gps技術(shù)在跨海大橋控制網(wǎng)測量中的應(yīng)用

gps技術(shù)在跨海大橋控制網(wǎng)測量中的應(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31公里1公里，屬于一座特殊的橋梁。通常,在對普通橋梁進(jìn)行控制測量時,兩岸的通視條件較好,因此,采用高精度的全站儀等常規(guī)測量儀器進(jìn)行測量較為普遍。杭州灣兩岸地形各異,海中無島、無墩,測量時無法直接通視,也無法直接對其兩岸進(jìn)行聯(lián)系測量,而深海打樁、搭建測量平臺等輔助方法,則存在經(jīng)濟(jì)、安全等諸多方面的難點,同時,在利用輔助方法時,由于傳遞,測量結(jié)果的精度也將降低,無法達(dá)到基本精度為厘米級的首級控制網(wǎng)測量設(shè)計方面的要求1。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測量技術(shù)具有作用距離長、地面點之間無需通視、測量精度高等優(yōu)點。但當(dāng)兩岸控制點距達(dá)30~40km時,使用通常的GPS測量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法,其相對精度(按C級GPS網(wǎng)精度)一般僅能達(dá)到15~20cm,若要使控制網(wǎng)的測量精度、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量過程中,應(yīng)用GPS測量技術(shù),保證了工程首級控制網(wǎng)的測量精度,為今后建設(shè)特大型橋梁時高精度的控制測量工作提供參考。1gps-1的配置和測量方法1.1控制網(wǎng)絡(luò)配置1.1.1算方位邊上市起算點為XAC(12號),是國家二等三角控制點;起算方位邊為XAC(12號)~BS(13號),兩端點均為國家二等控制點;起算方位檢核邊為XAC(12號)~CS(11號),CS點為國家二等控制點(見圖1)。1.1.2加快形成級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GPS控制網(wǎng)共布設(shè)了21座控制點,其中北岸布設(shè)了10座控制點,南岸布設(shè)了11座控制點。10號控制點為國家B級GPS網(wǎng)控制點,QN及QS控制點為初步設(shè)計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座控制點處(即南岸的2號、3號、3-1號、4號和北岸的7號、8號、8-1號、9號)分別打入4根樹根深樁并在樁頂?shù)孛嫔辖ㄔ斓孛嬗^測墩,以便于測量時的觀測和對大橋的維護(hù)。1.2測量量法1.2.1相對定位模式GPS外業(yè)測量時使用美國Trimble公司生產(chǎn)的高精度5700GPS雙頻接收機,測量的基本技術(shù)指標(biāo)見表1。GPS觀測作業(yè)采用靜態(tài)相對定位模式,其中最短的觀測時段大于2h,較長的跨?；€的觀測時段設(shè)為6h以上,對2個與IGS跟蹤站組成聯(lián)測基線的GPS主軸基線點進(jìn)行了同步連續(xù)24h的觀測。全網(wǎng)共觀測了21個測站,平均重復(fù)設(shè)站數(shù)近4次,并根據(jù)GPS控制網(wǎng)的基線長短,相應(yīng)地增加了觀測時間和重復(fù)測站數(shù)。實際作業(yè)所得到的觀測數(shù)據(jù),達(dá)到并超過國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計中所規(guī)定的GPS測量作業(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GPS測量基線的結(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,同時進(jìn)行含固定點、固定方向的二維約束平差計算,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結(jié)果的精度及可靠性,在獲取GPS觀測結(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Bernese基線)數(shù)據(jù)后對該基線數(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Bernese基線同步環(huán)組合的閉合差量值(W同)分布見表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)計要求。2.1.2結(jié)合比對bernase基線出線量值的影響247個三邊Bernese基線異步環(huán)閉合差量值(W異)分布見表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)測基線的穩(wěn)定性28條復(fù)測基線互差的量值(ΔS)分布見表4。復(fù)測基線互差量值全部在允許值的范圍內(nèi),所有基線都沒有超限,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,還利用廣播星歷,采用GPSurvey軟件對其進(jìn)行了基線處理、環(huán)閉合差驗算和復(fù)測基線的比較。結(jié)果表明,各項指標(biāo)均符合設(shè)計中所規(guī)定的要求。經(jīng)過比較后可知,采用精密星歷計算的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),各成果精度較高對獲取的GPS控制網(wǎng)坐標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)過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%的控制點的點位誤差值在限差的1/3范圍以內(nèi),其成果精度較高。對使用精密星歷和廣播星歷兩種計算方法取得的結(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)行計算時,得到的坐標(biāo)點位的中誤差基本上小于±6.0mm;使用廣播星歷計算時,得到的坐標(biāo)點位的中誤差為±10.0~±20.0mm,因此,對于范圍為30~50km的工程控制網(wǎng),在保證GPS觀測質(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測量結(jié)果數(shù)據(jù)處理和平差計算也能達(dá)到較好的GPS成果精度,但使用精密星歷計算的成果精度明顯高于使用廣播星歷計算的成果精度。4觀測數(shù)據(jù)分析(1)應(yīng)用GPS技術(shù)對杭州灣跨海大橋進(jìn)行首級控制網(wǎng)測量過程中,合理布設(shè)整體GPS控制網(wǎng),并采用設(shè)置深樁固埋測量標(biāo)志、增加GPS有效觀測時間、加強數(shù)據(jù)可靠性與精確性的檢驗、選擇科學(xué)及合理的坐標(biāo)系統(tǒng)等方法,可有效提高GPS觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量及精度。同時,對觀測數(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控制網(wǎng)的精度在厘米級之內(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)測基線的檢核表明:同步環(huán)、異步環(huán)閉合差量值及復(fù)測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)