摘要：該文結(jié)合臺(tái)山電廠廠區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量工程實(shí)踐，對(duì)GPS在大型電廠高精度廠區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量中的布網(wǎng)原則、觀測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理以及復(fù)測(cè)等方面進(jìn)行了探討和研究。
　　關(guān)鍵詞：GPS，靜態(tài)測(cè)量，觀測(cè)墩
　　1.概述
　　臺(tái)山電廠是目前在建的亞洲最大的火力發(fā)電廠，廠址位于廣東省臺(tái)山市赤溪鎮(zhèn)銅鼓灣畔，規(guī)劃裝機(jī)容量為8臺(tái)600MW等級(jí)燃煤發(fā)電機(jī)組，一期工程建設(shè)規(guī)模2×600MW（1號(hào)、2號(hào)機(jī)組）。為了確保在電廠各部分之間建立有機(jī)的聯(lián)系，也為滿足現(xiàn)階段工程建設(shè)順利進(jìn)行的需要，建立一個(gè)高精度的、穩(wěn)定和可靠的廠區(qū)控制網(wǎng)是非常必要的。受廣東省電力設(shè)計(jì)研究院的委托，天津市海岸帶工程有限公司承擔(dān)了廠區(qū)控制網(wǎng)點(diǎn)的布設(shè)、測(cè)量以及定期的復(fù)測(cè)工作。本文結(jié)合臺(tái)山核電廠廠區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量實(shí)踐，對(duì)GPS在大型電廠高精度廠區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量中的布網(wǎng)原則、觀測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理以及復(fù)測(cè)等方面進(jìn)行了探討和研究。
　　2.廠區(qū)控制網(wǎng)的建立
　　作為大型的火力發(fā)電項(xiàng)目，臺(tái)山電廠的建設(shè)施工周期較長，為便于施工放樣以及變形測(cè)量的需要，根據(jù)國際《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026-93的規(guī)定，特建造鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的、永久性的觀測(cè)墩，建立二等變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)。觀測(cè)墩示意圖如圖1所示，其基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁端持力層為下伏的中等風(fēng)化或微風(fēng)化基巖，每個(gè)觀測(cè)墩上都設(shè)有用于平面控制的強(qiáng)制對(duì)中底盤（銅制羅盤）以及用于高程控制的上下標(biāo)（不銹鋼圓頭）。
　　廠區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)應(yīng)以穩(wěn)定可靠、方便使用、通視良好、便于長期保存為原則。參照臺(tái)山電廠的總平面圖設(shè)計(jì)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘并與電廠工程部的協(xié)商后，計(jì)劃分兩批共建造10個(gè)觀測(cè)墩。先于2001年9月在1號(hào)、2號(hào)機(jī)和規(guī)劃的3號(hào)、4號(hào)機(jī)外圍建造了TD001～TD003、TD009、TD010共5個(gè)觀測(cè)墩；在主廠房基礎(chǔ)負(fù)挖完成后，又于2002年7月間在主廠區(qū)的四周建造了另外5個(gè)觀測(cè)墩。其中，TD009由于施工的原因被毀，補(bǔ)建了TD011。2002年9月首次進(jìn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，除TD004有明顯傾斜外，其他的觀測(cè)墩均保存完好，臺(tái)山電廠廠區(qū)控制網(wǎng)便是由這10個(gè)觀測(cè)墩組成的，網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間距離平均為280m左右，點(diǎn)位分布如圖2所示。
　　
　　
　　3.控制網(wǎng)的施測(cè)
　　3.1觀測(cè)方案的確定
　　根據(jù)事先設(shè)計(jì)的測(cè)量技術(shù)方案，平面控制測(cè)量使用LeicaTC1800全站儀，觀測(cè)方法為多方面測(cè)角、側(cè)邊，以盡可能增加多余觀測(cè)的方法來提高整個(gè)控制網(wǎng)的測(cè)量精度。但由于電廠施工的影響，眾多永久性以及臨時(shí)性的建、構(gòu)筑物阻礙了大部分觀測(cè)墩之間的相互通視，僅用全站儀觀測(cè)有限數(shù)量的邊和角難以達(dá)到二等變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度要求。考慮到美國的SA政策已經(jīng)取消，GPS靜態(tài)測(cè)量精度有所提高，因此，我們決定完全采用GPS技術(shù)進(jìn)行觀測(cè)，用TC1800高精度的測(cè)邊對(duì)GPS成果加以約束和檢測(cè)。
