港珠澳大桥跨海测量专题

1、港珠澳大桥跨海测量大桥总长 35.6km, 东西人工岛以及 6.7km 的海底隧道及总长 22.9km 的桥梁 组成。大桥涉及三大测控关键技术：丄、主体工程高精度测量基准的建立与维护技术； 2、连续运行参考站系统建立与维护； 3、测绘信息管理系统 建立与维护。一、珠港澳大桥高精度测量基准的建立与维护珠港澳大桥工程测量基准由首级控制网和在次基础上逐级加密建成的首级加密网及一、二级施工 加密网组 成。首级控制网自 2008 年建网至今，一年一次复测。首级控制网集成了 GNSS 卫星定位、精密水准测量、高精度跨江三角 高程 测量、现代重力场、精化似大地水准面与工程坐标系等技术方法。首级 gps 平面

2、控制网由 14 个首级 gps 控制点和 3 个 GNSScors 站 构 成，共布设丄 6 个 gps 观测墩，珠海 8 个，澳门 2 个，香港 6 个。并按 国家 B 级 gps 网精度施测，统一了港、珠、澳三地的坐标基准，基线精 度 0.5ppm, 点 位精度 2mm, 2009 年 3 月 8 日通过专家组验收。首级高程控制网由 59 个一等水准点和 52 个二等水准点构成。其 中， 一等水准路线 260km ；二等水准路线 100km o 实施了多处跨海高程 传递测量(测 距三角高程测量最大观测距离极限 3500, 超过此距离需要 进行专项设计)，项目 共计丄 2 处跨海高程传递测量

3、，获得了高精度的高 程成果，统一了三地的高程 基准，每千米偶然中误差 0.3mm, o设计和建立了满足主体工程建设要求的大桥工程坐标系统，研究确立了980工程坐标系统与 WGS84 、北京 54 、丄 983 珠海坐标系、香港丄方格网及澳门坐标系之间精确的坐标转换模型。4）依据最新的地球重力场理论和方法（过渡曲面拟合法），建立了高精度的大桥地区的局部重力似大地水准面，与 gps 水准联合求解后， 获得了高精度 的似大地水准面成果精度： 6mm o Gps 拟合高程测量精度 2cm 左右。5）cors 站建立与维护：大桥 cors 站由 3 个参考站、一个监测站和 1 个数 据中心组成。共有 5

4、 个相关子系统构成。其提供两种信号：丄、 GPRS/CDMA 网络信号； 2、传统无线电信号，供 rtk 差分定位，精度水 平士 2cm, 高程优于 士 3cm 级。 2010 年门月丄 2 日通过验收投入运行。 系岛隧 行正常，精度可靠。 HZMB-cors 是我国首个独立的基于 VRS 的工程CORS, 也是首个用于工程施工的跨境 C0RS o二、国内首个工程测绘信息管理系统的建立。 HZMB-SMIS 信: 息管理模 块，查询统计模块，电子公务模块，运算分析模块，电子公务模块。三、关于勘测设计阶段的首级控制网项目特点： Is 桥跨越海面极宽 31.5km, 桥位区域无岛屿可利用，难以通视

5、。 2、桥位在国家坐标系投影带的边缘， 投影长度和方向变 形较大。3、工程周期长，两岸滩涂沉降明显。首级网根据大桥长度 36km, 综合考虑采用 B 级网施测，首级网 23 点组成，其中桥位区附近 9 个（包括两岸的参考点），为满足海上施工控 制测量的需要，每间隔 1.8km, 现行施工一个桥墩（共计 2 丄个优先墩） 以及 B 平台的海上参考点共同构成了海上加密网。两岸的高程联测，采用一等水准由南岸经杭州国家一等水准点至北 岸海中 高程控制先采用 gps 拟合高程控制优先墩承台施工，待优先墩 承台全部建成以 后，用对向观测的三角高程导线进行高程贯通测量，用贯 通测量的成果修正优 先墩 gps

6、 拟合高程并用于后续高程控制。3 丄勘测设计阶段首级控制网布测在勘测、设计阶段，为了跨海桥梁 配套的 道路工程、其他附属工程能在一个统一的控制网下控制，为了摸清 桥位附近控 制点的位移和沉降，为了研究桥位附近的大地水准面形态为正 确选择 gps 高程 拟合模型提供参考。首级网布测在桥位区周围东西宽约24km, 南北长约 48knn跨越杭州湾的广大地区，共 23 点组成，其中三 个点与国家控制网联测，有两个 点与 IGS 站联测，经数据处理分别给出了 54、 wgs84 和 54 工程 65m 高程坐 标系坐标。勘测、设计阶段的首级网 于 200 丄年口月完成， 2002 年口月进行复 测， 2

