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[摘要]南水北调工程是我国重大战略工程。本文以南水北调中线鹤壁段为例，详细阐述了利用GPS进行控制测量的步骤以及评查过程及精度分析。通过精度分析表明，该控制测量完全满足E级控制网精度要求，说明了布设方案、平差处理的合理性。
[关键词]南水北调 GPS 控制测量
[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-208-1
1引言
南水北调中线工程是国家为解决京、津、冀地区缺水问题而实施的重大战略工程，总线路从湖北省起经河南省、河北省至北京，全场1247千米。鹤壁段是南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段（黄河北～羑河北）的组成部分，位于Ⅳ渠段的北部，黄羑段总共分有9个设计单元，鹤壁段是第8段。地域上属于河南省鹤壁市的新市区和淇县。渠段南起自沧河渠倒虹吸出口导流堤末端，与总干渠新乡和卫辉段终点相连接，终点接汤阴段的起点，位于鹤壁与汤阴交界处，全长30.833km。平面控制测量是工程实施的基础和保证，平面控制测量是保证工程顺利实施的保证。
2 GPS测量技术简介
2.1 GPS定位原理
GPS定位是根据高速运动的卫星的位置数据作为起算信息，数学模型采用空间距离后方交会确定待定点位置。
2.2 GPS的优点
GPS定位技术作为现代测绘技术的代表，相对于传统测量具有以下优点
（1）测量精度高。GPS通过消除电离层误差、对流层误差、多路径效应后，精度一般明显高于常规测量方法，且测量精度与基线长度无关。
（2）测站之间不需要通视条件。GPS测量可根据测量需要灵活布点，无需测站间通视，可以远距离测量，极大的减少了布网费用，降低测量成本。
（3）自动化程度高。在进行GPS测量时，将GPS接收机设置完毕之后便可自动观测，记录观测数据，自动化程度高。
（4）全天候、实时观测。GPS测量不受时间、气候、地点的限制，精度稳定性较好，并且可以实时观测并上传数据。
3平面控制网的布设
3.1布网依据与起算数据
南水北调中线鹤壁段工程布设控制网按照E级GPS网测量要求观测，控制点布设时需要综合考虑工程建设项目的特点及水工建筑（渠倒虹、公路桥、分水闸）的分布，成点对形式布设在线路两侧。控制点均需满足GNSS测量要求，远离无线电信号发射源及高压线、避开高大的建筑物及大面积水面、接收机天线平面15°以上无遮挡物等。
起算点采用为长江水利委员会提供的五个二级GPS点，点号分别为B淇河、ML308、ML309、ML311、ML312。经过实地踏勘，以上控制点点位稳定，保存完好，可以作为该项目的起算点。
3.2控制网布设
布网形式采用同步图形扩展式，在六个不同测站上分别布设接收机进行同步观测，一个时段观测完之后，继续迁移到其他测站上继续进行同步观测。同时保证每个测站的重复测站次数，可以提高GPS网的可靠性和准确性。网中全部最小异步环边数≤6条。
该工程平面控制网E级GPS点观测时，需要严格执行GB/T18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》的各项指标要求，要求卫星截止高度角为15°，同时观测有效卫星数≥4颗，有效观测卫星总数≥4颗，观测时段数≥1.6，时段长度≥40min，采样间隔5-15 S。
3.3实测步骤
（1）在观测站点架设GPS接收机，对中整平，并确保接收机的稳定性。
（2）填写外业观测记录表，包括接收机编号、三方向量测接收机高度并取平均作为最终结果、天气状况、观测人员、控制点编号等。
（3）各组同时开机，并记录开机时间。进行40min同步观测，之后各组同时关机并记录关机时间。在同步观测过程中，若某个接收机无法观测到最少有效卫星数，则通知各组停止观测并查找原因进行改正。
（4）采用边连接的方式进行同步推进，每个观测时段结束后根据控制点分布及网型情况选择两台接收机保持不动。
3.4观测数据处理方案
