抽水蓄能电站GNSS施工控制网设计与建立

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

抽水蓄能电站一般选址在高山谷地，上下库之间地形陡峭，内部通行困难，植被覆盖茂密，通视条件较差，采用常规方法建立施工控制网工作量大、施测困难。相比常规观测方法，GNSS不仅具有观测速度快、成本低、精度高、不受地形和通视条件限制等优点，而且GNSS观测的数据具有内符合精度高等优势。本文以抽水蓄能电站施工控制网为例，阐述如何利用GNSS技术建立施工控制网。

1 工程概况

辽宁清原抽水蓄能电站位于辽宁省抚顺市清原县境内，站址距清原县、抚顺市、沈阳市的公路里程分别为30km、117km、176km。该抽水蓄能电站枢纽工程由上水库、下水库、水道系统、地下厂房、开关站及出线场、交通洞、通风洞等部分组成，电站初选装机容量1800MW，安装6台单机容量为300MW的单级混流可逆式水泵水轮机组，工程区控制范围面积约13km2。工程建筑物等级为2级，次要建筑物为3级。测区树高林密、观测条件极其恶劣，设计点位基本处在密林之中，基本不具备常规观测条件。

2 投影面与起算数据选择

工程在前期勘测阶段选择的投影面为450m平均高程面，施工控制网设计也采用450m平均高程面为施工控制网的投影面，两者坐标系统是一致的，都为挂靠于1980年国家大地坐标系下的地方独立坐标系，只需与原有控制点进行联测，本次在控制网周围选择4个原有控制点进行联测，分别为GQ03、GQ11、Q1和QY01，并把原有控制点纳入网中同步进行观测，采用约束平差的方法，获取施工控制网点坐标，其成果可作为施工控制网的校核基准。

3 施工控制网布置方案

在现有外部条件不具备大面积砍伐树木情况下，为满足项目对施工控制网的建网要求，根据项目工期要求及现有外部条件，平面控制网观测方法采用GNSS测量方式施测。

根据工程施工布置图和现场实际情况，对多种方案比选优化后最终确定选定17个点,组成抽水蓄能电站三等GNSS平面控制网，以大地四边形和中点多边形相结合的形式布置，标型为混凝土观测墩，点名编号为QK01～QK17；高程网布设水准点26座，标型选择混凝土普通标石或刻石，点名编号为GSM01～GSM26，共布设了8个水准闭合环线组成水准网，在11个基础部位埋有水准点的观测墩，采用三等支水准的方式对其盘面高程进行了联测。方案布置见图1。

图1 控制网布置方案

4 精度估计

为考察GNSS网是否能够达到设计要求精度，采用常规边角网的估算方法进行精度估算。按测角精度±0.7″、边长精度±(1mm+1ppm)，以位于图1中部的QK01作为固定点，以QK01～QK02方向为起始方向做经典自由网进行平差。估算结果见表1。

表1 首级控制网精度估算

续表

从精度估算结果可以看出，平面最弱点QK17点位中误差±5.31mm，精度储备良好，精度可以达到设计要求。平面控制网按照三等GNSS网技术要求进行观测，几何水准按照三等精度指标施测。

5 建网实施及精度评价

5.1 建网实施

观测所用设备接收机选用天宝双频双系统接收机(Trimble R8)6台套,其平面标称精度为±(3mm+0.5ppm)，按照三等网的精度标准进行观测，观测时段数不小于2；每时段同步观测120min；数据采样率间隔至10s；卫星高度截止角为10°；PDOP<5；有效卫星数大于5。水准外业观测采用天宝DINI03水准仪2套，其标称精度为±(0.3mm/km)，按照三等网的精度标准进行观测。

本施工控制网采用TOPCON-GNSS随解算软件Pinnacle进行解算。基线解算完成后，首先在WGS84坐标系统下进行三维无约束平差，求定各GNSS网点三维大地坐标，然后利用现有控制点的平面坐标和水准联测后的高程进行约束平差，最后评定精度。

5.2 基线解算成果精度统计

a.GNSS网基线中误差按下式计算:

式中a——固定误差，mm；

b——比例误差，mm/km；

d——相邻点间距离，km。

5.3 同步环及异步环检验

a.同步环检验。同步环闭合差可作为同步环观测质量好坏的指标，同步环各坐标分量闭合差的限差为

统计GNSS控制网中同步环各坐标分量闭合差最大环(见表2)。

表2 同步环各坐标分量闭合差最大环

b.异步环检验。在整个GNSS网中选取一组完全的独立基线构成闭合环(GNSS控制网异步环坐标分量闭合差最大环见表3)，各独立环坐标分量闭合差应符合下式计算规定的限差：

表3 异步环坐标分量闭合差最大环

5.4 精度分析

由GNSS重复基线、同步环、异步环计算统计的结果可以看出，GNSS基本网外业观测质量良好，各项技术指标均满足设计与规范相应要求。

从表3可看出，GNSS网基线总体符合度较好。以上各项统计检验是对外业观测成果质量的基本评定，只作为参考，最终成果的最弱点点位中误差才是决定性指标。在GNSS网平差时，三维无约束平差能够很好地反映GNSS基线网的内符合精度，三维无约束平差能够反映最终的点位精度(见表4、表5)。

表4 无约束精度统计

表5 约束平差点位精度最弱点

高程控制网由经过各项改正后水准测量成果组成的水准网。水准网平差采用本公司自行研发并通过专家验证的“水准内外业一体化”软件进行计算。平差后单位权中误差为±0.55mm，最弱点为GSM18，高程中误差为±0.798mm。从平差结果可以看出水准网单位权中误差和高程中误差均满足设计的精度要求，观测成果质量优良。

6 结 论

通过工程测绘运用情况分析可知，利用GNSS技术建立抽水蓄能电站施工控制网，较常规方法建网，降低了劳动强度，提高了外业作业效率，缩短了建网周期，在林木茂密，不宜大量砍伐，通视条件较差的地区，利用GNSS技术建立抽水蓄能电站施工控制网，在精度上能满足施工要求，且经济可行。