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摘要：本文结合水利工程实例，详细介绍了GPS控制网的施工设计及施测方案，分别对其定位原理、观测要求、数据处理及误差消除提出了相关见解，并于实际生产可得该技术方案切实可行，以供参考借鉴。
关键词：水利工程；控制网；建立；施测
GPS控制网测量技术具有不受环境影响、测量精度高、施测时间短等优点，在工程建设对工期进度要求日益加快和工程质量要求日益提高的今天，具有十分广阔的发展前景。施工控制网的建立是否合理，对于工程建设的影响巨大，施工控制网施测精度能否达到反映实际情况的要求极为重要，因此，在工程建设中做好控制网的建立与施测是工程建设的重要项目。
1 工程概况
龙平渠灌区始建于1956年，1957年投入运行并发挥效益，中间经过多次配套、加固、改造和扩建，至今已形成引中有蓄、引蓄结合的完整灌溉体系。灌区是以天堂山水库为主要水源，另有白沙河水库和5座小（一）型水库补充水源，调节渠道供水能力。设计灌溉面积6.742万亩，是龙门县唯一的5～30万亩重点中型灌区工程。
渠首位于龙门县城西面的龙城街道办事处黄竹沥村万屋自然村，上游有龙门县唯一的大（2）型水库——天堂山水库。原设计主干渠由西绕东而行全长30.1km，主干渠到青溪社区的坳头分为平陵分干渠和龙江分干渠。平陵分干渠于坳头分水闸处由东绕东南到平陵镇的隘子村，全长23.8km；龙江分干渠于坳头分水闸处由西绕西南再向东行到平陵镇的路滩村，全长39.1km；1983年在龙城街道城西村长演处跨西林河建倒虹吸至水西，全长12km，称为甘水分干渠。灌区受益范围有龙城街道办、龙田镇、平陵镇、龙江镇，龙平渠除农业灌溉外还担负沿途工厂企业和群众生活用水。
2 施工控制网设计与施测方案
在测区原有1：2000地形图基础上按GPS定位测量技术要求进行选点，并对点位进行精度估算，反复进行优化比较，直到满足精度要求为止。再将图上的点位实地放样及埋石造标。
依据本工程规模，设计施工控制网方案时采用局部E级GPS控制网作为本工程的首级控制网。为了满足施工放样的需要，分别在各施工大型水闸及建筑物四周布设3个点，且各相邻点两两通视，组成一個三角形。在穿河涵、跨河建筑物等处布点时，每处布设4个点，并组成大地四边形。这种三角形或大地四边形的GPS网网形其优点是图形几何结构强，控制精度高，经平差后相邻施工区的相邻点间基线向量精度分布均匀。
2.1 GPS卫星定位原理及观测实施
GPS全球定位系统是利用GPS接收机接收卫星信号实现导航定位的一种高新技术，它由三个部分组成：空间星座部分、地面监控部分和用户部分。其空间部分由24颗卫星组成，其分布在6个轨道面内，每个轨道上分布有4颗卫星。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11h58min。因此，同一观测站上每天出现的卫星分布图形相同。这样可以保证在地球的任一点和任一时刻均可利用GPS信号接收机接收4颗以上卫星的信号；地面监控部分由1个主控站、5个监测站、3个注入站以及通信和辅助系统组成；用户接收部分的基本设备即GPS信号接收机。在实施GPS数据接收时，其基本技术要求有：①同时观测有效卫星数≥4颗，有效观测卫星总数≥6颗；②采样间隔30s；③观测模式：静态观测；④观测卫星截止高度角≥15°；⑤坐标时间系统：WGS-84；⑥观测时段长度：每一同步环≥2h。
2.2 GPS卫星可见性预报及观测时段的选择
观测卫星的几何分布，对GPS定位精度有着重要的影响为了选择最佳的观测时段，拟定观测计划，应首先编制GPS卫星可见性图。为此，在进行观测前，在测区高度角大于15°的情况下，拟观测1d（24h）的GPS卫星的通过情况，绘制测区可见性卫星分布图（图1）和PDOP与时间关系图（图2）。由图2、3可见，在当前卫星分布情况下，最佳观测时段大约在0h00min～14h00min。
2.3 GPS数据处理
