摘要：該文結合臺山電廠廠區控制網測量工程實踐，對GPS在大型電廠高精度廠區控制網測量中的布網原則、觀測方法、數據處理以及復測等方面進行了探討和研究。
　　關鍵詞：GPS，靜態測量，觀測墩
　　1.概述
　　臺山電廠是目前在建的亞洲最大的火力發電廠，廠址位于廣東省臺山市赤溪鎮銅鼓灣畔，規劃裝機容量為8臺600MW等級燃煤發電機組，一期工程建設規模2×600MW（1號、2號機組）。為了確保在電廠各部分之間建立有機的聯系，也為滿足現階段工程建設順利進行的需要，建立一個高精度的、穩定和可靠的廠區控制網是非常必要的。受廣東省電力設計研究院的委托，天津市海岸帶工程有限公司承擔了廠區控制網點的布設、測量以及定期的復測工作。本文結合臺山核電廠廠區控制網測量實踐，對GPS在大型電廠高精度廠區控制網測量中的布網原則、觀測方法、數據處理以及復測等方面進行了探討和研究。
　　2.廠區控制網的建立
　　作為大型的火力發電項目，臺山電廠的建設施工周期較長，為便于施工放樣以及變形測量的需要，根據國際《工程測量規范》GB50026-93的規定，特建造鋼筋混凝土結構的、永久性的觀測墩，建立二等變形監測網。觀測墩示意圖如圖1所示，其基礎采用鉆孔灌注樁，樁端持力層為下伏的中等風化或微風化基巖，每個觀測墩上都設有用于平面控制的強制對中底盤（銅制羅盤）以及用于高程控制的上下標（不銹鋼圓頭）。
　　廠區控制網布設應以穩定可靠、方便使用、通視良好、便于長期保存為原則。參照臺山電廠的總平面圖設計，經現場踏勘并與電廠工程部的協商后，計劃分兩批共建造10個觀測墩。先于2001年9月在1號、2號機和規劃的3號、4號機外圍建造了TD001～TD003、TD009、TD010共5個觀測墩；在主廠房基礎負挖完成后，又于2002年7月間在主廠區的四周建造了另外5個觀測墩。其中，TD009由于施工的原因被毀，補建了TD011。2002年9月首次進場測量時，除TD004有明顯傾斜外，其他的觀測墩均保存完好，臺山電廠廠區控制網便是由這10個觀測墩組成的，網中相鄰點間距離平均為280m左右，點位分布如圖2所示。
　　
　　
　　3.控制網的施測
　　3.1觀測方案的確定
　　根據事先設計的測量技術方案，平面控制測量使用LeicaTC1800全站儀，觀測方法為多方面測角、側邊，以盡可能增加多余觀測的方法來提高整個控制網的測量精度。但由于電廠施工的影響，眾多永久性以及臨時性的建、構筑物阻礙了大部分觀測墩之間的相互通視，僅用全站儀觀測有限數量的邊和角難以達到二等變形監測網的精度要求。考慮到美國的SA政策已經取消，GPS靜態測量精度有所提高，因此，我們決定完全采用GPS技術進行觀測，用TC1800高精度的測邊對GPS成果加以約束和檢測。
　　3.2GPS控制測量
　　根據測區中心的概略經緯度和高程，并參照較新的GPS衛星可得到性預報，首次GPS測量定于2002年9月18日上午以及19日上午進行。圖3為測區中心2002年9月18、19兩日24小時GPS衛星一覽圖及PDOP、GDOP曲線圖，這兩天上午的大部分時間內可見衛星數大于7，衛星幾何圖形強度因子GDOP值小于3，是一個最佳的觀測時間段。
　　外業觀測使用4臺LeicaSR530雙頻測量型GPS接收機，該儀器的標稱精度為±(5mm+10D)。GPS天線通過強制歸心基座安置在觀測墩上，其對中誤差不大于0.3mm。采用靜態測量作業模式，設置衛星截止高度角15°，歷元采樣間隔為10s，有效觀測衛星數不少于5顆，GDOP值小于6。每條基線的同步觀測時間不小于20min，并在不同德時段重復觀測一次。人員和設備根據事先編制的作業計劃進行調度，觀測員須隨時監視接收機的工作狀態，包括可見衛星數、L1/L2當前跟蹤到得衛星數、PC卡存儲狀態、電池剩余容量、GDOP值的大小等。若出現有衛星被遮擋，GDOP值偏大的情況，應適當延長觀測時間。
　　3.3距離測量
　　相互通視的控制點間距離測量使用LeicaTC1800全站儀，其標稱的測角中誤差1″，測距精度為2mm+1×10D。全站儀借助強制歸心平板、棱鏡通過強制歸心基座安置在觀測墩上，邊長測量往返各4個測回，同時量取兩端點測邊始末的溫度和氣壓值。
　　3.4水準測量
