南水北调安阳配套工程施工01标施工控制网优化设计.doc

南水北调安阳配套工程施工01标施工控制网优化设计目 录 摘要.ABSTRACT.1 绪论11.1 项目来源11.3 水文气象21.3.1 气象21.3.2 水文21.4 工程概况22 技术依据32.1 主要的测量技术标准及规范33 测区已有测绘资料及成果利用33.1 收集资料33.2 控制资料34 施测方案44.1 等级、精度要求44.2 使用仪器设备44.2.2 基本技术要求45 施工控制网布设形式55.1 施工控制网的特点65.2 施工控制网的布设方法65.2.1 编写测量控制施工方案65.2.2 首级施工控制网的布设65.3 施工放样加密控制网的测设75.4 控制网的选点与埋设76 D级GPS控制网的布设与实施86.1 优化设计及布网方案86.1.1 GPS控制网布网设计86.1.2 优化设计的原则96.1.3 GPS网优化设计96.1.4 GPS网的基准优化设计96.1.5 施工平面控制网的优化设计96.2 选点与埋石116.2.1 选点116.2.2 埋石116.3 仪器设备的选择与观测116.4 数据处理116.4.1使用的软件或方法126.4.2 GPS网平差计算126.5 建立场地坐标系127 高程控制测量137.1 高程控制测量的一般规定137.1.1 管道开挖高程控制测量的等级137.1.2 水准基点组的建立147.1.3 标桩埋设147.2 三、四等水准测量的要求和方法147.2.1 对所使用仪器的要求147.2.2 水准测量的规则147.2.3 三、四等水准测量观测程序157.2.4 三、四等水准测量的记录与计算157.2.5 水准测量的限差167.3 水准网的平差计算177.3.1 测量过程及方法177.3.2 高差闭合差的分配188 提交成果18结束语18致谢19参考文献20南水北调安阳配套工程施工01标施工控制网优化设计摘 要在管道工程施工阶段，测量工作的任务是直接为施工服务。测量放样的前提除了要有内业计算资料外，还要满足施工放样精度要求，控制点密度适当，图形结构良好的施工控制网更是必不可少，而且施工控制网的布设形式和精度等级更直接影响管道放样点位的精度，从而更构成了管道建设成败的一个关键因素。因此如何更科学地设计与布设一个既经济又合理的管道施工控制网显得极为重要。在广泛调研了南水北调安阳配套工程建设的需要，收集相关测量资料并对其进行分析的基础上，根据工程的具体情况，建立最优施工控制网。通过精心准备、反复对比，设计出最佳的布网方案。在C级GPS首级平面控制网的基础上，进行D级GPS网的优化设计。关键词 施工控制网 优化设计 坐标系统 I THE FIRST PROJECT OF THE SOUTH-NORTH WATER DIVERSION PROJECT IN ANYANG SURVEY CONTROL NETWORK OPTIMAL DESIGNABSTRACTIn pipeline engineering construction stage, the measurement task is to directly serve the construction. Measuring lofting in addition to have the premise of computing in the industry, but also satisfies the requirement of construction lofting precision, control point density, appropriate graphical structure good construction control network is essential, and the construction control network layout form and precision grade more directly affect the accuracy of pipe lofting point, making it