【GNSS技术在灌区工程控制测量中的应用案例分析4800字】

GNSS技术在灌区工程控制测量中的应用案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u10937GNSS技术在灌区工程控制测量中的应用案例分析 1150861.1工程区域概述 1293971.2测区已有资料 292811.3作业依据 232081.4基本技术规定 315971.5投影变形计算 3186701.5.1投影变形分析 3233261.6布网方案及观测方法 363231.7控制点的选点、埋石和保管 5150321.8GNSS控制网观测技术指标 6242682数据处理与结果分析 7176192.1基线预处理 725342.2基线向量解算 8193032.2.1数据的导入 9128402.2.2基线解算 1191562.2.3闭合环检核 1298002.3GNSS网平差 161.1工程区域概述龙云灌区位于玉林市北流河流域与南流江流域之间，分布在玉林城区、北流城区、福绵城区周边，范围涉及玉林市玉州区、北流市、福绵区、陆川县等四个县（市、区）的19个乡镇（街道办），规划总灌溉面积为52.70万亩，属大型灌区。通过建设龙云灌区龙头水源工程，包括蟠龙、中甘岭、云良等3座水库，按“高水高用”的原则，引北流河水用于补充南流江、北流河两流域的罗田、新桥、六洋、龙门、苏烟、蟠龙、东成、茂林、南江、江口、老虎坑、岭塘、云茂等13个灌区的灌溉用水，整合形成龙云大型灌区，规划灌溉面积为52.7万亩[19]。龙云灌区由3座新建水库（蟠龙水库为龙头水库,另外两个水库中甘岭水库、云良水库在南流江流域）、龙云引水渠（A段、B段）、输水管道和输水渠道（8条）、泵站（3座）等建筑物组成。坝址测区地形凌乱破碎，地物较多，村庄密集植被茂盛，部分耕地已经丢荒长满灌木，通视较差，通行困难，困难程度为复杂类别。灌区测量范围内村庄密集，地物复杂，多次穿越公路、村庄道路及工业设施等。综合起来，测量困难程度为复杂类别。图1.1测区卫星图1.2测区已有资料已有成果资料有：1)项目测区1:10000地形图，规划阶段的大比例尺地形图等图件，可用于技术设计、踏勘等。2)经过现场踏勘和内业查询，测区内有“C852新圩镇政府”、“C929云良村”、“C931独竹小学”和“C851Ⅲ山新9”四个国家C级GPS控制点作为起算点。因C级点需进行保密，所以本次论文数据处理部分采用已解算出的D级GNSS控制点进行解算部分D级GNSS控制网。1.3作业依据（1）《水利水电工程测量规范》SL197-2013；（2）《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2009；（3）《工程测量规范》（GB50026-2007）；（4）《数字测绘成果质量检查与验收》（GB／T18316-2008）；（5）《测绘成果质量检查与验收》（GB／T24356—2009）。1.4基本技术规定（1）平面坐标系：龙云灌区工程中水源工程、引水工程和灌区工程测量基准全部采用2000国家大地坐标系，中央子午线取110度。（2）高程基准：采用1985国家高程基准。（3）基线处理与网平差软件：TBC1.6V1.5投影变形计算1.5.1投影变形分析龙云灌区工程范围东西经度跨越从东经109°55′至东经110°28′，中心纬度北纬22°36′，平均海拔约100米，经过计算，测区若采用国家标准3°带，中央子午线取111°00′00″的进行高斯投影，且取0米为高程投影面，西部区域每公里长度变形量约11.7cm，东部区域每公里长度变形量约2.1cm，西部区域投影变形超过规范的限差(5cm)。若采用110°为中央子午线的任意带投影，西部区域每公里投影变形量为1.5cm,东部区域每公里投影变形量为1.3cm，均满足规范要求。1.6布网方案及观测方法1）在工程区域建立四等平面GNSS框架网，相邻点最小距离为1.5km，相邻点平均间距2~4km，平面起算点有“C852新圩镇政府”、“C929云良村”、“C931独竹小学”和“C851Ⅲ山新9”四个。四等点埋设数量根据工程布置情况确定，保证四等网能够覆盖新建水库库区，坝址，输水管线渠道起始和末端。2）平面控制网的观测采用双频GNSS接收机进行数据采集。