　　3.2GPS控制測(cè)量
　　根據(jù)測(cè)區(qū)中心的概略經(jīng)緯度和高程，并參照較新的GPS衛(wèi)星可得到性預(yù)報(bào)，首次GPS測(cè)量定于2002年9月18日上午以及19日上午進(jìn)行。圖3為測(cè)區(qū)中心2002年9月18、19兩日24小時(shí)GPS衛(wèi)星一覽圖及PDOP、GDOP曲線圖，這兩天上午的大部分時(shí)間內(nèi)可見衛(wèi)星數(shù)大于7，衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度因子GDOP值小于3，是一個(gè)最佳的觀測(cè)時(shí)間段。
　　外業(yè)觀測(cè)使用4臺(tái)LeicaSR530雙頻測(cè)量型GPS接收機(jī)，該儀器的標(biāo)稱精度為±(5mm+10D)。GPS天線通過強(qiáng)制歸心基座安置在觀測(cè)墩上，其對(duì)中誤差不大于0.3mm。采用靜態(tài)測(cè)量作業(yè)模式，設(shè)置衛(wèi)星截止高度角15°，歷元采樣間隔為10s，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)不少于5顆，GDOP值小于6。每條基線的同步觀測(cè)時(shí)間不小于20min，并在不同德時(shí)段重復(fù)觀測(cè)一次。人員和設(shè)備根據(jù)事先編制的作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度，觀測(cè)員須隨時(shí)監(jiān)視接收機(jī)的工作狀態(tài)，包括可見衛(wèi)星數(shù)、L1/L2當(dāng)前跟蹤到得衛(wèi)星數(shù)、PC卡存儲(chǔ)狀態(tài)、電池剩余容量、GDOP值的大小等。若出現(xiàn)有衛(wèi)星被遮擋，GDOP值偏大的情況，應(yīng)適當(dāng)延長觀測(cè)時(shí)間。
　　3.3距離測(cè)量
　　相互通視的控制點(diǎn)間距離測(cè)量使用LeicaTC1800全站儀，其標(biāo)稱的測(cè)角中誤差1″，測(cè)距精度為2mm+1×10D。全站儀借助強(qiáng)制歸心平板、棱鏡通過強(qiáng)制歸心基座安置在觀測(cè)墩上，邊長測(cè)量往返各4個(gè)測(cè)回，同時(shí)量取兩端點(diǎn)測(cè)邊始末的溫度和氣壓值。
　　3.4水準(zhǔn)測(cè)量
　　水準(zhǔn)測(cè)量使用的儀器為WILDNA2+GPM3水準(zhǔn)儀和銦鋼水準(zhǔn)尺，其標(biāo)稱精度為每公里高差中誤差0.4mm。按國家二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范的要求進(jìn)行觀測(cè)，以主廠房周圍的控制點(diǎn)組成一條閉合水準(zhǔn)路線。如圖4所示，整條測(cè)線共分為8個(gè)測(cè)段，先連續(xù)完成所有測(cè)段的往測(cè)，隨后再連續(xù)進(jìn)行返測(cè)。
　　
　　4.測(cè)量數(shù)據(jù)處理
　　4.1測(cè)距長度處理
　　全站儀測(cè)距長度處理，包括氣象（溫度和氣壓）及加、乘常數(shù)改正，測(cè)距邊的水平距離計(jì)算，歸化投影計(jì)算（歸算到廠區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)高，珠江基面4.8m高程面上）幾個(gè)部分。最后將控制網(wǎng)內(nèi)最長邊TD003~TD011的測(cè)距成果，作為GPS網(wǎng)平差后基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的一個(gè)約束條件（比例因子），以其他的邊長測(cè)距成果對(duì)GPS測(cè)量質(zhì)量進(jìn)行校核。
　　
　　4.2GPS數(shù)據(jù)處理
　　GPS測(cè)量數(shù)據(jù)采用隨機(jī)軟件LeicaSK1-Pro進(jìn)行處理，過程包括單點(diǎn)定位、基線解算、網(wǎng)平差以及基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換等。其中，單點(diǎn)定位和基線解算全部使用缺省參數(shù)、選擇自動(dòng)處理模式進(jìn)行全自動(dòng)解算，解算后的GPS網(wǎng)形如圖5。網(wǎng)平差是在近似WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下的無約束三維平差，平差后最大點(diǎn)位中誤差為±2.7mm，最大平面中誤差為±1.2mm，點(diǎn)位精度比較均勻。GPS網(wǎng)平差后的點(diǎn)位內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)如表1。
　　
　　