constitutes the pipeline construction success or failure of a key factor. So how to design and layout more scientific a economical and reasonable pipeline construction control network is extremely important.Extensive research in the anyang supporting project construction needs, collect related measurement data and carries on the analysis, on the basis of according to the actual circumstances of the project, build the optimal construction control network. Through the careful preparation, repeated comparison, design the best cloth network scheme. In head c-class GPS plane control net, on the basis of grade D GPS network optimization design.KEYWORDS construction control network, optimal design, coordinate system II1 绪论南水北调工程是世界上最大的调水工程之一，其中线总干渠从河南省境内的陶岔渠首引水，到北京团城湖，全长1277 km，有1000余座大型建筑物。南水北调中线总干渠在河南省境内长731km，流经地区不仅有伏牛山、太行山等众多雄伟壮丽的自然生态景观，而且还有黄帝故里、龙门石窟、安阳殷墟等举世闻名的历史文化遗产，因此工程建设意义重大、影响深远。参考文献1 张洪启,高济德.南水北调中线施工控制网的布设;黄河水利职业技术学院学报- 2009-10-15安阳供水配套工程作为中线工程的一部分，是为了解决安阳市各县区供水问题，建设意义重大。为保证施工的顺利开展，建设严密的施工控制网，进行施工控制网的优化设计是必不可少的。施工控制网的布设形式，应以经济、合理和适用为原则，根据建筑设计总平面图和施工现场的地形条件来确定。对于地形起伏较大的山区建筑场地，则可充分扩展原有的测图控制网，作为施工定位的依据。对于地形较平坦而通视较困难的建筑场地，可采用导线网。对于地形平坦而面积不大的建筑小区，常布置一条或几条建筑基线，组成简单的图形，作为施工测量的依据。对于地形平坦、建筑物多为矩形且布置比较规则的密集的大型建筑场地，通常采用建筑方格网。总之，施工控制网的布设形式应与建筑设计总平面的布局相一致。1.1 项目来源南水北调安阳供水配套工程自开工以来，受到安阳市建管局的大力重视。在建管局和监理部的要求下，为了管道的施工建设，需要布设施工控制网。施工控制网需满足施工建设的需求，另外应根据地形条件和建网费用等其他因素，选择最优的施工控制网方案。1.2 测区概况安阳供水配套工程37号董庄分水口门向汤阴县、内黄县供水，37号董庄分水口门分配水量为0.48亿m3,向汤阴县一水厂、汤阴县二水厂河内黄县水厂供水，输水线路长55.848km，管道设计流量为2.5m3/s。南水北调安阳供水配套工程施工01标（合同编号NSBD-AYPT/SG-01）：位于安阳市境内，输水管道起点位于37号董庄分水口门末端，终点位于汤阴县城内中华路与新横一路交叉处西南角，桩号0+0005+200，全长为5200m，管径DN1600，管材为PCCP管；另外还包括汤阴一水厂支管线，桩号A0+000A0+262.298，全长为262.298m，管径DN500，管材为PCP管。