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【摘 要】 对嘉陵江亭子口水利枢纽施工控制网的复测设计、实施等方面进行论述，介绍以GPS网为主、精密测量部分地面边为辅进行高精度平面控制，以水准测量为主、电磁波测距代三角高程为辅进行高程控制的实施方法和经验。
【关键词】 施工控制网;GPS;地面边
Design And Implementation The Construction Control
Network Repetition of TingZiKou Hydroproject
Zhou JunFeng
（China's hydropower consulting group zhongnan survey design and research institute co.， LTD， ChangSha HuNan，410014）
【Abstract】 This paper introduces the relation on design and implementation the construction control network repetition of TingZiKou Hydroproject. To expound of combination network of GPS and high precise distance measurements is proposed for horizontal control network.， leveling survey and electromagnetic distance measurement of trigonometric leveling is proposed for elevation control in detail.
【Key Words】 construction control network， GPS， distance
1 概述
嘉陵江亭子口水利枢纽工程位于四川省广元市苍溪县境内，坝址距苍溪县城陵江镇上游约15km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城乡供水为主，兼顾发电、航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。
水库正常蓄水位458m，死水位438m，设计洪水位461.3m，校核洪水位463.04m，总库容40.67亿m3。水库预留防洪库容10.6亿m3（非常运用时为14.4亿m3），可灌溉农田292.14万亩，电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级。
嘉陵江亭子口水利枢纽坝轴线总长995.4m，坝顶高程465m，最大坝高115m。枢纽布置为：河床中间布置9个表孔、5个底孔及消能建筑物，底孔（兼作排砂孔）布置在表孔左侧，河床左侧布置坝后式电站厂房，河床右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段。
2 施工控制网的复测设计
2.1平面控制网的复测设计
坝区首级施工控制网复测采用二等GPS和地面测边联合布网方案。亭子口水利枢纽首级施工控制网由TZ01～TZ13及TK01～TK05共计18个点组成。复测采用二等GPS对其进行测量，并加测部分地面边长。边长测量使用TC2003全站仪（标称精度为±（1+1×10-6D）mm，0.5″）按二等测边精度施测。
二等GPS测量观测网形见图2.1-1。
图2.1-1 二等GPS测量观测网形
2.2高程控制网的复测设计
亭子口水利枢纽首级施工网的高程控制网复测由一个二等水准网和一个光电测距代三等水准高程网组成，二级布设。
2.2.1二等水准网布置
首次观测时所有网点均按二等水准要求测高程（包括所有平面网点），复测将左岸5个水准点、右岸3个水准点及原国家二等水准点K-BM-99及平面网的部分网点联成闭合环，跨河水准设在嘉陵江大桥下游侧过河，按《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）中有关二等水准测量精度标准和要求进行施测。水准网布置见图2.2-1。
图2.2-1 水准网布置图
2.2.2光电测距代三等水准高程网布置
由于平面网的边较长，为了保证平面网的高程精度，二等平面施工控制网高程测量采用二等水准和光电测距代三等水准高程网相结合的方法进行。即用二等水准直接联测TZ05、TZ06、TK01、TK03、TK04、TK05、TZ01、TZ03、TZ11、TZ13共10个平面网点的高程，平面控制网的其余8个点的高程采用光电测距代三等水准方法（按二等测距边要求）进行观测，二等光电测距边经过优化后布置见图2.2-2。
