gps技術(shù)在跨海大橋控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

gps技術(shù)在跨海大橋控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

0輔助方法不足杭州跨海大橋位于杭州中部。北起海寧市乍浦市，南至寧波市尼姑東市。海峽兩岸全長(zhǎng)31公里1公里，屬于一座特殊的橋梁。通常,在對(duì)普通橋梁進(jìn)行控制測(cè)量時(shí),兩岸的通視條件較好,因此,采用高精度的全站儀等常規(guī)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量較為普遍。杭州灣兩岸地形各異,海中無(wú)島、無(wú)墩,測(cè)量時(shí)無(wú)法直接通視,也無(wú)法直接對(duì)其兩岸進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量,而深海打樁、搭建測(cè)量平臺(tái)等輔助方法,則存在經(jīng)濟(jì)、安全等諸多方面的難點(diǎn),同時(shí),在利用輔助方法時(shí),由于傳遞,測(cè)量結(jié)果的精度也將降低,無(wú)法達(dá)到基本精度為厘米級(jí)的首級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量設(shè)計(jì)方面的要求1。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量技術(shù)具有作用距離長(zhǎng)、地面點(diǎn)之間無(wú)需通視、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)兩岸控制點(diǎn)距達(dá)30~40km時(shí),使用通常的GPS測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法,其相對(duì)精度(按C級(jí)GPS網(wǎng)精度)一般僅能達(dá)到15~20cm,若要使控制網(wǎng)的測(cè)量精度、可靠性和整體性達(dá)到更高的精度指標(biāo)仍將有一定的難度。本文在杭州灣跨海大橋測(cè)量過(guò)程中,應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù),保證了工程首級(jí)控制網(wǎng)的測(cè)量精度,為今后建設(shè)特大型橋梁時(shí)高精度的控制測(cè)量工作提供參考。1gps-1的配置和測(cè)量方法1.1控制網(wǎng)絡(luò)配置1.1.1算方位邊上市起算點(diǎn)為XAC(12號(hào)),是國(guó)家二等三角控制點(diǎn);起算方位邊為XAC(12號(hào))~BS(13號(hào)),兩端點(diǎn)均為國(guó)家二等控制點(diǎn);起算方位檢核邊為XAC(12號(hào))~CS(11號(hào)),CS點(diǎn)為國(guó)家二等控制點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。1.1.2加快形成級(jí)gps網(wǎng)和qn及qn及qn及qn及qn及qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn+qn/qf-調(diào)控跨海大橋橋位軸線網(wǎng)控制首級(jí)GPS控制網(wǎng)共布設(shè)了21座控制點(diǎn),其中北岸布設(shè)了10座控制點(diǎn),南岸布設(shè)了11座控制點(diǎn)。10號(hào)控制點(diǎn)為國(guó)家B級(jí)GPS網(wǎng)控制點(diǎn),QN及QS控制點(diǎn)為初步設(shè)計(jì)杭州灣跨海大橋橋位軸線樁。在位于橋位軸線樁附近南、北兩岸各設(shè)的4座控制點(diǎn)處(即南岸的2號(hào)、3號(hào)、3-1號(hào)、4號(hào)和北岸的7號(hào)、8號(hào)、8-1號(hào)、9號(hào))分別打入4根樹(shù)根深樁并在樁頂?shù)孛嫔辖ㄔ斓孛嬗^測(cè)墩,以便于測(cè)量時(shí)的觀測(cè)和對(duì)大橋的維護(hù)。1.2測(cè)量量法1.2.1相對(duì)定位模式GPS外業(yè)測(cè)量時(shí)使用美國(guó)Trimble公司生產(chǎn)的高精度5700GPS雙頻接收機(jī),測(cè)量的基本技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。GPS觀測(cè)作業(yè)采用靜態(tài)相對(duì)定位模式,其中最短的觀測(cè)時(shí)段大于2h,較長(zhǎng)的跨?；€的觀測(cè)時(shí)段設(shè)為6h以上,對(duì)2個(gè)與IGS跟蹤站組成聯(lián)測(cè)基線的GPS主軸基線點(diǎn)進(jìn)行了同步連續(xù)24h的觀測(cè)。