摘要:根據(jù)水利專用控制網(wǎng)的布設(shè)特點(diǎn)，建立水利工程坐標(biāo)系，并應(yīng)用于南水北調(diào)征遷工程。
　　關(guān)鍵詞：南水北調(diào)；GPS；控制網(wǎng)；應(yīng)用。
　　1水利專用控制網(wǎng)的布設(shè)特點(diǎn)
　　1.1水利工程測量的分類
　　對于水利工程測量包括平面、高程控制測量；河道地形測量；河道縱、橫斷面測量；測時(shí)水位和歷史洪水位的聯(lián)測；某一河段瞬時(shí)水面線的測量；沿河重要地物的調(diào)查。
　　1.2水利高程控制網(wǎng)的分級
　　施工控制網(wǎng)應(yīng)作為施工總平面圖設(shè)計(jì)的一部分，設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)充分考慮建筑物的分布、施工的程序、施工的方法以及施工場地的布置情況，將施工控制網(wǎng)點(diǎn)畫在施工總平面圖相應(yīng)的位置上，并教育工地上的所有人員愛護(hù)測量標(biāo)志。高程控制網(wǎng)一般也分兩級，一級水準(zhǔn)網(wǎng)與施工區(qū)域附近的國家水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，布設(shè)成閉合(或附合)形式，稱為基本網(wǎng)，基本網(wǎng)的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在施工爆破區(qū)外，作為整個(gè)施工期間高程測量的依據(jù)。另一級是由基本水準(zhǔn)點(diǎn)引測的臨時(shí)性作業(yè)水準(zhǔn)點(diǎn)，它應(yīng)盡可能靠近建筑物，以便做到安置一次或二次儀器就能進(jìn)行高程放樣。高程控制的基本網(wǎng)是整個(gè)水利工程的高程基準(zhǔn)，其基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)穩(wěn)定可靠，且能長期保存。為此，水準(zhǔn)基點(diǎn)一般應(yīng)直接埋設(shè)在基巖上。
　　1.3水利控制網(wǎng)點(diǎn)與面的建立
　　對于水利工程測量應(yīng)根據(jù)河流的比降、落差、橫斷面形態(tài)變化等來確定，同時(shí)也要考慮各設(shè)計(jì)階段的要求。在流域規(guī)劃時(shí)期，水位點(diǎn)的間距可長一些。根據(jù)不同的比例尺要求，從0.4～2.5km不等。對于水面比降急劇變化的地段，應(yīng)適當(dāng)增設(shè)水位點(diǎn)。水位點(diǎn)的平面位置可根據(jù)地形圖上的測站點(diǎn)或明顯地物點(diǎn)用解析或圖解支導(dǎo)線或圖解交會(huì)法測定，其精度與編繪縱斷面圖時(shí)地形圖上的平坦地區(qū)地物點(diǎn)的精度要求一致。為測定水面高程，首先沿河流建立統(tǒng)一的高程控制，然后再設(shè)立水位點(diǎn)進(jìn)行水位觀測。控制點(diǎn)的高程一般采用等級幾何水準(zhǔn)法測定，其精度要求視地形條件、水面比降和路徑而定。橫斷面的位置一般可根據(jù)設(shè)計(jì)用途由設(shè)計(jì)人員會(huì)同測量人員先在地形圖上選定。橫斷面的間距視河流大小和設(shè)計(jì)要求而定；斷面基點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在最高洪水位以上，并與控制點(diǎn)聯(lián)測，以確定其平面位置和高程，作為橫斷面測量的平面和高程控制;橫斷面的編號可以從建筑物的軸線或支流入口處由上游向下游或由下游向上游按順序統(tǒng)一編號，
　　2水利工程坐標(biāo)系的建立
　　2.1GPS網(wǎng)點(diǎn)WGS–84坐標(biāo)的計(jì)算
　　采用隨機(jī)軟件或商用軟件對GPS網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理通過基線解算和WGS–84坐標(biāo)系下的三維無約束平差計(jì)算，便可得到GPS網(wǎng)點(diǎn)WGS–84坐標(biāo)和經(jīng)緯度。當(dāng)基線固定解的單位權(quán)中誤差（RMS），模糊度檢驗(yàn)倍率（Ratio），同步環(huán)及異步環(huán)閉合差，重復(fù)基線互差符合規(guī)范要求后，WGS–84坐標(biāo)系下的三維無約束平差計(jì)算成果可來計(jì)算，GPS網(wǎng)點(diǎn)的站心坐標(biāo)系坐標(biāo)。