采用静态边连式同步扩展的方式进行观测，使用6台以上双频GNSS接收机同步观测，四等网每个时段同步观测时间不少于60min，3）GPS测量基本技术规定见表1.2表1.2GPS测量基本技术规定表等级卫星高度角（0）同时观测有效卫星数（个）时段长度（min）数据采样间隔(s)GDOP值观测时段数D级≥15≥4≥605~15≤6≥1.64）每天出发前应检查仪器设备完好情况。5）仪器的对中误差应≤2mm。6）观察要严格按照调度表规定的时间进行静态测量，保证同一组卫星同步观测。7）各时段观测前后，作业员应量取天线高，两次量高互差不可以大于3mm，取平均值作为最终结果。8）观测员作业期间不得擅自离开测站，预防意外的出现。观测过程中不应在接收机旁边使用手机或对讲机。9）静态野外观测见图1.1（图1.1野外静态观测图）1.7控制点的选点、埋石和保管（1）选点。控制点应尽量布设均匀，标石选点应选在土质坚硬、稳定、安全僻静、易保存、卫星高度角应有15°以上、远离高压线和电磁波干扰及强烈反射源的地方，尽量保证每个点有一个通视方向，且易于扩展使用。（2）埋石。控制点标石埋设采用现场混泥土浇筑的方法以确保其牢固性，标石统一规格为上底20×20cm，下底25×25cm，高50cm；埋设时一般让标石面高出地表面1～2cm为宜。（3）控制点标石面整饰如下（标石面上的刻字均要求用红油漆填写）：（图1.2标石）（4）绘制控制点点之记。（5）保管。各等级埋石点均应绘制点之记,测量标志和埋石应按《测绘法》及《测量标志保护条例》委托当地城镇、乡村妥善保管[20]。（图1.3控制网测站点）1.8GNSS控制网观测技术指标基线解算以及平差计算均采用TBC1.6V，野外观测数据必须及时备份由专人保管。基线解算的质量检核应符合《水利水电工程测量规范》SL197-2013规定。（1）基线向量解算a.基线处理采用广播星历。b.GPS观测值中加入对流层改正,单频接收的观测值中加入电离层改正[21]。c.基线解算采用双差固定解。（2）外业数据质量检核a.同一时段观测值的数据剔除率应小于10％[21]。b.重复基线的长度较差ds，比较应满足ds≤2δ（式中δ为相应级别的精度，并按实际平均边长计算，δ=a2+(b∗D)c.独立闭合环或附合路线坐标分量闭合差（Wx、Wy、Wy）和全长闭合差Ws应满足以下要求：Wx≤3δ，Wy≤3δ，Wy≤3δ（3-1）Ws≤3δ（Ws＝）（3-2）式中：n为闭合环边数。d.同步环坐标分量闭合差的限差值为异步环闭合差限差值的1/2[23]。表1.3观测质量评定指标等级平均边长相邻点基线分量水平中误差（mm）相邻点基线分量垂直中误差（mm）最弱边的相对中误差D级5Km≤20≤401/450004数据处理与结果分析经过仔细检查确认野外勘测的原始观测数据无误后，运用天宝TBC1.6V数据处理软件对所得观测数据进行基线解算和网平差计算。具体步骤：进行数据预处理—剔除差基线及对基线进行解算—检查网平差起算点—进行网平差计算。2.1基线预处理通常情况下，我们要对GNSS原始观测数据进行数据预处理（除运用随机软件进行基线解算和网平差计算），将其转换为Rinex格式（标准格式）。本次野外观测运用的是南方GNSS接收机，我们用南方GNSS数据转换软件ToRinex4进行转换。版本格式选择Rinex2.10，将南方STH数据格式观测数据导入。图2.1数据导入转换软件随后进行更改点好，输入正确的天线高和选取量测方式。图2.2观测数据属性编辑2.2基线向量解算基线向量解算是GNSS网中对观测数据的处理过程中最为关键的一个步骤，能够影响测量结果的重要阶段。在运用TBC1.6V进行基线解算和网平差时应先新建工程后进行对本次工程的工程设置，包括解算所采用星历的类型、解类型（只接受固定）以及坐标系统更改。图2.3工程设置将坐标系更换为CGCS2000坐标系，改好相应的中央子午线。图2.4更改坐标系2.2.1数据的导入将处进行过预处理的观测数据全部放到一个文件夹里，便于数据的导入。导入后仔细按照GNSS数据观测记录表，录入天线高，设置天线的量测方式。图2.5数据导入图2.6输入量测方式和高度数据导入后形成的网型如图2.7。网布设采用了边连式，且测区水渠偏多，测区范围与平时不同，所以网型布设也视情况而来。图2.7GNSS控制网2.2.2基线解算数据导入后，检查工程相关参数设置是否完毕，确认无误后对基线进行解算，基线处理结果如图2.8所示。图2.8基线解算结果发现如图2.9所示，DL12DL27精度太差，属于浮动解，因此不勾选进入闭合环报告。图2.9基线解算结果2.2.3闭合环检核基线解算完成后，需要进行报告设置，报告精度设置参照《水利水电工程测量规范》以及《全球定位系统（GPS）测量规范》。