GPS高程在橋梁工程中的應用

李志福

(廣州市市政工程設計研究院,廣東 廣州 510006)

GPS高程在橋梁工程中的應用

李志福

(廣州市市政工程設計研究院,廣東 廣州 510006)

摘要：本文結合實際的橋梁工程采用6種模型進行高程異常擬合,并進行結果分析比較,結果顯示:本例中多面函數擬合和移動曲面擬合表現出一定的優勢,當擬合片區地勢較平坦時,GPS高程擬合精度可以達到四等精度。

關鍵詞：GPS;高程異常;橋梁工程

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.014

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：號： 1008-9268(2015)03-0058-03

收稿日期：2015-04-08

作者簡介

Abstract:In this paper, combined with the actual bridge engineering by using 6 kinds of model fitting height anomaly, analysis and comparison is made. Results showed that moving curved surface fitting and the polyhedral function fitting got better precision in the case. When the terrain is relatively flat, GPS elevation fitting precision can achieve four accuracy.

0引言

橋梁是道路的重要組成部分,在交通發展中起著關鍵作用。在傳統大型橋梁工程控制網的建立過程中,由于技術條件限制,多采用經緯儀、測距儀、全站儀等設備。這些常規控制測量手段工作量大,作業時間長,而且誤差積累顯著[1]。隨著各種大型橋梁、特大型橋梁的涌現,GPS技術在橋梁工程中得到了廣泛應用[2-4]。眾所周知,GPS的平面精度很高,常用來做平面控制網,但GPS的高程精度一直是測繪學者討論的熱點。GPS測量得到的是大地高,需要施加高程異常改正,轉換成正常高之后,才能應用于工程中。本文利用MATLAB語言編制了高程異常擬合系統,結合特大橋梁工程,對GPS擬合高程精度進行分析。

1GPS高程擬合原理

GPS高程擬合是利用在范圍不大的區域中,點位的高程異常與其坐標具有一定的幾何相關性這一原理進行擬合。以水準高程為基準,把同時具有GPS大地高和水準高程的點作為控制點,根據兩者的高差值,即高程異常,建立數學模型擬合出似大地水準面。再根據待求點Ai的坐標(xi,yi),內插出高程異常ζi.因其是一種純幾何的方法,一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(如平原地區),其擬合的精度可達到厘米級。對于高程異常變化劇烈的地區(如山區),這種方法的精度較差,這主要是因為在這些地區,已知點很難將高程異常的全部特征表示出來。

若GPS測得大地高為H,則其正常高H正常=H-ζ.高程異常擬合模型有很多,例如多項式曲線擬合、樣條曲線擬合、AKIMA法曲線擬合、曲面擬合、MLS曲面擬合、多面函數擬合等[5-9]。不同擬合方法具有不同的適用范圍,擬合精度也不同。

2高程異常擬合系統的設計

本高程異常擬合系統采用荷蘭巴爾達教授提出的數據探測方法[10]進行粗差檢驗。它能夠有效地探測粗差。高程異常擬合系統設計，如圖1所示。

圖1　高程異常擬合系統設計

3GPS 高程在橋梁工程中的應用

某特大橋梁工程線路走向大致為東西向,全線共設置橋梁2座,橋梁長度2.62 km,道路(含引道)長度約1.57 km.測量場區道路路面交通繁忙,安全隱患大,路面設施繁多,地物密集;居民房屋不規則,通視影響因素多,測量作業困難。布設一個四等水準結點網,兩處河段采用三等跨河水準測量并各自平差計算跨河水準基點間高差,參與四等水準網平差計算。控制點的分布如圖2所示,根據GPS測量出的大地高和水準測量獲得的正常高,得到高程異常,共22個點,如表1所示。利用高程異常擬合系統進行高程異常擬合,并與水準高程進行比較。

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聯系人： 李志福 E-mail: 756514342@qq.com

圖2　某橋梁工程的控制點分布圖

點名北坐標/m東坐標/m高程異常/m點名北坐標/m東坐標/m高程異常/mE222616079.2461978.965.063HJ102614229.5459081.754.98E232613250.3461195.275.083HJ122613359.2458935.554.99HJ052614820.5464658.55.193HJ132616577.8462733.415.084HJ062614375.5464443.675.193JD012614075.5462446.325.117HJ072615334.5465028.755.199HJ012614074.9460593.125.044HJ092616035.9465117.135.189HJ022613723.5460412.575.043HJ112613726.6458997.134.986HJ032614293.8462840.915.129HJ142615661.5462092.65.075HJ042614016.3463068.495.144JD022613761.3462591.165.129HJ082615761.3465314.785.202JD032613913.2461632.735.088LX042614227.6463988.265.173JD042613729.8461646.85.092LX052614305.5463590.25.159

考慮到該工程點成面狀分布,選擇平面、多次曲面、MLS曲面[11]、多面函數、移動曲面和切比雪夫6種模型進行擬合,選擇圖2中的深色點為建模數據,淺色點為擬合點。結果如表2所示。

表2　不同模型的擬合高程比較

表2示出了不同模型的擬合精度,在本例中多面函數擬合和移動曲面擬合表現出一定的優勢,根據《城市測量規范CJJ-2011》5.5.2條規定,上述擬合精度均能達到四等高程控制網的精度。

GPS高程的擬合精度受很多方面的因素影響,擬合時需要注意幾個方面:

1) 選取建模點位時一定要遵循“全局、均勻”原則,且盡量選取地形的特征點;

2) 一般GPS高程擬合不適宜外推;

3) 要保證擬合精度,要獲得高精度的大地高數據;

4) 盡量選擇足夠多的點位進行檢驗,確保擬合精度的穩定性;

5) 當高程異常變化較大時,應適當增加建模數據。

4結束語

GPS技術的發展給橋梁工程測量帶來了技術革命,顯著提高了工作效率。當地勢較平坦時,GPS高程可以代替四等水準測量,甚至達到三等水準的精度。實際工程中,應通過嘗試,選取合適的擬合模型。編制高程異常擬合系統,可以智能選取最佳擬合模型,提高擬合效率。

參考文獻

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李志福(1986-),男,助理工程師,主要從事市政工程方面的測量工作。

Application of GPS Elevation in Bridge Engineering

LI Zhifu

(GuangzhouMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Guangzhou510006,China)

Key words: GPS; height anomaly; bridge engineering