珠江某橋梁控制測量技術探討

摘 要:我國現階段正在修建和擬建的特大型橋梁很多因其所處的地理位置特別、施工工藝復雜、工程量巨大，對測量工作提出了更為嚴格的要求。本文以GPS技術在大型橋梁控制測量中的應用為研究對象，探討了施測的要求和流程，并結合筆者曾經參與的某大橋測量實例，給出了具體的測量方法，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞:GPS大型橋梁控制測量控制網

中圖分類號:TB22文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0045-02

我國現階段正在修建和擬建的特大型橋梁很多因其所處的地理位置特別、施工工藝復雜、工程量巨大，對測量工作提出了更為嚴格的要求。很多常規的測量手段和方法己經不能滿足工程上的需要，但隨著GPS技術的飛速發展，GPS技術在測繪領域的應用已經非常廣泛，同時也解決了很多以前無法解決的問題。GPS技術在大型橋梁平面控制網中的應用卻并不多，本章就GPS技術在特大型橋梁平面控制網中的應用做些探討。

1 GPS橋梁控制網布設原則

根據控制網的實際與橋位區的地形條件以及橋梁本身的特點，進行圖上初步設計，然后到實地踏勘選點。對于GPS控制點選點時需注意以下幾個方面:

(1)根據GPS觀測要求，要減弱干擾，保證衛星信號的正常接收，確保觀測質量，控制點要布設在四周開闊，在地面大于150的范圍內不得有障礙物，同時要減少多路徑效應，控制點周圍不得有強反射面，盡量避開高壓線。(2)控制點應便于發展。(3)為了提高網點的精度與可靠度，不允許出現支點。(4)點位需布設在穩固且宜長期保存處。(5)為了滿足橋梁采用常規方法施工放樣的需要，每個控制點應至少與兩個方向通視，同時注意控制點與主要放樣建筑物的幾何圖形強度。

2 GPS控制網的施測方法研究

2.1 GPS儀器的選擇與檢驗

GPS儀器的型號多樣，精度、性能各不相同。選擇什么樣的接收機作業應按網的精度要求來定，對于選定的接收機在參加作業之前，首先應對其性能與可靠性進行檢驗，合格后才可使用。GPS接收機的檢驗全面檢驗包括:一般檢視、通電檢驗、試測檢驗。

2.1.1 一般檢視

一般檢視要求必須符合下列規定:

(1)GPS接收機及天線外觀應良好，型號正確;(2)各種部件及附件應匹配、齊全、完好;(3)需緊固的部件不得松動和脫落;(4)設備使用手冊和后處理軟件操作手冊及磁(光)盤應齊全。

2.1.2 通電檢驗

通電檢驗要求必須符合下列規定:

(1)有關信號燈工作正常;(2)按鍵和顯示系統工作正常;(3)利用自測試命令進行測試必須通過;(4)檢驗接收機鎖定衛星信號的快慢，接收信號的強弱及信號失鎖狀況。

2.1.3 試測檢驗

GPS接收設備一般檢驗與通電檢驗后，應在不同的基線上進行以下測試。

(1)接收機內部噪聲水平檢驗

接收機內部噪聲是接收機鐘差、信號通道時延、延遲鎖相環誤差以及機內噪聲所引起的定位誤差的綜合反映。一般采用零基線測試法與超短基線測試法。

(2)天線相位中心穩定性檢驗

天線相位中心的穩定性是指天線在不同方位下的實際相位中心與廠家提供的天線幾何中心的重合程度。這項檢驗可在標準基線、比較基線場或GPS檢測場上進行。檢驗時，將GPS接收機天線分別安置在基線的兩端，精確對中、整平，并使天線的定向標志指北，觀測一個時段(大約1.5小時)，然后一個天線(A)不動，另一天線(B)依次旋轉900、1800、2700，測三個時段，觀測結束，解算各時段的基線值，天線在不同方位下測定的基線變化最大互差應小于儀器標稱精度的2倍固定誤差，說明B天線合格，否則應送廠檢修或降級使用。同樣固定B，同樣的方法可測定A。

(3)GPS接收機不同測程精度指標的測試

該項檢驗主要是測試GPS接收機能否達到其標稱精度，一般應在標準檢定場進行，因為標準檢定場有短、中、長基線邊。要求標準基線的精度達到10-5，檢驗時，將GPS接收機天線分別安置在基線的兩端，精確對中、整平，并使天線的定向標志指北，一般要求強制對中，天線高的量取精確至1mm，觀測時間按不同模式不同。測試結果與基線標準長度之差應小于儀器的標稱精度。

2.2 GPS控制網的外業實施方法

GPS控制網測量的外業實施主要包括控制點的選點埋石、外業觀測、觀測成果的外業檢核等工作。

(1)選點埋石

根據前述的選點原則與設計的網形進行選點。為了保持點位，便以長期利用GPS點的結果，GPS點應設置具有中心標志的標石，以精確標定點位。點的標志與標石必須穩定、堅固，以利于長久保存與利用。對于大型橋梁，建設周期長，使用頻繁，為了提高GPS測量的精度，減少對中誤差，方便使用，一般建造強制對中觀測墩。

(2)GPS測量的作業模式選取

隨著GPS技術的快速發展，出現了多種確定兩點間的相對位置的作業方法，也稱作業模式。不同的作業模式因作業方法和觀測時間不同，具有不同的應用范圍。目前普遍使用的作業模式主要有:靜態相對定位、快速相對靜態定位、準動態相對定位和動態相對定位。但對于GPS控制網而言，只能采用靜態相對定位、快速相對靜態定位。