共有各类主要建筑物41座，其中进水池1座，管理房2座，调流调压阀室1座，主线穿越铁东路（G107）顶管工程1处，主线穿越新横一路顶管工程1处，主线穿越光明路顶管工程1处，主线穿越汤河倒虹吸工程1处，主线穿越汤鹤铁路1处，主线穿越京广铁路1处，其它各类阀井31座。本标段管材为PCCP管道，管径最大为DN1600，管道单节长5m，重约9吨。主要工作内容包括：第一，管道工程的施工，包括管道的安装（除管材采购外，含管道及建筑物的土方开挖、回填、混凝土施工等全部工作）；金属结构埋件与设备的采购、安装等；机电设备、阀件及附属设备（采购）安装和调试等；第二，顶管工程的施工，包括顶管工程施工准备，施工设备选型及采购、运输、安装、拆卸，施工测量，混凝土及预制混凝土施工，顶进施工、挖土及运输，施工降排水，施工照明、安全措施以及在施工过程中处理不良地质段所必需的工程措施等全部工作。第三，完成上述工程所需的临时工程及施工期水保环保等全部建安工程。主要工程量：土石方开挖35.14万m3，土石方回填32.59万m3，混凝土0.48万m3，钢筋制安342t，垫层0.41万m3等。1.3 水文气象1.3.1 气象本区域位于河南省东北部，属温带大陆性季风气候，气候温和，四季分明，距安阳气象站资料统计，多年平均气温为13.8，极端最高气温41.5，极端最低温度-17.3；多年平均风速2.2m/s，一年中，以3、4月份风速最大，8、9月份风速最小，最大风速达22m/s；最早地面稳定冻结处日在11月中旬，最晚开始解冻日期在3月中旬，历年最大冻土深度35cm，全年无霜期202d。本区多年平均降雨量为570.1mm。暴雨成因多为低压槽、切变线再加低涡波动，此外强台风形成的强烈低压系统，也是形成该地区的暴雨天气。本区的降雨特性不仅在年际上变幅大，而且在年内分配上也不均匀，60%-70%集中在汛期，多以暴雨形式出现，年降水量从南到北，从山区到平原呈现递减趋势。1.3.2 水文37号管线向安阳市汤阴、内黄县供水，输水管道穿越河道6条次，具体为在河南省汤阴县董庄北穿越汤河(1),在汤阴县北周流东再次穿越汤河（2），在汤阴县北寨北街西北穿越卫河，在内黄县张俄东穿越老塔坡沟，在内黄县东庄镇西南穿越杏园沟。1.4 工程概况 南水北调工程是优化我国水资源配置的重大战略性基础工程，它的建设将从根本上缓解我国北方地区水资源严重短缺局面。特别是对于安阳市来讲，南水北调工程每年将为安阳市带来3.34亿立方米的优质水，不仅能有效解决安阳“求水”的问题，也将为安阳发展带来历史性机遇。做好南水北调配套工程建设既是贯彻落实十八大精神的重大举措，也是改善全市生态环境，为子孙后代留下天蓝、地绿、水净美好家园的现实需要。2 姚楚光,杨爱明,严建国,等. 南水北调中线工程施工控制网精度与等级论证研究J.南水北调与水利科技, 2008, 6 ( 1 ): 298 -307.安阳配套工程施工01标作为安阳配套工程的重要一部分，必须严格按照南水北调中线工程的统一技术标准，按照合同要求，参考通用规范，确保工程的顺利开展，必须严格建立施工控制网，并进行优化设计。2 技术依据2.1 主要的测量技术标准及规范公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）水利水电工程施工测量规范（DL/T5173-2003）工程测量规范（GB 50026-2007）国家三角测量和精密导线测量规范国家三、四等水准测量规范（GB12898-91）中、短程光电测距规范（ZBA76002-87）全球定位系统(GPS)测量规范(GB/18314-2009)以及招标文件相应规定、设计图纸、修改通知、监理部门的其它技术要求。3 测区已有测绘资料及成果利用3.1 收集资料 收集测区内各种已有的测绘资料，包括地形图、交通图、地名图、基础控制成果（成果表、点之记、网图、技术总结）及鉴定结论等，以级与甲方沟通后甲方提出的其他要求。3.2 控制资料(1)由黄河水利规划设计院提供两个C级GPS点，作为测区布设首级控制测量平面控制的起算点。(2)由黄河水利规划设计院提供等水准点两个，作为首级控制测量高程控制的起算点。(3)控制点的坐标系为：平面系统：1954年北京坐标系，1分带，中央子午线经度为114。