如图2.10所示，将通过与不通过标准设置为Δ水平+Δ竖向，Δ水平设置为0.030m，Δ竖向设置为0.050m，然后应用到GNSS闭合环报告中。图2.10报告设置打开GNSS闭合环报告后，查看其GNSS闭合环数、通过数、未通过数以及最差Δ水平精度和Δ竖向精度。对于未通过的GNSS闭合环，需将不合格环中的基GNSS基线进行人为的干预或进行基线删除。①查看GNSS闭合环报告如图2.11，得知GNSS闭合环未通过数为22个环，水平精度最差为0.035m，垂直精度最差为0.098m。图2.12GNSS闭合环报告摘要②分析GNSS闭合环报告，找出精度较差的闭合环并分析寻找观测质量较差的基线。这类基线的主要特征为：多次出现在不闭合环中且水平垂直精度与合格/不合格标准都有较大的差距。经过筛选后查看基线处理报告，分析卫星观测残差图，记录下观测质量差的卫星，以便之后的时段编辑处理。例如不合格环：DL34-DL40-DL41（图2.13）和DL34-DL39-DL40（图2.14），DL34-DL40-DL41Δ垂直=-0.063，DL34-DL39-DL40Δ垂直=0.078，都较差（因为本次基线解算水平精度普遍比较好，所以挑选出了两个垂直精度较差的环进行）。两个不合格环精度都不太高的情况下，都含有基线DL34--DL40。图2.13环DL34-DL40-DL41图2.14环DL34-DL39-DL40由此可以判断基线DL34--DL40观测质量较差，变可查阅其基线处理报告卫星残差，发现卫星总体观测质量差，观测差值高且信号不连续（图2.15）以及个别卫星信号接受时间短（图2.16）等问题。图2.15R17卫星残差图图2.16G5卫星残差图③干预处理所记录的较差的基线，选定基线例如DL34DL40，打开时段编辑器禁用较差的卫星如R7且通过选取时隙禁用部分较差的卫星信号接受时段。图2.17时段管理器确定后重新对此基线进行基线计算，并对比处理前后GNSS闭合环报告，未通过环数是否有所减少，精度是否有所提升。若发现没有减少，且精度没有提升，则需要对基线进行删除。基线DL34DL40属于这种情况。④总的来说，本次对龙云灌区GNSS控制网原始观测数据进行基线解算，一共有10个时段，每个时段的观测时间不少于1.5个小时，一共有56个D级点进行了解算。经过基线的剔除和人为干预，得到最后的GNSS闭合环数为243个且全部通过，水平最差精度为0.024m，垂直最差精度为-0.049m（图2.18所示），部分结果如图2.19所示。结果均符合《水利水电工程测量规范》和《全球定位系统（GPS）测量规范》。图2.18处理后的GNSS闭合结果2.3GNSS网平差网平差工作基本步骤是前期工作，及平差前，输入已知点的经纬度、坐标（平面和高程）；然后进行网平差，由软件自动完成；最后对处理结果进行分析。选取8个精度较高的已知点对GNSS网进行三维约束平差，录入已知点坐标如表2.1所示表2.1约束点坐标坐标点号北坐标（m）东坐标（m）高程（m）DL16250****.47851****.47979.002DL23252****.50751****.519147.193DL42252****.23153****.127291.429FW05251****.57054****.88292.023DL34251****.47153****.343100.113DL32251****.32852****.90689.418DL50250****.84453****.233101.958LH27249****.52153****.786111.595选取对应点坐标，右键进行添加坐标，因为控制点已知是网格坐标，所以在坐标类型处选取网格，输入坐标后把质量调为控制质量，如图2.19所示。图2.19添加控制点坐标输入坐标点后，进行网平差计算。图2.20GNSS约束网平差控制点示意图得到平差结果后，平差参数为：网参考因子：0.99X评分检验（95%）：合格自由度：398具体参数如图2.21所示：图2.21GNSS网平差统计网平差结果：得到所有测站D级控制点在CGCS2000坐标系下的平面及高程坐标，如表2.2所示。分析其误差精度，均符合《水利水电工程测量规范》和《全球定位系统（GPS）测量规范》，可用作龙云灌区控制点，并进行之后测量工作。