　　水準測量使用的儀器為WILDNA2+GPM3水準儀和銦鋼水準尺，其標稱精度為每公里高差中誤差0.4mm。按國家二等水準測量規范的要求進行觀測，以主廠房周圍的控制點組成一條閉合水準路線。如圖4所示，整條測線共分為8個測段，先連續完成所有測段的往測，隨后再連續進行返測。
　　
　　4.測量數據處理
　　4.1測距長度處理
　　全站儀測距長度處理，包括氣象（溫度和氣壓）及加、乘常數改正，測距邊的水平距離計算，歸化投影計算（歸算到廠區設計標高，珠江基面4.8m高程面上）幾個部分。最后將控制網內最長邊TD003~TD011的測距成果，作為GPS網平差后基準轉換的一個約束條件（比例因子），以其他的邊長測距成果對GPS測量質量進行校核。
　　
　　4.2GPS數據處理
　　GPS測量數據采用隨機軟件LeicaSK1-Pro進行處理，過程包括單點定位、基線解算、網平差以及基準轉換等。其中，單點定位和基線解算全部使用缺省參數、選擇自動處理模式進行全自動解算，解算后的GPS網形如圖5。網平差是在近似WGS-84坐標系統下的無約束三維平差，平差后最大點位中誤差為±2.7mm，最大平面中誤差為±1.2mm，點位精度比較均勻。GPS網平差后的點位內符合精度統計如表1。
　　
　　
　　臺山電廠廠區控制網采用獨立的廠區坐標系和珠江基面高程系。為了確保測量成果與原有資料相互統一，在第一批觀測墩建造完成后進行了坐標聯測。利用廠區附近的四等導線點IV二灣頂和IV大排作為起算點，與TD002和TD003構成一個大地四邊形網，測出TD002和TD003的1954年北京坐標，并按事先設計的轉換關系將其轉換成為廠區坐標。為了不扭曲高精度GPS網的內部一致性，坐標基準轉換只選用一個點的廠區坐標和一條邊的方位作為起算數據，以本次測距邊長度作為尺度控制。先以TD003的坐標為準固定不動，以所推算的網內最長邊TD003~TD011的方位角以及全站儀實測的邊長成果計算TD011的平面坐標。在基準/投影計算時，只需采用TD003、TD011這兩個點的平面以及TD004、TD005~TD011共7個水準高程計算坐標轉換參數，轉換類型為一步法。

　　4.3邊長檢測比較
　　為了證明首次GPS測量質量的可靠性，我們對廠區控制網內部分通視的點進行了檢測，共檢測邊長條5條，表2是GPS網平差后的點位坐標反算距離與全站儀實測距離的比較。
　　
　　5控制網的復測
　　由于電廠建設施工期間，區域內的觀測墩容易受到填挖方、抽水、機械震動、車輛行駛乃至撞擊等因素的影響而產生位移；因此，必須對廠區控制網進行定期的復測，通過對測量結果的綜合分析來檢驗控制網點位的穩定性。在臺山電廠廠區控制網建成后，三個月內完成第一次全面的復測，以后每半年復測一次。復測時的儀器設備、觀測方法以及數據處理等與控制網建立時相同，以復測前后對應控制點位坐標較差限值的大小來判斷GPS點位的穩定性。根據誤差傳播理論，復測前后控制點位坐標較差中誤差為M=
　　式中：M、M--GPS網復測前、后的點位中誤差。現以2倍最弱點較差中誤差為限值。從前面幾期的復測結果來看，還沒有出現超限的點位。
　　6.結束語
　　GPS定位技術具有精度高、速度快、布網靈活、無須點間通視的特點，用于大型電廠高精度廠區控制網測量（復測）優勢明顯。由于電廠施工期間場地條件的限制，控制點位上空的GPS信號會受到一定得遮擋，應根據較新的衛星可得到性預報選擇最佳的觀測時段。在廠區GPS測量中，適當增加同步觀測的儀器數量，不僅可以提高作業效率，同時也可以明顯增加多余觀測量，提高GPS網的精度和可靠性。高精度GPS控制網在轉換到地方坐標系統時，為了不受已知點點位誤差的影響，可只采用必要的約束條件。
　　在GPS精度定位測量中，使用雙頻接收機、利用同步觀測值求差都可減弱電離層折射的影響，但還應盡量避免在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動的異常期進行觀測。特別要指出的是，在廣東這個低緯度地區的電離層非常活躍，高精度GPS觀測應盡量避開12~15點這個時間段。
　　參考文獻
　　⑴周忠謨，易杰軍，周琪，GPS衛星測量原理與應用.北京：測繪出版社，1997
　　⑵謝征海，夏定輝.GPS技術在城市輕軌建設中的應用.成都：中國科協2002年學術年會測繪論文集，2002
　　⑶王巖，岳建平，周保興，葛世超.工程控制網點位穩定性分析方法的研究.測繪通報，2004(8)