探讨GPS技术在大型桥梁测量中的应用方法
摘要:本文基于笔者多年从事桥梁施工测量的相关工作经验,以GPS技术在大型桥梁控制测量中的应用为研究对象,探讨了施测的要求和流程,并结合笔者曾经参与的某大桥测量实例,给出了具体的测量方法,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词:GPS大型桥梁控制测量控制网
我国现阶段正在修建和拟建的特大型桥梁很多因其所处的地理位置特别、施工工艺复杂、工程量巨大,对测量工作提出了更为严格的要求。很多常规的测量手段和方法己经不能满足工程上的需要,但随着GPS技术的飞速发展,GPS技术在测绘领域的应用已经非常广泛,同时也解决了很多以前无法解决的问题。GPS技术在大型桥梁平面控制网中的应用却并不多,本章就GPS技术在特大型桥梁平面控制网中的应用做些探讨。
1 GPS桥梁控制网布设原则根据控制网的实际与桥位区的地形条件以及桥梁本身的特点,进行图上初步设计,然后到实地踏勘选点。对于GPS控制点选点时需注意以下几个方面。
(1)根据GPS观测要求,要减弱干扰,保证卫星信号的正常接收,确保观测质量,控制点要布设在四周开阔,在地面大于15°的范围内不得有障碍物,同时要减少多路径效应,控制点周围不得有强反射面,尽量避开高压线。(2)控制点应便于发展。(3)为了提高网点的精度与可靠度,不允许出现支点。(4)点位需布设在稳固且宜长期保存处。
2 GPS控制网的施测方法研究
2.1 GPS仪器的选择与检验GPS仪器的型号多样,精度、性能各不相同。选择什么样的接收机作业应按网的精度要求来定,对于选定的接收机在参加作业之前,首先应对其性能与可靠性进行检验,合格后才可使用。GPS接收机的检验全面检验包括:一般检视、通电检验、试测检验。
2.2 GPS控制网的外业实施方法GPS控制网测量的外业实施主要包括控制点的选点埋石、外业观测、观测成果的外业检核等工作。(1)选点埋石:根据前述的选点原则与设计的网形进行选点。为了保持点位,便以长期利用GPS点的结果,GPS点应设置具有中心标志的标石,以精确标定点位。点的标志与标石必须稳定、坚固,以利于长久保存与利用。对于大型桥梁,建设周期长,使用频繁,为了提高GPS测量的精度,减少对中误差,方便使用,一般建造强制对中观测墩。(2)GPS测量的作业模式选取:随着GPS技术的快速发展,出现了多种确定两点间的相对位置的作业方法,也称作业模式。不同的作业模式因作业方法和观测时间不同,具有不同的应用范围。目前普遍使用的作业模式主要有:静态相对定位、快速相对静态定位、准动态相对定位和动态相对定位。但对于GPS控制网而言,只能采用静态相对定位、快速相对静态定位。
3应用实例研究
3.1平面控制网的布设
某长江公路大桥,桥位区覆盖层厚度在290m～340m之间,以粘土、亚粘土、粉沙、粗沙和砾石为主。地层处下沉趋势,江南不均匀下沉显著,据国家测绘局掌握的资料,大桥所在地区存在着每年厘米级的不均匀性地表下沉,对平面和高程控制点稳定性不利。这对大桥的平面控制测量和高程控制测量的精度提出了更高的要求。GPS控制网的布设是为满足大桥的勘测设计、施工放样和大桥的变形监测的需要,遵循“整体控制、局部加密”的原则。并且在控制点位置的选择上考虑了桥梁施工的特点,一方面将点的位置于施工便道以外并适于GPS观测要求的位置,另一方面尽可能保持相邻点间相互通视以及临近线位控制点设站、长边定向的施工放样原则,某大桥的GPS平面控制网由18个点组成,网形为以桥轴线为公共边的两个大地四边形,两边各扩展一个大地四边形,这增加了网的图形强度。
3.2 GPS平面控制测量
3.2.1选点造标
根据设计的网形与GPS选点的原则共布设18个点。为了方便使用以及通视的需要建造强制对中观测墩。共建造观测墩22座,其中8m高观测墩4座、6m高观测墩3座、3m高观测墩H座、2m高观测墩4座;20米深埋水准点4座、50m、6.85m深埋水准点各一座。依据长江两岸地质特点,在基础处理中分别采用了不同的加固处理方法。
3.2.2外业施测
根据上述布网方案以及精度指标要求,制定了严密的施测方案与施测计划。实际观测使用了8台GPS双频接收机,其中5台ASHTECH Z-xtreme型、3台ASHTE CH-ZXⅡ型接收机,其标称精度位5mm+1ppm,均使用相同扼径圈天线(可达到3mm十0.5ppm)进行观测。观测时,观测参数设置如下:
(1)同步观测有效卫星数大于等于9颗;
(2)截至高度角大于15°;(3)由卫星星座和测站组成的图形几何强度小于等于6;(4)采样间隔时间15秒;(5)卫星象限分布(25±20)％;(6)连续观测24h,整个观测进行了13天,共完成某大桥首级平面控制网观测点18个及联测国家坐标点3点,形成5个同步环。同步环和同步环之间采取边连接。观测中仪器设备工作正常。每天的观测数据都及时下载,查验数据观测质量,结果全部合格。
3.3基线解算为了提高GPS基线解算的精度,联测武汉跟踪站(WUHN)和北京房山跟踪站(BFJS)。并采用GAMIT软件、精密星历、TIRF97框架,解算WH02的坐标,然后固定WH02,共解算基线84条。
3.4精度统计分析
(1)GPS控制网地心坐标:选取WUHN
GPS跟踪站为固定点,用GAMTI基线解算的结果进行坐标传递,WUHNGPS跟踪站空间地心坐标值为TI邢97(2003历元)框架下的地心坐标。
X=－2267749.3365m
Y=5009154.2898m
Z=3221290.6629m
平差后最弱点位中误差为:±0.64cm。
(2)桥位控制网“54北京坐标系”:中央子午线120度,1001、1002、1003为起算点,投影面为高斯椭球面,观测数据为32条GPS独立基线边,为三点约束平差方法。起算坐标:
1001:X=3502692.9000m
Y=609199.6600m
1002:X=3532461.1700m
Y=608630.4600m
1003:X=3539125.0700m
Y=589648.1700m
最弱点:Mx=±1.78cm,My=±1.78cm,Mp=±2.66cm。最弱边相对精度:1/48072。可以满足路桥施工的需要。
参考文献
[1]吴迪军,黄全义,张建军,等.特大型桥梁施工GPS高程控制网技术研究[J].测绘信息与工程,2006(5).
[2]周拥军,施一民.统一正常高系统的桥梁GPS水准的有效解法[J].地矿测绘,2000(2).
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