高程坐标系：1985国家高程基准。4 施测方案4.1 等级、精度要求管道施工平面控制网的建立，应符合下列规定：(1)管道施工平面控制网，宜布设成自由网，并根据线路测量控制点定位。(2)控制网可采用GPS 网、三角形网和导线网等形式。(3)根据规范要求和省南水北调统一技术标准，本次平面控制网采用D级GPS网标准，高程控制网采用四等水准测量标准。14.2 使用仪器设备表4-1 本次采用的主要仪器设备及技术参数见下表：级 别单频/双频观测量至少有同步观测接收机数D双频或单频L1载波相位2名 称数量精度生产厂家天宝5800接收机4台平面+1ppm北京天拓天宝科技 精度要求：级别相邻点基线分量中误差相邻点平均距离/km水平分量/mm垂直分量/mmD级20401所用仪器精度，即不低于5mm+1pmm的接收机并按D级网要求施测。 4.2.2 基本技术要求表4-2 平面控制网的测量过程及成果满足以下基本技术要求：项目观测方法卫星高度角有效观测卫星总数同时观测有效观测卫星数观测时段数观测时段长度(分钟)数据采集间隔(秒)D级静态15441.6605_15表4-3 水准测量的主要技术要求：等级每千米高差中误差（mm）路线长度（km）水准仪型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合或环线平地（mm）山地（mm）二等2-DS1因瓦往返各一次往返各一次4L三等650DS1因瓦往返各一次往一次12L4nDS3双面往返各一次四等1016DS3双面往返各一次往一次20L6n五等15-DS3双面往返各一次往一次30L-注：1.成带节点的水准网时，节点之间或节点与已知点之间的路线长度，不应大于表中规定的0.7倍。 2.L为往返段附合或闭合环的水准路线长度，km。n为测站数。5 施工控制网布设形式施工控制网的布设形式，应以经济、合理和适用为原则，根据建筑设计总平面图和施工现场的地形条件来确定。对于地形起伏较大的山区建筑场地，则可充分扩展原有的测图控制网，作为施工定位的依据。对于地形较平坦而通视较困难的建筑场地，可采用导线网。对于地形平坦而面积不大的建筑小区，常布置一条或几条建筑基线，组成简单的图形，作为施工测量的依据。对于地形平坦、建筑物多为矩形且布置比较规则的密集的大型建筑场地，通常采用建筑方格网。总之，施工控制网的布设形式应与建筑设计总平面的布局相一致。3 王衍臻,余小军,张幸君.城市GPS控制网工程研究J.辽宁工程技术大学学报,2004, 23(1):28-31.当施工控制网采用导线网时，若建筑场地大于1k或重要工业区，需按一级导线建立，建筑场地小于1k或一般性建筑区，可按二、三级导线建立。当施工控制网采用原有测图控制网时，应进行复测检查，无误后方可使用。5.1 施工控制网的特点勘测阶段所建立的测图控制网，其目的是为测图服务，控制点的选择是根据地形条件和测图比例尺综合考虑的。由于建筑设计的依据之一是地形图，测图控制网不可能考虑到待设计建筑物的总体布置，又由于施工控制网的精度取决于工程建设的性质，因此测图控制网无论从点位的精度方面还是从点位的密度方面，都难以满足施工放样的要求。为此，为了进行施工放样测量，必须建立施工控制网。4 沙尚典,乔建林.浅谈GPS控制网的技术设计.四川建筑,2008-04-28.施工控制网的布设应该根据建（构）筑物的总平面布置和施工区的地形条件来考虑。对于地形起伏较大的山岭地区和跨越江河的地区，一般可以考虑建立三角网或GPS网。对于地形平坦但通视比较困难的地区，例如改建、扩建的居民区及工业场地，可以考虑布设导线网。对于建筑物比较密集且布置比较规则的工业与民用建筑区，也可以将施工控制网布设成规则的矩形格网，即建筑方格网。相对于测图控制网而言，施工控制网一般具有如下特点：(1)施工布置网的主要作用是放样建筑物的轴线，这些轴线的位置偏差有一定的限制，其精度要求高。(2)点位的埋设要求在轴线两端，以便准确的标定工程的位置。工业建筑场地，还要求施工控制点连线与施工坐标系的坐标轴平行或垂直，且坐标值尽量为米的整数倍，便于放样计算工作。