雞啼門特大橋GPS跨河水準測量應用實踐及結果分析

陳楓

(珠海市測繪院，廣東 珠海 519015)

雞啼門特大橋GPS跨河水準測量應用實踐及結果分析

陳楓*

(珠海市測繪院，廣東 珠海 519015)

相比于傳統的跨河水準測量，GPS水準測量為跨河水準測量提供了新的途徑。本文以雞啼門特大橋跨河水準測量應用為例，介紹了GPS跨河水準測量方法原理，闡述了方法實施步驟包括高程控制網點布設、GPS測量與數據處理、同岸水準測量與數據處理、跨河段正常高差計算。利用珠海市海陸統一似大地水準面精化成果對計算結果進行了比對分析，計算得出跨河段正常高差較差為 3.9 mm，計算結果滿足規范要求。

GPS跨河水準測量方法；高程異常變化率；似大地水準面精化方法；跨河段正常高差；結果分析

1 引 言

雞啼門特大橋位于廣東省珠海市斗門區，跨越雞啼門水道(黃楊河)。該橋設計橋寬為 38 m，設置雙向6車道，橋梁主橋長 1 210 m，引橋長 368 m，接線道路長 2 272 m。為了確保工程施工的質量和橋梁合龍的要求，在大橋兩岸建立統一的三等高程控制網。由于河兩岸無保存完好可供起算的國家一、二等水準點，現采用跨河水準測量方法以獲取兩岸的高差，完成兩岸統一高程控制網的建立。傳統的幾何光學跨河水準測量方法受點位條件和天氣氣候影響顯著，且觀測時間長、作業強度大。GPS跨河水準測量方法具有高精度的三維定位功能，無跨河點間通視要求，操作簡單且全天候作業。為此，本文采用GPS跨河水準測量方法實施，并將跨河段正常高差計算結果與珠海市海陸統一似大地水準面精化成果進行比對分析。

2 GPS跨河水準測量方法

我國的高程系統是以似大地水準面為起算面的正常高程系統，其高程為正常高(h)；GPS測得的高程是在WGS-84坐標系下的以WGS-84橢球為起算面的大地高(H)；似大地水準面與參考橢球面的垂直距離稱為高程異常(ε)(如圖1所示)。則有高程異常計算公式：ε=H-h。

考慮到本工程兩岸地勢平坦，地形起伏較小，最大高差約為 3 m情況，采用了如下的計算方法：通過GPS觀測方法獲得各點間的大地高差，用幾何水準測量方法獲同岸控制點間正常高差，由高程異常計算公式及點間GPS測得平距計算出非跨河點與同岸跨河點的高程異常變化率。利用GPS高程擬合模型求解跨河點間的高程異常差，進而求跨河段正常高差，完成高程傳遞。具體計算如下：

圖1 參考橢球面與似大地水準面示意圖

αAB=(△HGAB-△HγAB)/SAB

(1)

式中：αAB——AB方向的高程異常變化率(m/)；

SAB——A、B點間的平距()；

△HGAB——A、B點間的大地高差(m)；

△HγAB——A、B點間的正常高差(m)。

(2)

△Hγ=△HG-△ε

(3)

S——跨河點間的平距()；

△ε——跨河點間高程異常差(m)；

△HG——跨河點間的大地高差(m)；

△Hγ——跨河點間的正常高差(m)。

由式(2)、式(3)計算即可求得跨河點間的正常高差。

3 跨河段正常高差計算

3.1 高程控制網點布設

經實地踏勘，測區周邊無保存完好的國家一、二等水準點。在測區范圍內的2013年珠海市陸海統一似大地水準面精化項目所做二等水準點320034經檢測完好，選為本次的起算依據。依據《國家一、二等水準測量規范》并考慮測區地形條件，高程控制網點布設如圖2所示。JTM01、JTM04為跨河點。其中，非跨河點JTM02、JTM03、JTM05、JTM06偏離跨河方向軸線的垂直距離最大值為 56 m，各段垂直距離最大互差值為 7 m，滿足規范要求。

