李祖锋工作法 抽水蓄能电站控制测量方案优化 优秀技术工人百工百法丛书 中华全国总工会组织编写 中国工人出版社

目录

引 言 01

第一讲 测量基准网优化设计概述 05

一、施工测量控制网的质量准则与

基于可靠性的优化设计思想 07

二、GNSS控制网优化设计 10

第二讲 高山峡谷区 GNSS测量基准网设计 17

一、顾及可见卫星及同步观测条件的

星历预报研究 23

二、基于可见卫星的基线精度评估、

方案规划及控制网优化 45

第三讲 高山峡谷复杂环境优化设计应用案例 65

一、项目概况 67

二、基准优化设计 70

三、网形结构优化 70

后 记 96

样章

第一讲 测量基准网优化设计概述

施工测量控制网事关工程能否顺利进展，是科学、严肃、严谨的系统工程，稍有不慎就可能会带来重大损失。因此，在测量规划、技术设计、施测及数据处理环节都需要有谨慎严密的流程，在必要的情况下需要通过第三方观测数据来

进行验证，如在小区域的工程中可通过精密边、角测量网对其可靠性、外符合精度等指标进行验证。而控制网技术设计是保证施工测量控制网运行质量的关键，其中优化设计工作是保证施工测量控制网精度、可靠性与经济性的关键（见图 1）。

一、施工测量控制网的质量准则与基于可靠性的优化设计思想

施工测量控制网的质量准则主要包括精度、可靠性和经济性。精度准则通常包括点位精度、相对点位精度（包括误差椭圆）、特征值及主元（或主分量）等指标。在实际应用中，只要计算点位精度和相对点位精度就足够了。值得注意的

是，点位精度与基准的位置有关。对于独立网来说，最好是将最靠近网的重心的点作为已知点，以通过该点的最接近中心线的方向作为起始方向，从而保证点位精度在数值上达到最小。实际上，应将相对点位精度或最弱边精度作为精度准

则，因为它们是与基准位置无关的不变量。所以无论是独立网还是约束网，只有在相同的基准下进行精度比较才有意义。在模拟法优化设计中，应取先验单位数中误差计算各精度指标。

由观测值内部可靠性的性质可知，ri的总和反映了多余观测数，因此，在很大程度上也反映了建网费用，即r越大，建网费用越高。一个网必须有一定的多余观测数，多余观测数r越大，网的可靠性越好，但建网费用也越高。

二、GNSS控制网优化设计

1．优化设计基本内容

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）技术具有高精度、全天候、无视线要求、高效便捷、广域覆盖、一体化大地高程测定和连续观测等显著优点，因而成为抽水蓄能电站平面控制网测量首选技术。

在 GNSS控制网的优化阶段，利用GNSS控制网网形信息、点位坐标和仪器精度、星历预报等，对GNSS控制网的精度进行分析和评估。按照控制网布设方案评估理论设计效率、实际设计效率和总等指标；利用控制网的规模和重复设站率进行费用指标评估；利用控制网的独立基线总数和必要基线数评估多余基线，并计算出全网可靠性指标和精度效益指标；评估当前技术设计方案中各点位的精度状况，以及各条基线的边长精度、方位角精度、多余观测分量等信息。

根据 GNSS定位的基本原理以及影响GNSS定位的因素分析，GNSS控制网的质量主要取决于卫星与地面点的联合网形、最优的观测量、独立基线数与连接方式。因此，GNSS控制网类似常规网的优化设计分类。GNSS控制网网形结构的设计主要是指网的基线数与最优的连接方式。平差观测值的优化可以从两方面考虑：一方面是GNSS原始观测数据的优化、粗差剔除与系统误差的削弱、周跳的探测与修复、各种系统误差改正等；另一方面是基线网平差的优化处理（经过原始观测数据的优化与处理，获取了用于网平差的基线数据），基线中不可避免粗差的有效处理与观测精度不一致。

GNSS控制网优化设计的目的，就是要使控制网具有较高的质量。衡量网质量的好坏，依据精度、可靠性与经济性3个质量准则。

2．顾及峡谷效应的基准点布置准则

水电工程特征决定了其以高山、峡谷地区为主，在这些区域，由于环境边界约束条件的限制，限制了地面接收设备可接收的卫星数量，更重要的是无法按照现有方法准确地判定出测量点位准确的 DOP值。在该研究中，就是基于DEM