表2.2平差结果点ID东(米)东误差(米)北(米)北误差(米)高程(米)高程误差(米)约束D001520345.5450.0152510292.1290.015111.4060.032D002528718.5290.0122509906.5490.012111.3060.036D003524300.7130.0132508145.9980.013109.3130.040D004529081.7480.0162503918.1300.016101.3120.042DL03536605.9260.0112501617.2090.011108.3890.036DL11514179.9770.0122519312.1570.012142.2400.027DL12514911.7250.0102517032.0850.010100.5860.030DL13514882.4960.0202513641.2480.02092.3650.037DL14514249.5330.0112511092.5750.01186.2580.047DL15513490.4300.0132508118.3250.01380.3610.045DL1651****.4790.000250****.480-0.00279.008-0.006ENeDL17515557.9030.0112507321.7650.01180.5180.036DL18516306.5040.0192510351.9710.01982.2250.041DL19517340.7100.0172513421.3330.01791.8690.028DL20518720.5210.0162510545.9970.01696.0850.026DL21518885.2790.0172508441.5800.01785.7390.027DL22517492.6330.0192506971.4020.01980.5990.031DL2351****.5160.003252****.5000.007147.1850.008ENeDL24517185.8260.0142519162.9200.014107.8350.039DL25520380.6370.0092518162.6400.009118.3160.027DL26523081.4290.0132514181.4320.01392.6060.019DL27523098.6340.0142518829.0870.014109.2620.017DL28525739.6950.0222518270.4090.022101.5330.018DL29527126.1500.0232519491.7590.023111.6860.031DL30526302.2740.0152521467.9190.015191.7190.037DL31525712.5700.0222515637.9340.02296.0580.028DL3252****.9060.000251****.329-0.00189.425-0.007ENeDL33529351.3160.0222518157.5950.022101.7700.028DL3453****.347-0.004251****.4700.001100.1040.009ENeDL35534471.6250.0232516026.9570.023109.5680.035DL36531201.3490.0232519146.5620.023109.6730.041DL37534817.7480.0242518582.3440.024110.3760.019DL38537578.4460.0162519092.7810.01698.3400.026DL39530508.5100.0142521311.7510.014122.2000.027DL40530488.5660.0072523942.4480.007200.8980.038DL41533761.6070.0262522691.9790.026112.2550.025DL4253****.133-0.006252****.234-0.003291.442-0.013ENeDL43537862.8640.0122526049.9350.012162.0590.043DL44539182.8240.0112523781.8730.011106.0490.031DL45543050.5310.0142523171.5690.014111.6170.037DL46541595.6770.0122521597.1610.01291.2180.03