全網(wǎng)共觀測(cè)了21個(gè)測(cè)站,平均重復(fù)設(shè)站數(shù)近4次,并根據(jù)GPS控制網(wǎng)的基線長(zhǎng)短,相應(yīng)地增加了觀測(cè)時(shí)間和重復(fù)測(cè)站數(shù)。實(shí)際作業(yè)所得到的觀測(cè)數(shù)據(jù),達(dá)到并超過(guò)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)中所規(guī)定的GPS測(cè)量作業(yè)技術(shù)指標(biāo)的要求1,。1.2.2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的控制為了精確確定GPS控制網(wǎng)坐標(biāo)基準(zhǔn),在數(shù)據(jù)處理中引入了IGS永久GPS跟蹤站的ITRF97坐標(biāo)框架作為該工程控制網(wǎng)的坐標(biāo)基準(zhǔn)。1.2.3gps控制網(wǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)的確立與轉(zhuǎn)換使用精密星歷,在ITRF97坐標(biāo)框架下,應(yīng)用瑞士伯爾尼大學(xué)研制開(kāi)發(fā)的世界三大著名高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件之一的BerneseGPSSoftware高精度基線處理軟件,對(duì)GPS測(cè)量基線的結(jié)果進(jìn)行分析、解算和處理。GPS控制網(wǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)的確立與轉(zhuǎn)換主要有如下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式1,:轉(zhuǎn)換至1954年北京坐標(biāo)系首先將GPS控制網(wǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)從WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到1954年北京坐標(biāo)系,同時(shí)進(jìn)行含固定點(diǎn)、固定方向的二維約束平差計(jì)算,得到1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)下的GPS控制網(wǎng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果以及精度評(píng)定結(jié)果。轉(zhuǎn)換至工程地方坐標(biāo)系將1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)下GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換到以橋軸中心的地理經(jīng)度作中央子午線、參考橢球投影面提高到測(cè)區(qū)平均概略海拔高程面的工程地方坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)結(jié)果。轉(zhuǎn)換至橋軸施工坐標(biāo)系為方便施工控制網(wǎng)的加密與施工放樣工作的具體實(shí)施,在得到工程地方坐標(biāo)系數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上,再把該坐標(biāo)系數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換到橋軸施工坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)結(jié)果。2參數(shù)數(shù)據(jù)的檢查2.1gps基線間相關(guān)性的檢查為檢核觀測(cè)結(jié)果的精度及可靠性,在獲取GPS觀測(cè)結(jié)果后,采用BerneseGPSsoftware高精度基線處理軟件和精密星歷進(jìn)行基線解算與處理,獲取精確的GPS基線(以下稱(chēng)Bernese基線)數(shù)據(jù)后對(duì)該基線數(shù)據(jù)及其組環(huán)數(shù)據(jù)進(jìn)行了閉合差檢核。2.1.1市市分布100個(gè)Bernese基線同步環(huán)組合的閉合差量值(W同)分布見(jiàn)表2。Bernese基線的同步環(huán)閉合差的量值全部在允許值(W允)的范圍內(nèi),且其量值在允許值的1/3范圍以內(nèi)的基線環(huán)數(shù)占93.3%,精度優(yōu)異,符合設(shè)計(jì)要求。2.1.2結(jié)合比對(duì)bernase基線出線量值的影響247個(gè)三邊Bernese基線異步環(huán)閉合差量值(W異)分布見(jiàn)表3。