　　2.2GPS網(wǎng)點(diǎn)站心坐標(biāo)的計(jì)算
　　選定一個(gè)GPS網(wǎng)點(diǎn)作為站心坐標(biāo)系的原點(diǎn)P,根據(jù)三維無約束平差計(jì)算得到的GPS網(wǎng)點(diǎn)WGS–84坐標(biāo)和經(jīng)緯度，之后計(jì)算各網(wǎng)點(diǎn)在站心地平直角坐標(biāo)系P﹣NEU中的坐標(biāo)。
　　2.3GPS網(wǎng)點(diǎn)工程坐標(biāo)系坐標(biāo)的計(jì)算
　　根據(jù)掛靠點(diǎn)在國家坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，掛靠方向在國家坐標(biāo)系方位角和在站心坐標(biāo)系的方位角，邊長投影面高程H和站心地平面的高程HP，通過坐標(biāo)變換公式將站心坐標(biāo)系中的網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)變換成工程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。由于這種變換進(jìn)行了坐標(biāo)原點(diǎn)的平移和坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)變換，邊長按比例縮放，所以GPS網(wǎng)進(jìn)行的是一種相似變換。
　　3在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用
　　3.1在南水北調(diào)工程征遷調(diào)查中的應(yīng)用
　　征遷調(diào)查工作的特點(diǎn)是涉及的省、市、縣、鄉(xiāng)、村較多，參加征遷調(diào)查工作的部門多，包括各級政府部門、水利部門、土地管理部門、林業(yè)部門等，以及設(shè)計(jì)人員、測繪人員、調(diào)查人員，一般一個(gè)征遷調(diào)查組人數(shù)可達(dá)十多人。這樣，就對定位、測量有更高的要求。
　　3.2應(yīng)用GPSRTK作業(yè)
　　通過大量工程實(shí)踐，采用GPSRTK作業(yè)處理數(shù)據(jù)簡單、準(zhǔn)確、方便，操作中須提前完成以下工作任務(wù)：打開TSCe電子手薄運(yùn)行TrimbleSurveyController軟件，新建放樣工作任務(wù)。在當(dāng)前工作中鍵入已知點(diǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)的待放樣線路，TrimbleSurveyController軟件包件提供了靈活的線路輸入方式供用戶選擇。
　　3.3現(xiàn)場工作
　　在征遷調(diào)查工程開始時(shí)，首先要架設(shè)基準(zhǔn)站，即RTK測量的參考站，其功能是連續(xù)觀測GPS衛(wèi)星，并將觀測數(shù)據(jù)通過發(fā)射電臺即時(shí)發(fā)送給流動(dòng)臺，流動(dòng)站可隨時(shí)與其同步實(shí)時(shí)解算出測點(diǎn)坐標(biāo)。
　　在已知點(diǎn)上架設(shè)好GPS接收機(jī)和天線，按要求連接好一切連線后，打開接收機(jī)，輸入基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、天線高。待電臺指示燈顯示發(fā)出通訊信號后，流動(dòng)站即可開展工作。基準(zhǔn)站接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號后，流動(dòng)站即可開展工作。基準(zhǔn)站接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號后，由衛(wèi)星星歷和測站已知坐標(biāo)計(jì)算出測站至衛(wèi)星的距離真距，用觀測量偽距與計(jì)算值比較得到偽距差分改正數(shù)。偽距差分改正數(shù)和載波相位測量數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射電臺發(fā)送給流動(dòng)站，一個(gè)基準(zhǔn)站提供的差分改正數(shù)可供數(shù)個(gè)流動(dòng)站使用。