GPS的数据处理可以分为观测值粗加工、预处理、基线向量解算（相对定位处理）和GPS基线向量网与地面网数据的联合处理等基本步骤。粗加工是将接收机采集的数据通过传输、分流，解译成相应的数据文件，并通过预处理将各类接收机的数据文件标准化，形成平差计算所需的文件。粗加工和预处理的目的是净化观测值，提高观测值的“精度”。基线向量解算是利用预处理后的数据求解接收机所在测站之间的相对关系量（坐标差），提供GPS基线向量网平差的观测值。其中数据预处理的目的在于：①对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差，删除无效无用数据；②统一数据文件格式，将各类接收机的数据文件加工成彼此兼容的标准化文件；③GPS卫星轨道方程的标准化，一般用一多项式拟合观测时段内的星历数据；④诊断整周跳变点，发现并恢复整周跳变，使观测值复原；⑤对观测值进行各种模型改正，最常见的是大气折射模型改正。
（1）GPS观测数据的质量检核
由于本工程控制网设计精度等级为局部E级控制网，故控制网中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差及全长相对闭合差、异步环的坐标分量闭合差及全长闭合差、重复基线的长度较差、基线向量的改正数绝对值限差、控制网中的点位中误差等误差都必须满足E级控制网之规范要求。
（2）GPS 网平差
① GPS 网的三维无约束平差
GPS 网三维无约束平差在地心坐标系WGS -84 下进行，目的是提供全网平差后的三维空间坐标；考察GPS 网有无残缺的粗差基线向量，即网的内部符合精度。经过多次试探分析，剔除网内误差较大的基线，得到三维无约束平差成果精度统计见表1，2。
三维无约束平差最弱边相对中误差为1/ 40 000 完全符合E 级GPS 网最弱边长相对中误差限差要求，点位中误差只有Z199 点相对较弱，点位中误差为1.26 cm，平均点位中误差0.46cm。综合上述分析，整个GPS 网内部符合精度完全达到合E 级GPS 网的精度要求。
3 结语
总之，随着GPS技术的发展，GPS控制网的应用将会越来越广泛，对于处理GPS控制网数据，应及时有效地检查起始数据精度，保证控制网布设的合理性，时刻对数据测量质量进行监测，及时提出相应的解决办法，以提高GPS工作效率。
关键词：水利工程；控制网；建立；施测
GPS控制网测量技术具有不受环境影响、测量精度高、施测时间短等优点，在工程建设对工期进度要求日益加快和工程质量要求日益提高的今天，具有十分广阔的发展前景。施工控制网的建立是否合理，对于工程建设的影响巨大，施工控制网施测精度能否达到反映实际情况的要求极为重要，因此，在工程建设中做好控制网的建立与施测是工程建设的重要项目。
1 工程概况
龙平渠灌区始建于1956年，1957年投入运行并发挥效益，中间经过多次配套、加固、改造和扩建，至今已形成引中有蓄、引蓄结合的完整灌溉体系。灌区是以天堂山水库为主要水源，另有白沙河水库和5座小（一）型水库补充水源，调节渠道供水能力。设计灌溉面积6.742万亩，是龙门县唯一的5～30万亩重点中型灌区工程。
渠首位于龙门县城西面的龙城街道办事处黄竹沥村万屋自然村，上游有龙门县唯一的大（2）型水库——天堂山水库。原设计主干渠由西绕东而行全长30.1km，主干渠到青溪社区的坳头分为平陵分干渠和龙江分干渠。平陵分干渠于坳头分水闸处由东绕东南到平陵镇的隘子村，全长23.8km；龙江分干渠于坳头分水闸处由西绕西南再向东行到平陵镇的路滩村，全长39.1km；1983年在龙城街道城西村长演处跨西林河建倒虹吸至水西，全长12km，称为甘水分干渠。灌区受益范围有龙城街道办、龙田镇、平陵镇、龙江镇，龙平渠除农业灌溉外还担负沿途工厂企业和群众生活用水。
2 施工控制网设计与施测方案
在测区原有1：2000地形图基础上按GPS定位测量技术要求进行选点，并对点位进行精度估算，反复进行优化比较，直到满足精度要求为止。再将图上的点位实地放样及埋石造标。