靜態相對定位模式是將兩臺或多臺GPS接收機分別安置在一條或多條基線的兩端，同步觀測4顆以上衛星，觀測時間在45分鐘以上。采用這種方法，其基線相對定位精度可達5mm+1ppm*s，s為基線長度。采用這種方法作業時，使觀測基線構成一系列的閉合環，用于外業檢核，因此其觀測精度與可靠性較高。主要應用于全國性或國家級大地控制網的建立、地殼運動或工程變形監測網的建立、精密工程控制網的建立等。

快速靜態定位模式一般在測區中央選擇一基準站，并安置一臺接收機連續跟蹤所有可見衛星，另一臺接收機依次到各流動站，每點觀測幾分鐘即可達到與立、精密工程控制網的建立等。

快速靜態定位模式一般在測區中央選擇一基準站，并安置一臺接收機連續跟蹤所有可見衛星，另一臺接收機依次到各流動站，每點觀測幾分鐘即可達到與靜態相對定位相當的精度。其優點是速度快、精度高、能耗低，缺點是構不成閉合環，可靠性差，因此主要應用于一般控制網的測量與加密、工程測量、地籍測量及碎部測量等。因此就GPS橋梁控制網而言采用靜態相對定位。

3 應用實例研究

3.1 平面控制網的布設

某珠江公路大橋，橋位區覆蓋層厚度在290-340m之間，以粘土、亞粘土、粉沙、粗沙和礫石為主。地層處下沉趨勢，江南不均勻下沉顯著，據國家測繪局掌握的資料，大橋所在地區存在著每年厘米級的不均勻性地表下沉，對平面和高程控制點穩定性不利。這對大橋的平面控制測量和高程控制測量的精度提出了更高的要求。GPS控制網的布設是為滿足大橋的勘測設計、施工放樣和大橋的變形監測的需要，遵循“整體控制、局部加密”的原則。并且在控制點位置的選擇上考慮了橋梁施工的特點，一方面將點的位置于施工便道以外并適于GPS觀測要求的位置，另一方面盡可能保持相鄰點間相互通視以及臨近線位控制點設站、長邊定向的施工放樣原則，某大橋的GPS平面控制網由18個點組成，網形為以橋軸線為公共邊的兩個大地四邊形，兩邊各擴展一個大地四邊形，這增加了網的圖形強度。同時在橋軸線的延長線兩端1～2公里及周圍選點，其中北岸橋軸線延長線布設兩個大地四邊形，南岸橋軸線延長線布設四個大地四邊形，各平面控制點保證有兩個以上的通視方向。控制網范圍東西長約2km，南北寬約10km，橋軸線相對中誤差不低于1/70萬;平面控制網各相鄰點點位中誤差不大于±8mm。

3.2 GPS平面控制測量

3.2.1 選點造標

根據設計的網形與GPS選點的原則共布設18個點。為了方便使用以及通視的需要建造強制對中觀測墩。共建造觀測墩22座，其中8m高觀測墩4座、6m高觀測墩3座、3m高觀測墩H座、2m高觀測墩4座;20m深埋水準點4座、50m、6.85m深埋水準點各一座。依據珠江兩岸地質特點，在基礎處理中分別采用了不同的加固處理方法。

3.2.2 外業施測

根據上述布網方案以及精度指標要求，制定了嚴密的施測方案與施測計劃。實際觀測使用了8臺GPS雙頻接收機，其中5臺ASHTECH Z-xtreme型、3臺ASHTECH-ZXⅡ型接收機，其標稱精度位5mm+1ppm，均使用相同扼徑圈天線(可達到3mm十0.5ppm)進行觀測。觀測時，觀測參數設置如下:(1)同步觀測有效衛星數大于等于9顆，(2)截至高度角大于15°，(3)由衛星星座和測站組成的圖形幾何強度小于等于6，(4)采樣間隔時間15秒，(5)衛星象限分布(25士20)％，(6)連續觀測24小時，整個觀測進行了13天，共完成某大橋首級平面控制網觀測點18個及聯測國家坐標點3點，形成5個同步環。同步環和同步環之間采取邊連接。

觀測中儀器設備工作正常。每天的觀測數據都及時下載，查驗數據觀測質量，結果全部合格。

3.3 基線解算

為了提高GPS基線解算的精度，聯測武漢跟蹤站(WUHN)和北京房山跟蹤站(BFJS)。并采用GAMIT軟件、精密星歷、TIRF97框架，解算WH02的坐標，然后固定WH02，共解算基線84條。

3.4 精度統計分析

(1)GPS控制網地心坐標:選取WUHNGPS跟蹤站為固定點，用GAMTI基線解算的結果進行坐標傳遞，WUHNGPS跟蹤站空間地心坐標值為IRTF2000框架下的地心坐標;

X=-2267749.3365m

Y=5009154.2898m

Z=3221290.6629m

平差后最弱點位中誤差為:±0.64cm。

(2)橋位控制網“54北京坐標系”:中央子午線120度，1001、1002、1003為起算點，投影面為高斯橢球面，觀測數據為32條GPS獨立基線邊，為三點約束平差方法;

起算坐標:

1001:X=3502692.9000m

Y=609199.6600m

1002:X=3532461.1700m

Y=608630.4600m

1003:X=3539125.0700m

Y=589648.1700m

最弱點:Mx=±1.78cm，My=±1.78cm，Mp=±2.66cm

最弱邊相對精度:1/48072。

可以滿足路橋施工的需要。

參考文獻

[1]吳迪軍，黃全義，張建軍，李書銀，熊小莉.特大型橋梁施工GPS高程控制網技術研究[J].科技資訊，2009(5).

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