模型及卫星轨道参数解析地面测站在任意时刻的DOP值情况。

对于一个抽蓄电站项目，当测量计划及目标确定后，其控制点位置布置便基本确定，这个位置一般认为是不可调整的，然后其他工作均需基于这个条件进行，包括基准点位选择、观测方案的制订等。一般情况下，以变形控制点为基准，根据第二讲所讲的方法预报基线相对定位精度因子（DOPΔX，DOPΔY，DOPΔH）进行目标观测点的同步观测组合筛选，以控制网变形控制点作为基准位置（主要是对不利观测条件的点位进行统计分析），统计出不同观测时段的变形点相对于各个预选基准位置的DOP值情况，并根据筛选出的构网条件及观测时段对应的精度因子选取最优的n个点位，然后在这些点位中根据现场环境进行基准点位的选择，用于同步观测点位及观测时段的选择。

同步观测点位及观测时段的选择方法为支持观测计划的总体精度统计。选定观测计划后，给出多个时段所有基线共视卫星可见性和 DOP值等统计信息。对不同时段、不同基线的精度信息进行汇总。按同一时段内DOP值的匹配度进行

基线设定和组合，并对多个方案进行优选评估，得出优选方案（包括同步观测顺序、时段起止时间、基线信息），并以此为依据制订观测计划。观测困难目标点位 DOPd的同步构网推荐，将观测困难目标点位与可构网的n个点位建立虚拟同步观测关系，形成各个基线的DOP值：DOPd−1，DOPd−2，…，DOPd−i，…，DOPd−n。

对 DOP值按照升序进行排序，根据仪器数量R，依序截取R个点位作为最优的同步观测基线。

根据以上精度分析结果，并结合现场地形及交通条件，在人工干预下确定各个基准点位置布置，作为制订观测方案的参考。

内容简介

《 李祖锋工作法 : 抽水蓄能电站控制测量方案优化》是“优秀技术工人百工百法丛书”的其中一本。本工作法主要介绍抽水蓄能电站精密工程控制测量工作，承载着为电站施工各个环节提供精准定位基准和安全保障监测体系构建的基石性任务，确保了工程从规划设计到施工建设全过程的精确执行与实时监控，对于电站建设具有不可或缺的基础支撑作用。随着抽水蓄能电站项目的不断推进，很多工程利用水头已超过400米，部分工程甚至已经达到800米，给工程建设以及工程测量工作带来了极大技术挑战，由此所引发的施工区域内投影变形问题凸显，已成为行业项目评审与学术会议的高频话题。要在高山峡谷与大高差场景实现高精度控制测量，就需要运用好方案优化、数据处理技术，保障控制网达到预期精度和可靠性。本书主要阐述作者李祖锋多年来在精密控制测量技术攻坚过程中对于一系列难题的解决办法和实施效果，以及在这一系列难题的解决过程中积累的有关创新的心得和经验。

作者简介

李祖锋

男，1981 年出生，中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司李祖锋技能大师工作室、陕西省劳模工匠人才创新工作室负责人，工程测量高级技师、中国电建集团特级技师，测绘地理信息正高级工程师。兼任长安大学、河海大学、西北大学、南京信息工程大学、安徽理工大学博士、硕士研究生导师，中国测绘学会工程测量分会副主任委员。享受国务院政府特殊津贴，获“全国技术能手”“三秦工匠”“中国测绘学会青年科技创新人才奖”“陕西省五一劳动奖章”“中国专利奖优秀奖”“工程建设科学技术进步奖一等奖”“电力工匠”“电建工匠”“陕西省工人发明家”“陕西省产业工匠人才”“陕西省杰出青年岗位能手”“陕西省国资委青年突击手”等荣誉和称号。

李祖锋具备系统的精密工程测量和全面水电工程测量能力；发明了高山峡谷复杂环境工程测量与监测精度控制困难目标测量等多项精密工程测量技术；主创的“基于卫星遮挡边界约束条件进行基线共用卫星分析与精度估算方法”，首次提出了基于可见卫星边界条件的基线精度预报方法。沉降监测大气折射改正技术填补了单程沉降监测

大气折射改正技术空白，突破了行业技术瓶颈，累计创造经济效益约 2.7 亿元。他长期扎根于西北边陲和青藏高原，从事野外工程测绘工作，主持完成的拉西瓦水电站（黄河最大水电站）、新疆阜康抽水蓄能电站等国家重点工程测绘项目的多项成果代表了同期同类型工程领域的领先水平。工作24 年来，负责完成数十项国家重点工程测绘项目，其中 9 项工程项目分获省部级优秀工程勘测一、二等奖，参建项目获全国优秀工程勘察设计金奖、中国土木工程詹天佑奖等。主持项目成果获全国职工技术创新成果二等奖 1 项，中国专利奖 1 项，中国岩石力学与工程学会、中国大坝工程学会、甘肃省等省部级科技进步奖及工程奖一等奖 7 项、二等奖 16 项。出版技术专著 4 部，发表学术论文55 篇，授权专利 25 件，编写行业及团体标准规

范 11 部。主持全国职工创新补助资金项目、国家大坝工程技术中心开放基金项目等课题 10 项。