（1）基线向量解算：首先进行基线向量结算，解算前对原始观测数据进行预处理，剔除观测质量不好的数据，对不理想的解算成果采用改变卫星高度角、删除观测值残差比较大的时段、选取不同的参考卫星等方法进行干预，并重新解算。
（2）三维无约束平差：三维无约束平差的目的是检查基线向量的内符合精度、系统误差和粗差，评定GPS控制网的内符合精度。平差时选择控制网中部的一个控制点的WGS84坐标作为起算点进行三维无约束平差。
（3）二维约束平差：以五个二等平面控制点作为起算点进行约束平差，并进行相应的精度统计及检核，得到最终观测成果。
3.5数据精度分析
（1）同步观测边检核
在平差过程中应予以剔除的数据个数与应获得的数据个数之比为数据剔除率。本次控制测量中，数据剔除率小于10%。
（2）同步环检核
同步环观测中，各接收机为同步观测，理论闭合差为零，但是由于各种因素的影响，使得同步环闭合差不为零，所以同步环闭合差也是一种重要的检核部分。本次观测中，同步环闭合差最大值WX=5.16mm、Wy=-6.763mm、Wz=-8.165mm。
（3）异步环检核
在整个GPS控制网中选取一组完全独立的基线构成异步环，其个坐标分量的闭合差以及全长闭合差即为异步环闭合差，是检验GPS观测精度最有效精度指标。异步环闭合差最大值WX=13.163mm、Wy=-5.763mm；Ws=16.761mm。
由以上检核结果可知，本次GPS控制测量的精度均满足E级控制网精度要求，且观测结果可靠，完全可以满足南水北调工程施工勘测需要。
4结语
南水北调工程作为我国重大战略工程，其空间跨度较大，施工条件复杂。在利用GPS技术进行控制测量时，要注意避免观测过程中的粗差以及减少周跳、多路径效应、电离层带来的误差。平差过程中重点检核基线精度、同步环误差、异步环误差等。利用GPS高效率、全天候、自动化、无误差积累的特点，显著提高了测量精度以及施测效率。本次控制测量的布网方案、平差计算、改正模型等均满足E级GPS控制网的要求。
参考文献
[1]邹璇，张勇，等.GPS数据高精度基线解算方法分析[J].地理空间信息，2006，4（5）：53-55.
[2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社，湖北，2010.
[关键词]南水北调 GPS 控制测量
[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-208-1
1引言
南水北调中线工程是国家为解决京、津、冀地区缺水问题而实施的重大战略工程，总线路从湖北省起经河南省、河北省至北京，全场1247千米。鹤壁段是南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段（黄河北～羑河北）的组成部分，位于Ⅳ渠段的北部，黄羑段总共分有9个设计单元，鹤壁段是第8段。地域上属于河南省鹤壁市的新市区和淇县。渠段南起自沧河渠倒虹吸出口导流堤末端，与总干渠新乡和卫辉段终点相连接，终点接汤阴段的起点，位于鹤壁与汤阴交界处，全长30.833km。平面控制测量是工程实施的基础和保证，平面控制测量是保证工程顺利实施的保证。
2 GPS测量技术简介
2.1 GPS定位原理
GPS定位是根据高速运动的卫星的位置数据作为起算信息，数学模型采用空间距离后方交会确定待定点位置。
2.2 GPS的优点
GPS定位技术作为现代测绘技术的代表，相对于传统测量具有以下优点
（1）测量精度高。GPS通过消除电离层误差、对流层误差、多路径效应后，精度一般明显高于常规测量方法，且测量精度与基线长度无关。
（2）测站之间不需要通视条件。GPS测量可根据测量需要灵活布点，无需测站间通视，可以远距离测量，极大的减少了布网费用，降低测量成本。
（3）自动化程度高。在进行GPS测量时，将GPS接收机设置完毕之后便可自动观测，记录观测数据，自动化程度高。
（4）全天候、实时观测。GPS测量不受时间、气候、地点的限制，精度稳定性较好，并且可以实时观测并上传数据。
3平面控制网的布设
3.1布网依据与起算数据