(3)施工控制点的位置应分布恰当、坚固稳定、使用方便、便于保存，且密度也要打，以便放样时可有所选择。5 赵俊生,徐卫明.GPS 在城市控制测量应用中的研究J . 测绘通报, 2000, 2000( 9 : 8- 9.5.2 施工控制网的布设方法5.2.1 编写测量控制施工方案对控制网的设备、各类基准的要求进行规划；对测量工作程序进行明确；对测量工作方式方法，有关要求进行统一；对记录及各类资料的整改，仪器的保管与使用作出规定，并将此上报监理单位。5.2.2 首级施工控制网的布设根据工程区域地形图、建筑物测量精度要求及水利水电工程施工测量规范，确定首级施工控制网的等级。首级控制网以能够充分控制整个工程工作面为宜，同时，充分考虑网形的优化。在拟选方案进行必要的精度估算后，最终确定控制网形。并且根据施工控制网的等级选择相关的测量仪器。布网精度将满足水利水电工程施工测量规范（DL/T5173-2003）精度标准。6 SL52 - 93, 水利水电施工测量规范S.5.2.2.1 平面控制测量第一，平面控制网的精度指标及布设密度，根据本工程规模及建筑物的精度要求，本工程平面控制网的等级采用二等平面控制网。第二，平面控制网的梯级布设，其最末级平面控制点相对于同级起始点或邻近高一级控制点的点位中误差不大于10mm。对于顶管工程地面控制网，其相邻洞口点的点位中误差满足设计及规范要求。 第三，平面控制网建立后，定期进行复测，在开挖结束后，各阶段进行测量复测。若使用过程中发现控制点有位移迹象时，及时进行复测，修正偏差。5.2.2.2 高程控制测量第一，高程控制测量的精度要求，其最末级高程控制点相对于首级高程控制点的高程中误差，对于砼建筑物不大于10mm。本工程高程控制网的等级采用二等高程控制网。第二，布设高程控制网时，首级网布设成环形网，加密时布设成符合路线或结点网。第三，测量中使用的水准仪，水准标尺，测距仪及其附件符合国家水准测量规范及中、短程光电测距规范（ZBA7600287）中有关规定进行检验和校正。7 梅是义,孔祥元.控制测量学M .武汉,武汉大学出版社出版,2002:70- 100.5.3 施工放样加密控制网的测设作为基本控制的首级控制网点的数量一般不能满足工程细部施工测量工作的需要，因此需进行必要的二次加密控制。加密控制网的精度必须符合水利水电工程施工测量规范（DL/T5173-2003）的要求，加密网点的密度应满足施工细部放样的要求。加密网测设完毕并经过精密平差后，应汇同首级控制网平差后将成果提交监理工程师审批。5.4 控制网的选点与埋设第一，平面控制点选在通视良好，基础稳定且能长期保存的地方，视线离障碍物（上、下和旁侧）不小于2m。第二，长期保存，离施工地点比较远的平面控制点，着重考虑图形结构和便于加密为原则，用于施工放样的控制点侧重考虑方便放样为宜。第三，位于主体工程附近的控制点和主轴线标志点，埋设具有强制归心装置的混凝土观测墩。其它部位根据情况埋设暗标或半永久标志。对于首级网，同一等级的控制点埋设相同类型的标志。平面、高程标志、标石埋设见下图。图5-1 测量控制点观测墩结构图6 D级GPS控制网的布设与实施6.1 优化设计及布网方案GPS控制网大致可以分为两类，一是国家或区域性的高精度GPS控制网，主要作用是作为高精度三维国家大地测量控制网。另一种是局部性的GPS控制网，即作为建设或城市使用的工程控制网。随着科技的发展，建设的需要，进行GPS控制网的优化设计已经必不可少了。GPS控制网的优化设计是根据任务的需要，在满足精度的要求下，本着经济适用的原则，布设最优网，选取能达到足够的精度和可靠性要求的设计方案。8 康引吉,姜本海,姚楚光,等.南水北调中线一期工程施工控制网测量技术报告R.武汉: 长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,2003.该工程根据设计院提供的建筑物位置和类型，在15 000地形图上进行规划设计。在进行控制网形设计时，根据不同的建筑物、不同的地形情况，布设各建筑物的控制网。6.1.1 GPS控制网布网设计GPS控制网的优化设计是实施工程GPS测量的基础性工作，是工程测量放样的基础。