gps技术在跨海大桥控制网测量中的应用

gps技术在跨海大桥控制网测量中的应用

0辅助方法不足杭州跨海大桥位于杭州中部。北起海宁市乍浦市，南至宁波市尼姑东市。海峡两岸全长31公里1公里，属于一座特殊的桥梁。通常,在对普通桥梁进行控制测量时,两岸的通视条件较好,因此,采用高精度的全站仪等常规测量仪器进行测量较为普遍。杭州湾两岸地形各异,海中无岛、无墩,测量时无法直接通视,也无法直接对其两岸进行联系测量,而深海打桩、搭建测量平台等辅助方法,则存在经济、安全等诸多方面的难点,同时,在利用辅助方法时,由于传递,测量结果的精度也将降低,无法达到基本精度为厘米级的首级控制网测量设计方面的要求1。全球卫星定位系统(GPS)测量技术具有作用距离长、地面点之间无需通视、测量精度高等优点。但当两岸控制点距达30~40km时,使用通常的GPS测量技术和数据处理方法,其相对精度(按C级GPS网精度)一般仅能达到15~20cm,若要使控制网的测量精度、可靠性和整体性达到更高的精度指标仍将有一定的难度。本文在杭州湾跨海大桥测量过程中,应用GPS测量技术,保证了工程首级控制网的测量精度,为今后建设特大型桥梁时高精度的控制测量工作提供参考。1gps-1的配置和测量方法1.1控制网络配置1.1.1算方位边上市起算点为XAC(12号),是国家二等三角控制点;起算方位边为XAC(12号)~BS(13号),两端点均为国家二等控制点;起算方位检核边为XAC(12号)~CS(11号),CS点为国家二等控制点(见图1)。1.1.2加快形成级gps网和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-调控跨海大桥桥位轴线网控制首级GPS控制网共布设了21座控制点,其中北岸布设了10座控制点,南岸布设了11座控制点。10号控制点为国家B级GPS网控制点,QN及QS控制点为初步设计杭州湾跨海大桥桥位轴线桩。在位于桥位轴线桩附近南、北两岸各设的4座控制点处(即南岸的2号、3号、3-1号、4号和北岸的7号、8号、8-1号、9号)分别打入4根树根深桩并在桩顶地面上建造地面观测墩,以便于测量时的观测和对大桥的维护。1.2测量量法1.2.1相对定位模式GPS外业测量时使用美国Trimble公司生产的高精度5700GPS双频接收机,测量的基本技术指标见表1。GPS观测作业采用静态相对定位模式,其中最短的观测时段大于2h,较长的跨海基线的观测时段设为6h以上,对2个与IGS跟踪站组成联测基线的GPS主轴基线点进行了同步连续24h的观测。全网共观测了21个测站,平均重复设站数近4次,并根据GPS控制网的基线长短,相应地增加了观测时间和重复测站数。实际作业所得到的观测数据,达到并超过国家有关标准及设计中所规定的GPS测量作业技术指标的要求1,。1.2.2标准物质的控制为了精确确定GPS控制网坐标基准,在数据处理中引入了IGS永久GPS跟踪站的ITRF97坐标框架作为该工程控制网的坐标基准。1.2.3gps控制网平面坐标系统的确立与转换使用精密星历,在ITRF97坐标框架下,应用瑞士伯尔尼大学研制开发的世界三大著名高精度GPS数据处理软件之一的BerneseGPSSoftware高精度基线处理软件,对GPS测量基线的结果进行分析、解算和处理。GPS控制网平面坐标系统的确立与转换主要有如下坐标转换方式1,:转换至1954年北京坐标系首先将GPS控制网平面坐标系统从WGS84坐标系转换到1954年北京坐标系,同时进行含固定点、固定方向的二维约束平差计算,得到1954年北京坐标系统下的GPS控制网坐标数据结果以及精度评定结果。