7、003 年丄 0 进行了第二 次复测。用三期的观测成果进行了点位的稳定性分 析，确定了桥位区内的 稳定点组，利用这些稳定点建立了大桥施工控制相对稳 定的坐标框架，同 时研究了这些点的高程异常值分布规律，选定了桥位区最佳 gps 高程拟 合模型，建立了大桥控制网和国家坐标系的联系。这样，勘测设计 阶段的 首级网完成了使命。 2004 年 6 月根据这些成果，重新布测了范围更小、 精度更高的 gps 首级控制网。为此，在原首级网中选择了稳定点作为起 算点， 选择 6 个对大桥施工有直接作用的点（包括参考点在内），共九个点组成新的首级大桥控制网，按 B 级施测。经平差，最弱点点位精度位 3mm, 两

8、岸联测边长 相对中误差 10 6。四、独立施工控制网 54 工程 65m 工程坐标系的建立经计算分析杭州 湾跨 海大桥投影长度变形达 4559m, 方向投影变形达 8”，这是施工 所不允许的。通过首级网与国家控制网和 IGS 站联测，经过多处测试，确定了 大桥的独立施工坐标系，称 54 工程 65m 高程坐标系坐标。五、大桥相对稳定坐标框架的维护由于大桥施工标段多，施工周期长，两岸控制点沉降严重，点位 使用频 繁，易受施工干扰等。控制需要进行定期和不定期复测，以 此对点的稳定性 进行分析，以确定稳定点组，研究不稳定点的变形速 率，以确定复测周期， 和在施工过程中确定对不稳定点位的改正 值。六、

9、cors 站的建立和维护功能：服务于各阶段测绘工作和高精度的安全监测。参考站与多个 IGS 站点联测，采用 ITRF97 框架并按其速度场归算 到本 网平均历元，得到精度为 0 丄 nn 的参考站点 ITRF97 框架下的坐 标，保证 了 rtk 的测量精度。七、用 tk 和 gps 打桩定位系统解决海上打桩定位问题Gps 打桩定位系统用安置在船体上的三台 gps 接收机，测定打桩船 的实 时位置和船体的实时姿态，用安置在船体上的多棱镜激光测距仪 或摄影测量 系统测定桩位相对于船体的位置，通过坐标转换可以知道 桩体的大桥独立坐 标系下的三维实时位置和倾斜度，用计算机自动控 制桩体的贯入度。八、

10、海中高程控制和高程贯通测量8.1 指导思想：低精度到高精度，分阶段逐步优化、打钢管桩的阶段， rtk 控制高程；在施工优先墩的承台阶段，承台高程用 gps 高程拟合；墩身施工阶段，对于施工进度快的单位，临时采用三角高 程配合 gps 拟合高程法进行高程贯通测量，提供相当于三等水准成果 进行控制；用三角高程法进行三等水准精度的高程贯通测量，用其结果 修正 配合法完成的贯通高程测量结果，墩身、非优先墩施工承台和墩 身的施工高 程用优先墩的高程进行控制。上部结构施工用二等水准高程贯通测量来控制。 8.2 测量机器 人三 角高程法进行跨海高程贯通测量的实验用边长 1.8km 左右的高精度三角高程测量代

11、替跨海二、三等水准 测量， 从严密的三角高程公式出发，分析了三角高程测量的系统误 差，制定了适合 海上作业的测量细则。依据以上制定的测量细则进行了 23 跨跨海三角高程测量，最短跨 距 320m, 最长跨距 1820m, 平均丄 356m 。由实测统计数据可知：每 个双测回偶 然中误差 3mm/km o 按国家一、二等水准测量规范，跨河 水准的测绘数、限 差及各测回互差，可估算每个双测回每公里偶然中 误差为 5.65mm/km 。由 此机器人按细则测 916 个双测回，可满足二 等跨河水准的精度；测 2? 4 个 双测回，可满足三等跨河水准的精度。大桥由测量机器人实测四个双测回， 23 跨的跨

12、海三角高程测量组 成的 31.52m 长符合高程导线，其高程闭合差 1mm, 小于三等水准的 67mm,也小于二等水准的 22mm 限差。 8.3 海中 gps 高程拟合 精度要求：高程拟合精度需要到达 3cmo 经过大量的理论和实验分 析，得 到如下两条重要结论： (2) 、在大桥桥位区内，仅仅用南北 两岸的高程公共点 的水准高程和 gps 大地高，用多项式曲面拟合法或 过渡曲面拟合法，所求得 的海中 gps 拟合高程的中误差可达到 2.0cm 。(2) 1.8km 左右跨度的 gps 拟合高程差可达到三等水准测量高差 的精 度。但是，拟合高程有一定的残留的系统误差，在附合高程路线 中会形成一 定的积累，致使线路中间段的高程的高程精度较差。因 此，采用一种快速的 复合高程贯