系)该坐标系是地心坐标系,其椭球参数为 a=6378137m;扁率 f=1/298,257223563.1.21954 年北京坐标系该坐标系是参标系,采用的椭球参数为 a=6378245m,f=1/298.2573536.1.31980 年西安坐标系该坐标系采用的地球椭
3、球参数的 4 个几何和物理参数,采用了 1975 年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会的推荐值,即:a=6378140m,f=1/298.257.该坐标系是参心坐标系.1.4 独立坐标系(1)高斯正形投影任意带平面直角坐标系统;(2)经一个国家大地点的坐标和该点至另一个大地点的方位角作为起算数据的相对独立坐标系统.2 坐标系统的转换在工程测量中采用 GPS 卫星定位系统采集到的数据是 WGS 一 84 坐标数据,而目前我们测量成果普遍采用的是 1954 年北京坐标系,1980 年西安坐标系或任意平面直角坐标系为基础的坐标数据,因此必须将 wGS 一 84 坐标转换到上述坐标系.水利工程枢
4、纽地区的控制测量是为了满足施工,设计的需要,要求成果反算边长与实地边长相符合,也就是要将 GPS 网点问的边长归算到测区平均高程面或任务书要求的高程面上的高程归化和高斯正形投影的距离改化的总和(即控制网点问的长度变形)限定在一定数值范围内,以使其影响可以忽略不计.而往往某项工程方案的制定,可行性研究阶段的设计是在国家 1/5 万,1/1 万地形图上进行的.在此阶段的测量成果大部分都统一到国家坐标系统.但是,当项目进入初步设计,施工图阶段时再完全利用国家坐标系统进行测量工作则控制网点问的投影变形将不能满足规范的要求.3 应用实例3,1 工程概述文章涉及的工程项目是某集团公司在内蒙古地区赤峰市境内
5、投资修建的一座以供水为主要作用并兼有水利发电,取水泵站,加压泵站等功能的综合性项目.工程枢纽区属两山夹一沟地形,山地面积占 4/5,高差约 70m.山坡植被茂盛,地形复杂,通视较困难.测区附近国家三角点破坏严重.测区内已有 1994 年我院可行性研究阶段所做 1/500 坝址地形图,四等水准线路及 5“级五等导线点.但由于时间间隔较长,破坏严重,可利用的控制点只有两个四等水准点(IV4,IV5) 和一个五等导线点 IV4.以上所有成果均已投影在测区平均高程面 1050m 上.3.2GPS 测量的主要技术依据(1)设计依据:GPS 测量的技术设计主要依据GPS 全球定位系统测量规范:水利水电工程
6、测量规范(规划设计阶段)SL197-97;水利水电工程施工测量规范DL/r5173-2003; 本次作业的测量任务书.(2)设计精度: 根据测区情况及工程对控制网的要求,选择 C 级 GPS 网作为测区首级控制网.要求网内最弱边相对中误差小于 1/80000.GPS 接收机标称精度的固定误差 a15mm, 比例误差系数 b20X102 内蒙古水利 2008 年第 1 期(总第 113 期)10 一.(3)设计基准及网形:考虑到可行性研究阶段所做坝址 1/500 地形图的重复利用,决定采用相对独立的平面坐标系统,首级控制网投影到测区平均高程面1050m 上,网点间投影后线长与实测线长应满足 1/
7、40000 的精度要求.设计网形如图 1 所示.采用四台GPS 接收机观测,网形布设成边连式.图 1 设计图形(4)边长校测数据测量:采用 Lica702 全站仪对向观测两测回.观测时准确量取仪器高,棱镜高,气象参数,并设置在仪器中使观测边长为经气象,倾斜改正后之平距.3.3GPS 测量的数据处理(1)1954 年北京坐标系数据的获取 GPS 网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段,采用随机软件完成.经基线解算,质量检核和网平差后的到 GPS 控制点的 1954 年北京坐标系坐标,其各项精度指标满足C 级网精度要求.但解算网点间线长与实测线长不满足规范及设计精度要求.见表 1.表 1GPS 测
8、量指标值(2)GPS 网投影到测区平均高程面 1050m 上.由于以上解算得到了各网点的 1954 年北京坐标系坐标,但其投影高度在高斯平面上,即边长投影只解决了高斯正形投影变形的影响,但尚未解决高程投影的影响,故根据水利水电工程测量规范(规划设计阶段要求),对 GPS 网进一步做高程投影工作 .由于 IV4 为可行性研究阶段所作的五等导线点,为使设计成果的统一,故将 IV4 点坐标作为投影基准.利用上述已获得的 IV4 点北京坐标系坐标和两国家已知点成果,分别反算其边长 D 及方位角 a,并将其边长分别作以下几步投影改正:将高斯平面上的长度 D.归算到参考椭球面上:Dl(1+其中y 一两端点
9、横坐标之差,m;测距边两端点横坐标平均值,m;R参考椭球面上测距边中点的平均曲率半径,m.将参考椭面上的长度 D 归算到测区平均高程面上D2(1 一其中 H 一该边长高出大地水准面的平均高程,m;h测区大地水准面高出参考椭球面的高差,m;R 一所在法截线的曲率半径,m.将测区平均高程面上的边长 D 归算为两点问水平距离:HHD=D3(1 十)瓜 A其中 H测区平均高程面高程.至此已将 IV4 到两三角点的边长归算为两点间的水平距离.利用该水平距离 D4 及反算的方位角a,以解算)4 点坐标为起算数据作坐标正算 ,可分别求得两三角点投影到测区平均高程面上的坐标.将投影后的两三角点坐标数据作为已知
10、数据,重新对GPS 网做约束平差处理后即可得到 GPS 网点在测区平均高程面上的坐标.投影后边长比较见表 2.表 2 投孑 L 层边长4 结束语根据规范的要求和实际工作的需要,同一工程的不同设计,施工阶段均应采用同一坐标系统.在每个水利项目进行规划设计阶段测绘的同时就应该考虑到后续测量工作投影面的选择问题.采用 GPS 技术进行控制测量尤其要注意投影方法及投影高度的选择,方法正确,投影高度选择适当才能得到高精度成果数据.参考文献I水利水电工程测量规范( 规划设计阶段)SL19797M.中国水利水电出版社(编校:郭宝丽)收稿日期:20071125作者简介:张延安(1962 一).男,高级工程师.现任测绘专业总工程师.