依据本工程规模，设计施工控制网方案时采用局部E级GPS控制网作为本工程的首级控制网。为了满足施工放样的需要，分别在各施工大型水闸及建筑物四周布设3个点，且各相邻点两两通视，组成一個三角形。在穿河涵、跨河建筑物等处布点时，每处布设4个点，并组成大地四边形。这种三角形或大地四边形的GPS网网形其优点是图形几何结构强，控制精度高，经平差后相邻施工区的相邻点间基线向量精度分布均匀。
2.1 GPS卫星定位原理及观测实施
GPS全球定位系统是利用GPS接收机接收卫星信号实现导航定位的一种高新技术，它由三个部分组成：空间星座部分、地面监控部分和用户部分。其空间部分由24颗卫星组成，其分布在6个轨道面内，每个轨道上分布有4颗卫星。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11h58min。因此，同一观测站上每天出现的卫星分布图形相同。这样可以保证在地球的任一点和任一时刻均可利用GPS信号接收机接收4颗以上卫星的信号；地面监控部分由1个主控站、5个监测站、3个注入站以及通信和辅助系统组成；用户接收部分的基本设备即GPS信号接收机。在实施GPS数据接收时，其基本技术要求有：①同时观测有效卫星数≥4颗，有效观测卫星总数≥6颗；②采样间隔30s；③观测模式：静态观测；④观测卫星截止高度角≥15°；⑤坐标时间系统：WGS-84；⑥观测时段长度：每一同步环≥2h。
2.2 GPS卫星可见性预报及观测时段的选择
观测卫星的几何分布，对GPS定位精度有着重要的影响为了选择最佳的观测时段，拟定观测计划，应首先编制GPS卫星可见性图。为此，在进行观测前，在测区高度角大于15°的情况下，拟观测1d（24h）的GPS卫星的通过情况，绘制测区可见性卫星分布图（图1）和PDOP与时间关系图（图2）。由图2、3可见，在当前卫星分布情况下，最佳观测时段大约在0h00min～14h00min。
2.3 GPS数据处理
GPS的数据处理可以分为观测值粗加工、预处理、基线向量解算（相对定位处理）和GPS基线向量网与地面网数据的联合处理等基本步骤。粗加工是将接收机采集的数据通过传输、分流，解译成相应的数据文件，并通过预处理将各类接收机的数据文件标准化，形成平差计算所需的文件。粗加工和预处理的目的是净化观测值，提高观测值的“精度”。基线向量解算是利用预处理后的数据求解接收机所在测站之间的相对关系量（坐标差），提供GPS基线向量网平差的观测值。其中数据预处理的目的在于：①对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差，删除无效无用数据；②统一数据文件格式，将各类接收机的数据文件加工成彼此兼容的标准化文件；③GPS卫星轨道方程的标准化，一般用一多项式拟合观测时段内的星历数据；④诊断整周跳变点，发现并恢复整周跳变，使观测值复原；⑤对观测值进行各种模型改正，最常见的是大气折射模型改正。
（1）GPS观测数据的质量检核
由于本工程控制网设计精度等级为局部E级控制网，故控制网中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差及全长相对闭合差、异步环的坐标分量闭合差及全长闭合差、重复基线的长度较差、基线向量的改正数绝对值限差、控制网中的点位中误差等误差都必须满足E级控制网之规范要求。
（2）GPS 网平差
① GPS 网的三维无约束平差
GPS 网三维无约束平差在地心坐标系WGS -84 下进行，目的是提供全网平差后的三维空间坐标；考察GPS 网有无残缺的粗差基线向量，即网的内部符合精度。经过多次试探分析，剔除网内误差较大的基线，得到三维无约束平差成果精度统计见表1，2。
三维无约束平差最弱边相对中误差为1/ 40 000 完全符合E 级GPS 网最弱边长相对中误差限差要求，点位中误差只有Z199 点相对较弱，点位中误差为1.26 cm，平均点位中误差0.46cm。综合上述分析，整个GPS 网内部符合精度完全达到合E 级GPS 网的精度要求。
3 结语
总之，随着GPS技术的发展，GPS控制网的应用将会越来越广泛，对于处理GPS控制网数据，应及时有效地检查起始数据精度，保证控制网布设的合理性，时刻对数据测量质量进行监测，及时提出相应的解决办法，以提高GPS工作效率。