南水北调中线鹤壁段工程布设控制网按照E级GPS网测量要求观测，控制点布设时需要综合考虑工程建设项目的特点及水工建筑（渠倒虹、公路桥、分水闸）的分布，成点对形式布设在线路两侧。控制点均需满足GNSS测量要求，远离无线电信号发射源及高压线、避开高大的建筑物及大面积水面、接收机天线平面15°以上无遮挡物等。
起算点采用为长江水利委员会提供的五个二级GPS点，点号分别为B淇河、ML308、ML309、ML311、ML312。经过实地踏勘，以上控制点点位稳定，保存完好，可以作为该项目的起算点。
3.2控制网布设
布网形式采用同步图形扩展式，在六个不同测站上分别布设接收机进行同步观测，一个时段观测完之后，继续迁移到其他测站上继续进行同步观测。同时保证每个测站的重复测站次数，可以提高GPS网的可靠性和准确性。网中全部最小异步环边数≤6条。
该工程平面控制网E级GPS点观测时，需要严格执行GB/T18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》的各项指标要求，要求卫星截止高度角为15°，同时观测有效卫星数≥4颗，有效观测卫星总数≥4颗，观测时段数≥1.6，时段长度≥40min，采样间隔5-15 S。
3.3实测步骤
（1）在观测站点架设GPS接收机，对中整平，并确保接收机的稳定性。
（2）填写外业观测记录表，包括接收机编号、三方向量测接收机高度并取平均作为最终结果、天气状况、观测人员、控制点编号等。
（3）各组同时开机，并记录开机时间。进行40min同步观测，之后各组同时关机并记录关机时间。在同步观测过程中，若某个接收机无法观测到最少有效卫星数，则通知各组停止观测并查找原因进行改正。
（4）采用边连接的方式进行同步推进，每个观测时段结束后根据控制点分布及网型情况选择两台接收机保持不动。
3.4观测数据处理方案
（1）基线向量解算：首先进行基线向量结算，解算前对原始观测数据进行预处理，剔除观测质量不好的数据，对不理想的解算成果采用改变卫星高度角、删除观测值残差比较大的时段、选取不同的参考卫星等方法进行干预，并重新解算。
（2）三维无约束平差：三维无约束平差的目的是检查基线向量的内符合精度、系统误差和粗差，评定GPS控制网的内符合精度。平差时选择控制网中部的一个控制点的WGS84坐标作为起算点进行三维无约束平差。
（3）二维约束平差：以五个二等平面控制点作为起算点进行约束平差，并进行相应的精度统计及检核，得到最终观测成果。
3.5数据精度分析
（1）同步观测边检核
在平差过程中应予以剔除的数据个数与应获得的数据个数之比为数据剔除率。本次控制测量中，数据剔除率小于10%。
（2）同步环检核
同步环观测中，各接收机为同步观测，理论闭合差为零，但是由于各种因素的影响，使得同步环闭合差不为零，所以同步环闭合差也是一种重要的检核部分。本次观测中，同步环闭合差最大值WX=5.16mm、Wy=-6.763mm、Wz=-8.165mm。
（3）异步环检核
在整个GPS控制网中选取一组完全独立的基线构成异步环，其个坐标分量的闭合差以及全长闭合差即为异步环闭合差，是检验GPS观测精度最有效精度指标。异步环闭合差最大值WX=13.163mm、Wy=-5.763mm；Ws=16.761mm。
由以上检核结果可知，本次GPS控制测量的精度均满足E级控制网精度要求，且观测结果可靠，完全可以满足南水北调工程施工勘测需要。
4结语
南水北调工程作为我国重大战略工程，其空间跨度较大，施工条件复杂。在利用GPS技术进行控制测量时，要注意避免观测过程中的粗差以及减少周跳、多路径效应、电离层带来的误差。平差过程中重点检核基线精度、同步环误差、异步环误差等。利用GPS高效率、全天候、自动化、无误差积累的特点，显著提高了测量精度以及施测效率。本次控制测量的布网方案、平差计算、改正模型等均满足E级GPS控制网的要求。
参考文献
[1]邹璇，张勇，等.GPS数据高精度基线解算方法分析[J].地理空间信息，2006，4（5）：53-55.
[2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社，湖北，2010.