圖2 GPS跨河水準點位示意圖

3.2 GPS測量與數據處理

GPS測量獲取點間的大地高差和距離。GPS測量采用4臺雙頻天寶同型號GPS接收機按規范進行觀測，技術要求如表1所示。JTM01和JTM04兩跨河點為重復觀測點，每個同步環觀測4個時段，每個時段記錄時間為 120 min，儀高測量分別在記錄開始時測量并記錄3次，測段結束前再測量3次，測前測后兩次儀高互差不大于 1 mm。數據采集過程中為了減小電磁波對衛星信號的干擾，在接收機天線 10 m內規定了不使用手機上網或通話和不使用對講機。

GPS觀測數據內業處理使用中海達GPS數據處理軟件HGO數據處理(V1.0.12)進行基線解算。以跨河點JTM01為起算點進行三維無約束平差。平差后，最弱基線(JTM05→JTM06)相對精度 1∶25 917，最大點位中誤差 3.4 mm，大地高最大中誤差 2.9 mm，跨河段(JTM01→JTM04)大地高差為 -0.783 4 m，平距 1.442 km，測量精度符合要求。

GPS跨河水準技術要求 表1

3.3 同岸水準測量與數據處理

同岸水準測量使用在檢定有效期內的徠卡DSZ1型電子水準儀。每天測前進行i角檢校，尺臺質量為 1 kg(觀測路線均為硬化路面)，采用中絲讀數法，視距長度小于 75 m，按后前前后順序進行往返觀測。水準儀帶自動存儲功能不需手動記錄，外業完成后，直接導出觀測數據并做初步整理后即可導入平差軟件進行平差計算。用三等水準方法施測320034-JTM01，JTM01-JTM02-JTM03-JTM01，JTM04-JTM05-JTM06-JTM04三條閉合水準路線。

三等水準測量采用清華山維nasew2000平差程序進行平差計算。平差后，線路最大閉合差 5.0 mm，最小閉合差 1.0 mm，每千米偶然中誤差 0.2 mm，測量精度符合要求。

3.4 跨河段正常高差計算

4 似大地水準面精化模型與GPS水準測量方法結果比較

珠海市陸海統一似大地水準面是我國首個城市陸海統一的優于 1 cm精度的似大地水準面模型，是利用25個高精度全球衛星導航系統水準資料與重力似大地水準面進行了獨立比較，其精度為 0.012 m；然后采用球冠諧方法，將重力似大地水準面與25個全球衛星導航系統水準數據聯合建立的似大地水準面模型，其精度為 0.008 m；最后利用15個全球衛星導航系統水準點對似大地水準面模型進行了外部檢核，精度為 0.010 m。

似大地水準面高差計算 表3

計算得到似大地水準面與GPS測量兩種方法求得跨河段的高差較差為 3.9 mm，小于規范要求限差 7.2 mm。通過以上比對分析可認為，本次GPS跨河水準測量成果滿足二等水準要求。

5 結 語

通過本文的應用實踐表明，對于海拔較低，水系較多，似大地水準面較平滑，尤其是高等級高程起算點不足或沒有的地區，用GPS跨河水準方法建立統一的跨河高程控制網非常高效適用。本項目GPS跨河水準測量按二等水準精度完成測量和跨河段正常高差結果計算，利用珠海市陸海統一似大地水準面精化成果對計算結果精度檢核較差符合規范要求，測量成果滿足工程項目的需要。

[1] GB/T 12897-2006. 國家一、二等水準測量規范[S].

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Practical Application and Result Analysis of JITIMEN Gate Bridge River-crossing Leveling Utilizing GPS

Chen Feng

(Zhuhai Surveying and Mapping Institute，Zhuhai 519015，China)

Compared to the traditional river-crossing leveling，GPS provides a new method for river-crossing leveling. In this paper，river-crossing leveling of JITIMEN gate bridge is exemplary used. The principle of river-crossing leveling utilizing GPS is introduced，the implementation steps are elaborated，including： the layout of height control network，GPS data processing，leveling at the same shore，computation of the normal height difference of cross reach. A comparative analysis is carried out，the marine and terrestrial quasi geoid refinement result of Zhuhai is used as the reference. The normal height difference of the cross reachcompared to the reference is 3.9 mm，which satisfies the requirement of the specification.

GPS river-crossing leveling method；height anomaly rate；quasi geoid refinement method；normal height difference of cross reach；result analysis

1672-8262(2017)04-65-03

P228，P224.1

B

2017—02—20

陳楓(1984—)，男，工程師，注冊測繪師，主要從事城市測量工作。

國家測繪地理信息局測繪地理信息公益性行業科研專項項目(201512001)