图2.2-2 二等光电测距边布置图
3 测量实施
3.1二等GPS网观测
GPS观测采用4台徕卡RTKGPS1230双频接收机同步进行观测，接收机相位一致性≤1mm，静态测量实测标准偏差满足±（3mm+0.5ppm）。采用观测模式为静态测量，每时段至少同步观测2小时，每点不少于2个观测时段。有效同步观测卫星数都在5颗以上，卫星截止高度角15°，数据采样间隔为15″，PDOP值小于5，没有进行气象元素的测定。外业观测数据以观测日期建立目录，每天的观测数据在同一目录下每个接收机数据保存在一个文件夹里，以便于管理。
3.2二等水准网观测
二等水准网观测采用天宝DiNi0.3mm电子水准仪及配套数码铟瓦水准标尺观测，每天水准测量前均进行i角检查，最大值为-6.01〞，满足规范要求。
观测按《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006中有关二等水准测量要求进行，记录为仪器自动记录。左岸以K-BM-099为起点，经TZ06S、TZKⅡ5、STK3、STK4、STK2、STK1、TK01S、BM1形成环线进行1个往返观测;右岸以BM2为起点，经TK03S、TZKⅡ8、TZ13S、TZ11S、TK04S、TZ01S、TZ03S、TZKⅡ6、TK05S、TZKⅡ7、TZ05S形成环线进行1个往返观测;过河水准BM1至BM2进行2个往返观测，水准路线总长为18.3km。（注：TZ××S、TK××S为平面网标墩的水准标志） 3.3电磁波测距边及天顶距观测
观测采用TC2003全站仪（其标称精度为测距：±（1mm+1ppm），测角：±0.5″）进行观测，共测边29条。测边按《水电水利工程施工测量规范》DL/T5173–2003中有关规定进行。边长测量前后测站、镜站均记录温度、气压，并根据温度、气压检定结果进行修正;天顶距对向观测，中丝法各4测回。
4 计算分析
4.1电磁波测距边长及高差计算
边长改化及高差计算采用中南院编制的Excel表对观测边长进行测距仪加常数、乘常数、周期误差，温度、气压、二差改正及倾斜改正并计算高差，边长最后归算至412m高程面上。
4.2平面控制网平差
GPS观测基线利用随机商用软件LEICAGeoOffice自动解算，平面控制网的的平差采用“科傻GPS数据处理系统”软件进行。
三维无约束平差：中央子午线为：105°0′，采用1个固定点（TZ01，采用该点在WGS-84坐标系的单点定位成果）在WGS84椭球上投影，进行三维自由网平差。
二维联合平差：平面控制网起算数据采用与首次观测同样的起算数据，以TZ01为固定点，TZ01→TZ02为固定方向，并加入了高精度全站仪施测的边长，将这些边长投影至412m高程面上所得平距与基线数据进行联合平差，得到412m高程面上的平差结果。
二等平面网共测GPS基线61条，复测基线16条，由平差软件自动处理，组成环线30个，各项特征值均在限养之内。具体的复测基线较差及环线闭合差特征值见表4.2-1、表4.2-2、表4.2-3、表4.2-4。
表4.2-1 复测基线较差特征值表
复测基线名 长度（m） 长度闭合差（m） 允许值（m） 备注
TZ02～TZ01 1036.8639 0.0022 0.0262 长度闭合差最小
TK01～TZ13 1091.5789 0.0111 0.0259 长度闭合差最大
表4.2-2 复测基线较差特征值分析表
复测基线较差Δ （0～1/3）Δ允 （1/3～2/3）Δ允 （2/3～1）Δ允 合格
复测基线个数 13 3 0 16
百分比 81.25% 18.75% 0% 100%
表4.2-3 环线闭合差特征值表
环名 长度（m） 环闭合差
（mm） 允许值
（mm） 备注
TZ09～TZ05～TZ07 1350.19 6.02 43.92 最短环
TZ02～TK04～TZ12 3185.73 0.42 47.13 最长环
TZ01～TK04～TZ12 3001.99 0.00 46.88 闭合差最小
TK04～TK01～TZ12 2906.62 16.20 46.69 闭合差最大
表4.2-4 环线闭合差特征值分析表
闭合差Δ （0～1/3）Δ允 （1/3～2/3）Δ允 （2/3～1）Δ允 合格
环线个数 28 2 0 30
百分比 93.33% 6.67% 0% 100%