　　臺(tái)山電廠廠區(qū)控制網(wǎng)采用獨(dú)立的廠區(qū)坐標(biāo)系和珠江基面高程系。為了確保測(cè)量成果與原有資料相互統(tǒng)一，在第一批觀測(cè)墩建造完成后進(jìn)行了坐標(biāo)聯(lián)測(cè)。利用廠區(qū)附近的四等導(dǎo)線點(diǎn)IV二灣頂和IV大排作為起算點(diǎn)，與TD002和TD003構(gòu)成一個(gè)大地四邊形網(wǎng)，測(cè)出TD002和TD003的1954年北京坐標(biāo)，并按事先設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換關(guān)系將其轉(zhuǎn)換成為廠區(qū)坐標(biāo)。為了不扭曲高精度GPS網(wǎng)的內(nèi)部一致性，坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換只選用一個(gè)點(diǎn)的廠區(qū)坐標(biāo)和一條邊的方位作為起算數(shù)據(jù)，以本次測(cè)距邊長度作為尺度控制。先以TD003的坐標(biāo)為準(zhǔn)固定不動(dòng)，以所推算的網(wǎng)內(nèi)最長邊TD003~TD011的方位角以及全站儀實(shí)測(cè)的邊長成果計(jì)算TD011的平面坐標(biāo)。在基準(zhǔn)/投影計(jì)算時(shí)，只需采用TD003、TD011這兩個(gè)點(diǎn)的平面以及TD004、TD005~TD011共7個(gè)水準(zhǔn)高程計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換類型為一步法。

　　4.3邊長檢測(cè)比較
　　為了證明首次GPS測(cè)量質(zhì)量的可靠性，我們對(duì)廠區(qū)控制網(wǎng)內(nèi)部分通視的點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)，共檢測(cè)邊長條5條，表2是GPS網(wǎng)平差后的點(diǎn)位坐標(biāo)反算距離與全站儀實(shí)測(cè)距離的比較。
　　
　　5控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)
　　由于電廠建設(shè)施工期間，區(qū)域內(nèi)的觀測(cè)墩容易受到填挖方、抽水、機(jī)械震動(dòng)、車輛行駛乃至撞擊等因素的影響而產(chǎn)生位移；因此，必須對(duì)廠區(qū)控制網(wǎng)進(jìn)行定期的復(fù)測(cè)，通過對(duì)測(cè)量結(jié)果的綜合分析來檢驗(yàn)控制網(wǎng)點(diǎn)位的穩(wěn)定性。在臺(tái)山電廠廠區(qū)控制網(wǎng)建成后，三個(gè)月內(nèi)完成第一次全面的復(fù)測(cè)，以后每半年復(fù)測(cè)一次。復(fù)測(cè)時(shí)的儀器設(shè)備、觀測(cè)方法以及數(shù)據(jù)處理等與控制網(wǎng)建立時(shí)相同，以復(fù)測(cè)前后對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)位坐標(biāo)較差限值的大小來判斷GPS點(diǎn)位的穩(wěn)定性。根據(jù)誤差傳播理論，復(fù)測(cè)前后控制點(diǎn)位坐標(biāo)較差中誤差為M=
　　式中：M、M--GPS網(wǎng)復(fù)測(cè)前、后的點(diǎn)位中誤差。現(xiàn)以2倍最弱點(diǎn)較差中誤差為限值。從前面幾期的復(fù)測(cè)結(jié)果來看，還沒有出現(xiàn)超限的點(diǎn)位。
　　6.結(jié)束語
　　GPS定位技術(shù)具有精度高、速度快、布網(wǎng)靈活、無須點(diǎn)間通視的特點(diǎn)，用于大型電廠高精度廠區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量（復(fù)測(cè)）優(yōu)勢(shì)明顯。由于電廠施工期間場(chǎng)地條件的限制，控制點(diǎn)位上空的GPS信號(hào)會(huì)受到一定得遮擋，應(yīng)根據(jù)較新的衛(wèi)星可得到性預(yù)報(bào)選擇最佳的觀測(cè)時(shí)段。在廠區(qū)GPS測(cè)量中，適當(dāng)增加同步觀測(cè)的儀器數(shù)量，不僅可以提高作業(yè)效率，同時(shí)也可以明顯增加多余觀測(cè)量，提高GPS網(wǎng)的精度和可靠性。高精度GPS控制網(wǎng)在轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，為了不受已知點(diǎn)點(diǎn)位誤差的影響，可只采用必要的約束條件。
　　在GPS精度定位測(cè)量中，使用雙頻接收機(jī)、利用同步觀測(cè)值求差都可減弱電離層折射的影響，但還應(yīng)盡量避免在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動(dòng)的異常期進(jìn)行觀測(cè)。特別要指出的是，在廣東這個(gè)低緯度地區(qū)的電離層非常活躍，高精度GPS觀測(cè)應(yīng)盡量避開12~15點(diǎn)這個(gè)時(shí)間段。
　　參考文獻(xiàn)
　　⑴周忠謨，易杰軍，周琪，GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用.北京：測(cè)繪出版社，1997
　　⑵謝征海，夏定輝.GPS技術(shù)在城市輕軌建設(shè)中的應(yīng)用.成都：中國科協(xié)2002年學(xué)術(shù)年會(huì)測(cè)繪論文集，2002
　　⑶王巖，岳建平，周保興，葛世超.工程控制網(wǎng)點(diǎn)位穩(wěn)定性分析方法的研究.測(cè)繪通報(bào)，2004(8)