根据网的精确性，可靠性和经济性方面，综合寻求GPS控制网设计的最优方案。GPS控制网的主要特点与常规测网相一致，高精度，网点分布均匀，能为多种目标所服务。GPS网是以一个点的坐标为定位基准，因此误差传播速度要比常规网慢, 精度分布也要更为均匀。GPS控制网的精度和密度设计主要取决于网的用途和作业技术条件等因素. 对GPS控制网而言, 除了要求点位的绝对精度较高外, 还要求全网的精度比较均匀. 前者很大程度上由基线的选择来决定, 后者主要由GPS网的布设方法, 如图形结构强度, 基线向量的测量精度等决定。对于GPS控制网来说, 建网的费用主要由精度和网点数决定, 此外也受外业和地区的自然地理条件影响,因为精度和网点数是由任务的目的决定的,自然地理条件又是客观存在的现实, 因此费用的优化主要通过网形结构和选择最佳布测方法来实现.所以在实际进行网的优化设计时, 主要从GPS网的精度,密度设计,平面基准,基准设计,确定GPS网形设计。9 穆森,赵文吉,王羽佳.海宁市城市D级GPS工程控制网优化设计.首都师范大学学报(自然科学版)- 2008-04-15.6.1.2 优化设计的原则GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能的提高效率，努力降低成本。因此，在进行GPS网的设计时，既不能脱离实际的应用需求，盲目的追求高精度和高可靠性；也不能为了追求高效率和低成本，而放弃了质量的保证。对于网的优化设计原则，首先尽量利用现有的控制点，做到一点多用，提高点的功能。控制点必须满足常规仪器设备的利用，相邻点的通视要好。对于南水北调工程，可以布设成四边形链接，但受线状限制, 四边形中存在两边长两边短的情况, 就致使图形强度降低, 边长长度在大范围的网型连接中会产生长度变形, 可以采用分带投影计算。10 蔡冬曼,高用竹.浅谈GPS控制网的优化设计的可行性科技资讯,2011-11-03 .施工控制网是独立的控制网，布网时应单独布设，独立成网。6.1.3 GPS网优化设计GPS控制网的优化设计是实施GPS测量的基础性工作，它是在网的精确性、可靠性和经济性方面,寻求GPS控制网设计的最佳方案。根据GPS测量特点分析可知，GPS网需要以一个点的坐标为定位基准，而此点的精度高低直接影响到网中各基线向量的精度和网的最终精度。同时由于GPS网的尺度含有系统误差以及同地面网的尺度匹配问题，所以有必要提供精度较高的外部尺度基准。由于GPS网的精度与网的几何图形结构无关，且与观测权相关甚小，而影响精度的主要因素是网中各点发出基线的数目及基线的权阵。因此，提出了GPS网形结构强度优化设计的概念，讨论增加的基线数目、时段数、点数对GPS网的精度、可靠性、经济效益的影响。同时，经典控制网中的三类优化设计，即网的加密和改进问题，对于GPS网来说，也就意味着网中增加一些点和观测基线，故仍可将其归结为对图形结构强度的优化设计。11 耿汉文.水利工程施工控制网的优化设计.现代测绘,2005-12-30综上所述，GPS网的优化设计主要归结为两类内容的设计：(1)GPS网基准化的优化设计。(2)GPS网图形结构强度的优化设计，其中包括：网的精度设计能力的可靠性设计，网发现系统差能力的强度设计。6.1.4 GPS网的基准优化设计由于GPS网的精度与网几何图形结构无关，而且与观测权相关不大，而影响精度的主要原因是网中各点发出的基线长度和基线权阵。因此，应该增加基线数目、时段数、点数对GPS网的精度、可靠性、经济效益的影响。而对于GPS的基线向量, 它属于WGS- 84坐标系的三维坐标系, 而我们需要的是地方独立坐标系或国家坐标系的坐标. 因此在GPS网的技术设计时, 必须明确GPS成果所采用的坐标系统和气算数据，即明确GPS网采用的基准。12 刘经南,吴素芹.GPS控制网基准优化方案C.大地测量学术年会论文,1991.GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距边确定，也可由两个以上的起算点间的距离确定，同时也可由GPS基线向量的距离确定。GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此，GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。在基准设计时，应充分考虑以下几个问题：第一，为求定GPS点在地面坐标系的坐标.应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个，用以坐标转换。在选择联测点时既要考虑充分利用旧资料，又要使新建的高精度GPS网不受旧资料精度较低的影响，因此，大、中城市GPS控制网应与附近的国家控制点联测3个以上。小城市或工程控制可以联测2-3个点。第二，为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影响，对GPS网内重合的高等级国家点或原城市等级控制网点，除未知点联结图形观测外，对它们也要适当地构成长边图形。第三，GPS网经平差计算后，可以得GPS点在地面参照坐标系中的大地高，为求得GPS点的正常高，可据具体情况联测高程点，联侧的高程点需均匀分布于网中，对丘陵或山区联测高程点应按高程拟合曲面的要求进行布设。具体联测宜采用不低于四等水准或与其精度相等的方法进行。GPS点高程在经过精度分析后可供测图或其他方面使用。第四，新建GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系统一致，如果采用的是地方独立或工程坐标系，一般还应该了解以下参数:所采用的参考椭球;坐标系的中央子午线经度;纵、横坐标加常数;坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值;起算点的坐标值。6.1.5 施工平面控制网的优化设计平面控制网的技术设计,应在全面了解工程建筑物的总体布置、工区地形特征及施工放样精度要求的基础上进行。在初步确定控制点位置后,要对控制网图结构进行精度优化设计、可靠性分析等,提高控制网图的图形强度,减小工程重要轴线方向的误差。一般而言,线状的河道、堤防等工程应控制点位的横向误差,点状的水工建筑物等工程应控制点位的纵向误差。南水北调工程平面施工控制网建立的基本要求: 首级施工控制网必须是C级GPS网，联测国家一、二等三角点, 并实现与1954 年北京坐标系间的转换。以C级GPS 网为基础进行下一级加密施工控制测量工作。13 严建国,姜本海,周传松,等.南水北调中线一期工程干线(除京石段)首级施工控制网测量工程技术总结报告R.武汉:长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,2004.D级建筑物施工控制网是挂靠在干线施工控制网点上的独立控制网。6.2 选点与埋石6.2.1 选点在进行选点前，应该根据项目需要收集测区范围内及周边现有的国家平面控制点、水准点、GPS点等资料，以及地形图、交通图、测区总体规划及近期发展规划等资料。然后根据项目任务书或合同书的要求在图上进行设计，标绘出选点区域。14 徐绍铃,张华海,杨志强等.GPS测量原理及应用M.北京:测绘出版社,1998:90-101.GPS控制网点位的选择基本遵循以下原则：(1) GPS点位间虽然不要求直接通视, 但需要一个相对开阔的地带，点位周围仰角15度以上不允许存在成片的障碍物。(2)远离大功率的电台、微波中继站等辐射电源，与高压线、变压器等保持一定的距离，避免干扰。(3)充分利用符合要求的原有控制点。利用旧点时, 应对旧点的稳定性、完好性以及站标的安全讲行检查。(4)点位的地质条件。实地选点也要结合大比例尺地质图; 建立高等级控制网, 要确保点位的相对稳定和长期保。.(5)点位应选在交通方便的地方，有利于其它观测手段扩展与联测的地方。6.2.2 埋石控制网点位选在便于使用和能长期保存的坚固原状土上(即避开耕地，选在道路旁边、沟坎边沿、河渠岸边)，且要远离高压输电线。此外，还应避开树冠，以便减少接收卫星信号的干扰和多路径误差。标石露出地面2 cm，标志为半球状铸铁标志，中心刻十字线，尺寸按照三等水准要求的规格预制，底座现场浇注。