平面控制网二维联合平差后的最弱点TZ09点位中误差为：2.8mm，最弱边TK01-TZ12的边长相对中误差为：1/196000，平均边长相对中误差为：1/771245。满足规范要求的最弱点点位中误差小于5mm，最弱边边长相对中误差小于1/150000，平均边长相对中误差小于1/250000的要求。
4.3高程控制网平差
4.3.1二等水准网平差
水准测量取往返测高差平均值后，对各测段高差进行水准标尺标准长度改正（不进行正常水准面不平行改正）。根据测段往返测不符值计算的每公里水准测量偶然中误差M△=±0.57mm<±1.0mm。
二等水准路线以K-BM-099为起算点，水准点间高差以取其往返测高差平均值作为该段高差的平均值，采用平差软件为“科傻控制测量数据处理系统98版”。平差后的每公里高差中数全中误差Mw=±1.27mm/km<±2mm/km（允许值）。
4.3.2三等三角高程网平差
三等高程网采用按二等水准要求测量并经平差计算后的二等高程点作为起算点。使用Excel计算表求得相应网点间的高差，用“科傻控制测量数据处理系统98版”进行平差。计算的12个环闭合差特征统计见表4.3.2。
表4.3.2 三等三角高程网环线闭合差特征统计表
闭合差Δ （0～1/3）Δ允 （1/3～2/3）Δ允 （2/3～1）Δ允 合格
环线个数 8 4 0 12
百分比 66.67% 33.33% 0% 100%
高程环线闭合差分布正常，平差后的每公里高差中数全中误差Mw=±4.3mm/km<±6mm/km（允许值），满足规范要求。平差后的高程中误差最大为：±3.98mm（TZ09）。
5 结语
亭子口水利枢纽施工控制网采用以GPS网为主、精密测量地面边为辅的联合网方案，其精度完全能满足规范要求，且比常规地面网节省时间和经费，比单独的GPS网精度高。
高程控制网采用二级布设，对部分二等平面控制网点的高程采用三等电磁波测距代三角高程测定，节约的时间和劳动强度，其余二等平面控制网点和水准点采用高精度电子水准仪进行高程测量，为后续的高精度观测创造了有利条件。
亭子口水利枢纽施工程控制网复测的设计与实施严格按规范要求进行，成果正确可靠，能满足后续施工需要。为今后各种大型工程的施工控制网高精度、低成本的布设和复测积累了经验。随着GPS技术应用于高精度施工控制网在全国的推广和应用，它必将发挥更大的社会和经济效益。
参考文献：
[1]谢年生，彭凤龙，吕耕超.从向家坝看大型水利枢纽工程高精度施工平面控制网设计.2007湖南水电科普论坛2007
[2]万三军，张天明，蔡建新.顶山隧洞GPS施工控制网的设计及实施.水利水电测绘2005.01
【关键词】 施工控制网;GPS;地面边
Design And Implementation The Construction Control
Network Repetition of TingZiKou Hydroproject
Zhou JunFeng
（China's hydropower consulting group zhongnan survey design and research institute co.， LTD， ChangSha HuNan，410014）
【Abstract】 This paper introduces the relation on design and implementation the construction control network repetition of TingZiKou Hydroproject. To expound of combination network of GPS and high precise distance measurements is proposed for horizontal control network.， leveling survey and electromagnetic distance measurement of trigonometric leveling is proposed for elevation control in detail.
【Key Words】 construction control network， GPS， distance
1 概述
嘉陵江亭子口水利枢纽工程位于四川省广元市苍溪县境内，坝址距苍溪县城陵江镇上游约15km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城乡供水为主，兼顾发电、航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。