　　啟動(dòng)流動(dòng)站GPS接收機(jī)，在RTK線路放樣模式下選擇合適的方法按指示進(jìn)行線路放樣。
　　通過手薄建立項(xiàng)目，對流動(dòng)站參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，該參數(shù)必須與基準(zhǔn)站及電臺相匹配，用已知點(diǎn)的平面和大地坐標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)校正。在流動(dòng)站位置，可以另處新建一個(gè)任務(wù)，也可以采用以前的任務(wù)，但是必須確保流動(dòng)站任務(wù)的坐標(biāo)系要同啟動(dòng)基準(zhǔn)站任務(wù)的坐標(biāo)系完全一致。接通流動(dòng)站接收機(jī)和電臺后,接收機(jī)在接到GPS衛(wèi)星信號的同時(shí),也接收到了由數(shù)據(jù)通訊電臺發(fā)送來的偽距差分改正數(shù)和載波相們測量數(shù)據(jù),這個(gè)過程所需時(shí)間不到1min,只要接受到5顆衛(wèi)星和基準(zhǔn)站的信息,測量人員即可在短時(shí)間內(nèi)按菜單根據(jù)需要放樣出點(diǎn)、直線或曲線。
　　RTK流動(dòng)站放樣及施測。在基準(zhǔn)站、流動(dòng)站設(shè)置好之后，RTK流動(dòng)站開始工作，通過電子手薄控制器的顯示屏窗口操作，在RTK固定的情況下進(jìn)行實(shí)地坐標(biāo)放樣，即找出渠線用地左、右邊樁的實(shí)地位置，作好標(biāo)記以提醒埋設(shè)界樁，同時(shí)在有關(guān)土地行政管理部門的配合下現(xiàn)場實(shí)測用地范圍內(nèi)的地類邊界點(diǎn)和權(quán)屬邊界點(diǎn)，采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)直接存儲到電子手薄中。
　　所放樣和采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)均保存在電子手薄中，每天及時(shí)將采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，通過計(jì)算機(jī)及內(nèi)業(yè)處理軟件繪制和連接當(dāng)天所測的地類、權(quán)屬邊界線，標(biāo)出每一宗地的行政區(qū)劃名稱，作好階段性小結(jié)，以便于最終內(nèi)業(yè)繪制土地勘測定界圖、計(jì)算分權(quán)屬、地類面積及編寫土地勘測定界技術(shù)報(bào)告書。
　　4GPS作業(yè)的優(yōu)缺點(diǎn)
　　GPS在南水北調(diào)征遷中的應(yīng)用，極大地減少了常規(guī)測量搬站次數(shù)，保證了土地勘測定界要求的精度，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，既節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用又簡化了建設(shè)用地勘測定界的工作程序。在建設(shè)用地勘測定界、地籍測量及變更、土地利用管理等方面有著廣闊的應(yīng)用。
　　但使用過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：基準(zhǔn)站應(yīng)避開無線電信號干擾強(qiáng)烈的地區(qū)；電臺發(fā)射天線要有一定的高度；為防止數(shù)據(jù)鏈丟失及多路徑效應(yīng)的影響，應(yīng)避開大面積水域、大型建筑等反射物。
　　參考文獻(xiàn)：
　　〔1〕 張正祿等編著．工程測量學(xué)．武漢：武漢大學(xué)出版社，2008
　　〔2〕 孔祥元郭際明主編．控制測量學(xué)上冊．武漢：武漢大學(xué)出版社，2008
　　〔3〕姚楚光．布設(shè)GPS網(wǎng)建立工程坐標(biāo)系的一種方法．水利水電測繪，2009（2），2～4