6.3 仪器设备的选择与观测使用天宝双频静态四台套GPS接收机，其标称精度为(3+05x10 D)mm。观测时，按照国家的相关规定进行作业，对其观测2时段，每个时段长为1 hlZi。6.4 数据处理GPS的数据处理一般分为基线解算和网平差两部分。基线解算从相位观测值人手，通过粗加工、预处理、基线解算等步骤，获得基线向量及其协方差阵。网平差包括各种基线解算程序的数据接口、基线网数据检核(同步环检核、异步环检核、复测基线检核)、三维平差、二维平差和高程拟合等。15 刘大杰，刘经南.GPS地面测量的三维联合平差J.测绘学报，1994（1） 本工程数据处理及平差软件为南方测绘静态数据处理软件(ObsFileProcess)，采用E级GPS控制网平差，该软件具备数据传输，基线向量处理，GPS网平差，多种GPS数据转换等功能，完全满足GPS控制测量数据处理的要求。首先进行基线向量解算，然后是进行约三维自由网平差、二维约束平差。控制网的已知数据采用两个点，分布比较均匀，故采用1954年北京坐标系的参数，一步转换准确解算该控制网的1954年北京坐标。6.4.1使用的软件或方法本次数据后处理及平差软件为南方测绘静态数据处理软件(ObsFileProcess)，采用E级GPS控制网平差，该软件具备数据传输，基线向量处理，GPS网平差，多种GPS数据转换等功能，完全满足GPS控制测量数据处理的要求。6.4.2 GPS网平差计算在GPS网的数据处理中，基线解算所得到的基线向量仅能确定GPS网的几何形状，却无法最终确定绝对位置基准。在GPS网平差中，通过起算点坐标可以达到引入绝对基准的目的。网平差的类型有三种：最小约束平差，约束平差和联合平差。目前, GPS 网平差一般采用二维平差方法, 即在GPS 网三维平差基础上, 首先将三维GPS 基线向量转换为地面坐标系统中的二维GPS 基线向量, 然后在平面坐标系统中对GPS 网进行二维平差, 求得点位在地面坐标系统的平面坐标.6.5 建立场地坐标系1954年北京坐标系采用的投影是高斯投影，除中央子午线外，其他任何位置的线段，在投影后，长度都发生变化，而且离中央子午线愈远，变形愈大。为此，一般通过分带投影的办法(现在一般采用6分带和3分带)，限制长度变形。16 汪易生, 杨爱明, 姚楚光, 等. 南水北调中干线工程施工测量控制系统J.水利水电科技进展, 2007, 27( 2 ): 1- 4.6如果要把地面长度归算至高斯投影面，必须先将地面长度归算至参考椭球面，再归算至高斯投影面。地面长度归算至参考椭球面的改正式为式中： 为长度方向的法截线曲率半径，m；R为平均曲率半径，m；为地面长度的平均大地高程，m；S为地面长度，m。参考椭球面的长度，归算至高斯椭球面的改正式为：式中：，即地面长度归算至参考椭球面的长度，为长度两端点横坐标的平均值。由公式(1)和(2)可得到地面长度归算至高斯投影平面长度的改正式为：在施工放样中，若想使的误差满足实际工作的需要，就要建立某一相对独立的坐标系，具体方法和步骤为：第一，选择某一计算基准面代替参考椭球面，即改变 值，以抵偿大地高程引起的归算至参考椭球面的改正 。第二，对巾央子午线作以适当变动，即改变值，以抵偿分带投影的长度变形。第三，既选择投影面，又改变中央子午线，即改变和值，以抵偿这两项改正的影响。在该工程施工测量中，为了施工放样的方便，规定S等于零，采用中央子午线1。分带，并根 不同的建筑物选择不同的投影面，构成相对独立的场地坐标系。这样，各建筑物就有不同的坐标系，而经过二维约束平差得到的是1954年北京坐标系成果。因此，需要进行坐标系之间的转换。将GPS数据转换成场地坐标系就是以某一点为原点、一方向为起算方向，对GPS观测的基线向量进行边长归算、网平差计算，得到场地坐标成果。由于计算过程复杂、建筑物多，河南省水利勘测有限公司使用Visual Basic60编写了“场地坐标系转换程序”。该程序界面友好、直观，操作简便，无人工干预，可直接生成成果表，从而保证了成果的质量，为工程的顺利建设打下了坚实的基础。7 高程控制测量7