水库正常蓄水位458m，死水位438m，设计洪水位461.3m，校核洪水位463.04m，总库容40.67亿m3。水库预留防洪库容10.6亿m3（非常运用时为14.4亿m3），可灌溉农田292.14万亩，电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级。
嘉陵江亭子口水利枢纽坝轴线总长995.4m，坝顶高程465m，最大坝高115m。枢纽布置为：河床中间布置9个表孔、5个底孔及消能建筑物，底孔（兼作排砂孔）布置在表孔左侧，河床左侧布置坝后式电站厂房，河床右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段。
2 施工控制网的复测设计
2.1平面控制网的复测设计
坝区首级施工控制网复测采用二等GPS和地面测边联合布网方案。亭子口水利枢纽首级施工控制网由TZ01～TZ13及TK01～TK05共计18个点组成。复测采用二等GPS对其进行测量，并加测部分地面边长。边长测量使用TC2003全站仪（标称精度为±（1+1×10-6D）mm，0.5″）按二等测边精度施测。
二等GPS测量观测网形见图2.1-1。
图2.1-1 二等GPS测量观测网形
2.2高程控制网的复测设计
亭子口水利枢纽首级施工网的高程控制网复测由一个二等水准网和一个光电测距代三等水准高程网组成，二级布设。
2.2.1二等水准网布置
首次观测时所有网点均按二等水准要求测高程（包括所有平面网点），复测将左岸5个水准点、右岸3个水准点及原国家二等水准点K-BM-99及平面网的部分网点联成闭合环，跨河水准设在嘉陵江大桥下游侧过河，按《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）中有关二等水准测量精度标准和要求进行施测。水准网布置见图2.2-1。
图2.2-1 水准网布置图
2.2.2光电测距代三等水准高程网布置
由于平面网的边较长，为了保证平面网的高程精度，二等平面施工控制网高程测量采用二等水准和光电测距代三等水准高程网相结合的方法进行。即用二等水准直接联测TZ05、TZ06、TK01、TK03、TK04、TK05、TZ01、TZ03、TZ11、TZ13共10个平面网点的高程，平面控制网的其余8个点的高程采用光电测距代三等水准方法（按二等测距边要求）进行观测，二等光电测距边经过优化后布置见图2.2-2。
图2.2-2 二等光电测距边布置图
3 测量实施
3.1二等GPS网观测
GPS观测采用4台徕卡RTKGPS1230双频接收机同步进行观测，接收机相位一致性≤1mm，静态测量实测标准偏差满足±（3mm+0.5ppm）。采用观测模式为静态测量，每时段至少同步观测2小时，每点不少于2个观测时段。有效同步观测卫星数都在5颗以上，卫星截止高度角15°，数据采样间隔为15″，PDOP值小于5，没有进行气象元素的测定。外业观测数据以观测日期建立目录，每天的观测数据在同一目录下每个接收机数据保存在一个文件夹里，以便于管理。
3.2二等水准网观测
二等水准网观测采用天宝DiNi0.3mm电子水准仪及配套数码铟瓦水准标尺观测，每天水准测量前均进行i角检查，最大值为-6.01〞，满足规范要求。
观测按《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006中有关二等水准测量要求进行，记录为仪器自动记录。左岸以K-BM-099为起点，经TZ06S、TZKⅡ5、STK3、STK4、STK2、STK1、TK01S、BM1形成环线进行1个往返观测;右岸以BM2为起点，经TK03S、TZKⅡ8、TZ13S、TZ11S、TK04S、TZ01S、TZ03S、TZKⅡ6、TK05S、TZKⅡ7、TZ05S形成环线进行1个往返观测;过河水准BM1至BM2进行2个往返观测，水准路线总长为18.3km。（注：TZ××S、TK××S为平面网标墩的水准标志） 3.3电磁波测距边及天顶距观测
观测采用TC2003全站仪（其标称精度为测距：±（1mm+1ppm），测角：±0.5″）进行观测，共测边29条。测边按《水电水利工程施工测量规范》DL/T5173–2003中有关规定进行。边长测量前后测站、镜站均记录温度、气压，并根据温度、气压检定结果进行修正;天顶距对向观测，中丝法各4测回。
4 计算分析
4.1电磁波测距边长及高差计算
边长改化及高差计算采用中南院编制的Excel表对观测边长进行测距仪加常数、乘常数、周期误差，温度、气压、二差改正及倾斜改正并计算高差，边长最后归算至412m高程面上。
4.2平面控制网平差
GPS观测基线利用随机商用软件LEICAGeoOffice自动解算，平面控制网的的平差采用“科傻GPS数据处理系统”软件进行。