转换至工程地方坐标系将1954年北京坐标系统下GPS控制网数据结果转换到以桥轴中心的地理经度作中央子午线、参考椭球投影面提高到测区平均概略海拔高程面的工程地方坐标系的数据结果。转换至桥轴施工坐标系为方便施工控制网的加密与施工放样工作的具体实施,在得到工程地方坐标系数据结果的基础上,再把该坐标系数据结果转换到桥轴施工坐标系下的数据结果。2参数数据的检查2.1gps基线间相关性的检查为检核观测结果的精度及可靠性,在获取GPS观测结果后,采用BerneseGPSsoftware高精度基线处理软件和精密星历进行基线解算与处理,获取精确的GPS基线(以下称Bernese基线)数据后对该基线数据及其组环数据进行了闭合差检核。2.1.1市市分布100个Bernese基线同步环组合的闭合差量值(W同)分布见表2。Bernese基线的同步环闭合差的量值全部在允许值(W允)的范围内,且其量值在允许值的1/3范围以内的基线环数占93.3%,精度优异,符合设计要求。2.1.2结合比对bernase基线出线量值的影响247个三边Bernese基线异步环闭合差量值(W异)分布见表3。Bernese基线的异步环闭合差量值全部在允许值的范围内,且其量值在允许值的1/3范围以内的基线环数占77.7%,在闭合差允许值的1/3~2/3范围内的占20.7%,其精度为优良。2.1.3复测基线的稳定性28条复测基线互差的量值(ΔS)分布见表4。复测基线互差量值全部在允许值的范围内,所有基线都没有超限,且均在允许值的1/3范围以内,其精度优异。2.2基线处理及复测在使用精密星历进行GPS基线解算和数据处理的同时,还利用广播星历,采用GPSurvey软件对其进行了基线处理、环闭合差验算和复测基线的比较。结果表明,各项指标均符合设计中所规定的要求。经过比较后可知,采用精密星历计算的Bernese基线数据的误差更小,收敛性也更好。3差的2/3范围内,各成果精度较高对获取的GPS控制网坐标的数据结果经过1954年北京坐标系、工程地方坐标系和桥轴施工坐标系的转换后,进行了二维网平差检核。结果可知:GPS控制网坐标系点位的中误差(作为该网的最终成果精度指标)全部在±20mm范围内,96.6%的控制点的点位误差值在限差的1/3范围以内,其成果精度较高。对使用精密星历和广播星历两种计算方法取得的结果进行坐标数据结果(1954年坐标系坐标结果)的比较可知,两种数据处理方法的最大点位互差值为0.021m,最小差值为0.002m,平均差值为0.010m,全部互差均在限差允许值(ΔP允)的1/2范围以内,并且有90%在允许值的1/3范围以内,说明这两种不同处理方法取得结果的坐标互差吻合得较好。使用精密星历进行计算时,得到的坐标点位的中误差基本上小于±6.0mm;使用广播星历计算时,得到的坐标点位的中误差为±10.0~±20.0mm,因此,对于范围为30~50km的工程控制网,在保证GPS观测质量的前提下,采用广播星历和普通数据处理软件进行GPS测量结果数据处理和平差计算也能达到较好的GPS成果精度,但使用精密星历计算的成果精度明显高于使用广播星历计算的成果精度。4观测数据分析(1)应用GPS技术对杭州湾跨海大桥进行首级控制网测量过程中,合理布设整体GPS控制网,并采用设置深桩固埋测量标志、增加GPS有效观测时间、加强数据可靠性与精确性的检验、选择科学及合理的坐标系统等方法,可有效提高GPS观测数据的质量及精度。同时,对观测数据采用Bernese高精度基线处理软件和精密星历进行基线解算、网平差和坐标转换,保证了杭州湾跨海大桥工程首级控制网的精度在厘米级之内,使成果的质量达到了优良。(2)Bernese基线数据的闭合环及复测基线的检核表明:同步环、异步环闭合差量值及复测基线互差量值在允许值的1/3范围以内的基线环数