Bernese基線的異步環(huán)閉合差量值全部在允許值的范圍內(nèi),且其量值在允許值的1/3范圍以內(nèi)的基線環(huán)數(shù)占77.7%,在閉合差允許值的1/3~2/3范圍內(nèi)的占20.7%,其精度為優(yōu)良。2.1.3復(fù)測(cè)基線的穩(wěn)定性28條復(fù)測(cè)基線互差的量值(ΔS)分布見(jiàn)表4。復(fù)測(cè)基線互差量值全部在允許值的范圍內(nèi),所有基線都沒(méi)有超限,且均在允許值的1/3范圍以內(nèi),其精度優(yōu)異。2.2基線處理及復(fù)測(cè)在使用精密星歷進(jìn)行GPS基線解算和數(shù)據(jù)處理的同時(shí),還利用廣播星歷,采用GPSurvey軟件對(duì)其進(jìn)行了基線處理、環(huán)閉合差驗(yàn)算和復(fù)測(cè)基線的比較。結(jié)果表明,各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)中所規(guī)定的要求。經(jīng)過(guò)比較后可知,采用精密星歷計(jì)算的Bernese基線數(shù)據(jù)的誤差更小,收斂性也更好。3差的2/3范圍內(nèi),各成果精度較高對(duì)獲取的GPS控制網(wǎng)坐標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)過(guò)1954年北京坐標(biāo)系、工程地方坐標(biāo)系和橋軸施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后,進(jìn)行了二維網(wǎng)平差檢核。結(jié)果可知:GPS控制網(wǎng)坐標(biāo)系點(diǎn)位的中誤差(作為該網(wǎng)的最終成果精度指標(biāo))全部在±20mm范圍內(nèi),96.6%的控制點(diǎn)的點(diǎn)位誤差值在限差的1/3范圍以內(nèi),其成果精度較高。對(duì)使用精密星歷和廣播星歷兩種計(jì)算方法取得的結(jié)果進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果(1954年坐標(biāo)系坐標(biāo)結(jié)果)的比較可知,兩種數(shù)據(jù)處理方法的最大點(diǎn)位互差值為0.021m,最小差值為0.002m,平均差值為0.010m,全部互差均在限差允許值(ΔP允)的1/2范圍以內(nèi),并且有90%在允許值的1/3范圍以內(nèi),說(shuō)明這兩種不同處理方法取得結(jié)果的坐標(biāo)互差吻合得較好。使用精密星歷進(jìn)行計(jì)算時(shí),得到的坐標(biāo)點(diǎn)位的中誤差基本上小于±6.0mm;使用廣播星歷計(jì)算時(shí),得到的坐標(biāo)點(diǎn)位的中誤差為±10.0~±20.0mm,因此,對(duì)于范圍為30~50km的工程控制網(wǎng),在保證GPS觀測(cè)質(zhì)量的前提下,采用廣播星歷和普通數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GPS測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)處理和平差計(jì)算也能達(dá)到較好的GPS成果精度,但使用精密星歷計(jì)算的成果精度明顯高于使用廣播星歷計(jì)算的成果精度。4觀測(cè)數(shù)據(jù)分析(1)應(yīng)用GPS技術(shù)對(duì)杭州灣跨海大橋進(jìn)行首級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量過(guò)程中,合理布設(shè)整體GPS控制網(wǎng),并采用設(shè)置深樁固埋測(cè)量標(biāo)志、增加GPS有效觀測(cè)時(shí)間、加強(qiáng)數(shù)據(jù)可靠性與精確性的檢驗(yàn)、選擇科學(xué)及合理的坐標(biāo)系統(tǒng)等方法,可有效提高GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量及精度。同時(shí),對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)采用Bernese高精度基線處理軟件和精密星歷進(jìn)行基線解算、網(wǎng)平差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,保證了杭州灣跨海大橋工程首級(jí)控制網(wǎng)的精度在厘米級(jí)之內(nèi),使成果的質(zhì)量達(dá)到了優(yōu)良。(2)Bernese基線數(shù)據(jù)的閉合環(huán)及復(fù)測(cè)基線的檢核表明:同步環(huán)、異步環(huán)閉合差量值及復(fù)測(cè)基線互差量值在允許值的1/3范圍以內(nèi)的基線環(huán)數(shù)