三维无约束平差：中央子午线为：105°0′，采用1个固定点（TZ01，采用该点在WGS-84坐标系的单点定位成果）在WGS84椭球上投影，进行三维自由网平差。
二维联合平差：平面控制网起算数据采用与首次观测同样的起算数据，以TZ01为固定点，TZ01→TZ02为固定方向，并加入了高精度全站仪施测的边长，将这些边长投影至412m高程面上所得平距与基线数据进行联合平差，得到412m高程面上的平差结果。
二等平面网共测GPS基线61条，复测基线16条，由平差软件自动处理，组成环线30个，各项特征值均在限养之内。具体的复测基线较差及环线闭合差特征值见表4.2-1、表4.2-2、表4.2-3、表4.2-4。
表4.2-1 复测基线较差特征值表
复测基线名 长度（m） 长度闭合差（m） 允许值（m） 备注
TZ02～TZ01 1036.8639 0.0022 0.0262 长度闭合差最小
TK01～TZ13 1091.5789 0.0111 0.0259 长度闭合差最大
表4.2-2 复测基线较差特征值分析表
复测基线较差Δ （0～1/3）Δ允 （1/3～2/3）Δ允 （2/3～1）Δ允 合格
复测基线个数 13 3 0 16
百分比 81.25% 18.75% 0% 100%
表4.2-3 环线闭合差特征值表
环名 长度（m） 环闭合差
（mm） 允许值
（mm） 备注
TZ09～TZ05～TZ07 1350.19 6.02 43.92 最短环
TZ02～TK04～TZ12 3185.73 0.42 47.13 最长环
TZ01～TK04～TZ12 3001.99 0.00 46.88 闭合差最小
TK04～TK01～TZ12 2906.62 16.20 46.69 闭合差最大
表4.2-4 环线闭合差特征值分析表
闭合差Δ （0～1/3）Δ允 （1/3～2/3）Δ允 （2/3～1）Δ允 合格
环线个数 28 2 0 30
百分比 93.33% 6.67% 0% 100%
平面控制网二维联合平差后的最弱点TZ09点位中误差为：2.8mm，最弱边TK01-TZ12的边长相对中误差为：1/196000，平均边长相对中误差为：1/771245。满足规范要求的最弱点点位中误差小于5mm，最弱边边长相对中误差小于1/150000，平均边长相对中误差小于1/250000的要求。
4.3高程控制网平差
4.3.1二等水准网平差
水准测量取往返测高差平均值后，对各测段高差进行水准标尺标准长度改正（不进行正常水准面不平行改正）。根据测段往返测不符值计算的每公里水准测量偶然中误差M△=±0.57mm<±1.0mm。
二等水准路线以K-BM-099为起算点，水准点间高差以取其往返测高差平均值作为该段高差的平均值，采用平差软件为“科傻控制测量数据处理系统98版”。平差后的每公里高差中数全中误差Mw=±1.27mm/km<±2mm/km（允许值）。
4.3.2三等三角高程网平差
三等高程网采用按二等水准要求测量并经平差计算后的二等高程点作为起算点。使用Excel计算表求得相应网点间的高差，用“科傻控制测量数据处理系统98版”进行平差。计算的12个环闭合差特征统计见表4.3.2。
表4.3.2 三等三角高程网环线闭合差特征统计表
闭合差Δ （0～1/3）Δ允 （1/3～2/3）Δ允 （2/3～1）Δ允 合格
环线个数 8 4 0 12
百分比 66.67% 33.33% 0% 100%
高程环线闭合差分布正常，平差后的每公里高差中数全中误差Mw=±4.3mm/km<±6mm/km（允许值），满足规范要求。平差后的高程中误差最大为：±3.98mm（TZ09）。
5 结语
亭子口水利枢纽施工控制网采用以GPS网为主、精密测量地面边为辅的联合网方案，其精度完全能满足规范要求，且比常规地面网节省时间和经费，比单独的GPS网精度高。
高程控制网采用二级布设，对部分二等平面控制网点的高程采用三等电磁波测距代三角高程测定，节约的时间和劳动强度，其余二等平面控制网点和水准点采用高精度电子水准仪进行高程测量，为后续的高精度观测创造了有利条件。
亭子口水利枢纽施工程控制网复测的设计与实施严格按规范要求进行，成果正确可靠，能满足后续施工需要。为今后各种大型工程的施工控制网高精度、低成本的布设和复测积累了经验。随着GPS技术应用于高精度施工控制网在全国的推广和应用，它必将发挥更大的社会和经济效益。
参考文献：
[1]谢年生，彭凤龙，吕耕超.从向家坝看大型水利枢纽工程高精度施工平面控制网设计.2007湖南水电科普论坛2007
[2]万三军，张天明，蔡建新.顶山隧洞GPS施工控制网的设计及实施.水利水电测绘2005.01