大型橋梁工程gps控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與施測

1、<p>　　大型橋梁工程GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與施測</p><p>　　摘 要：大榭第二大橋是中國浙江省寧波市建設(shè)中的一座跨海大橋。大橋位于北侖區(qū)，始于329國道，終于大榭島，主橋長808米，主線全長5516米。橋型為雙塔單索面鋼箱梁斜拉橋，本文著重就大橋首級GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)與施測等方面的問題進(jìn)行了闡述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS控制網(wǎng)；設(shè)計(jì)；施測；數(shù)據(jù)處理；強(qiáng)制約束邊

2、；平差計(jì)算 </p><p>　　Abstract:The second bridge is a city in China's Zhejiang province Ningbo city construction of cross-sea bridge. The bridge is located in Beilun District, began in the 329 National Road, f

3、inally the Daxie Island, 808 meters long main bridge, the main span 5516 meters. As the Twin Towers bridge with single cable plane cable-stayed bridge with steel box girder, this paper focuses on the bridge GPS control p

4、roblem in network design and surveying etc. are described. </p><p>　　Key words:GPS control network; design; TESTING; data processing; mandatory constraint boundary; adjustment calculation </p><p&g

5、t;　　中圖分類號：U445文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2013） </p><p>　　1 首級GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　1.1首級控制網(wǎng)設(shè)計(jì)思路 </p><p>　　首級GPS控制網(wǎng)布設(shè)方案從初步設(shè)計(jì)、精度估算，優(yōu)化設(shè)計(jì)，均通過嚴(yán)格審查，GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路如下： </p><p>　　由于寧波市獨(dú)立

6、坐標(biāo)系的中央子午線為121°30′，而大橋中心主軸線的經(jīng)度坐標(biāo)為121°55′，兩者差值為25′存在一定的投影變形，均需滿足《城市測量規(guī)范》的投影長度不大于±2.5cm/km。鑒于以上情況并考慮到設(shè)計(jì)進(jìn)度，且大橋主橋的施工面積較小，為了保證大橋施工放樣坐標(biāo)的統(tǒng)一性及減少坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，本次采用的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)為寧波市獨(dú)立坐標(biāo)系。首級GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)采用2個(gè)寧波市基本點(diǎn)作為已知控制點(diǎn)，一點(diǎn)一方向的方法布設(shè)首級GPS

7、控制網(wǎng)，另外一個(gè)已知控制點(diǎn)作為檢查。 </p><p>　　首級GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)的網(wǎng)型如下圖： </p><p>　　由于主橋兩段控制點(diǎn)距離較短均小于1km，首級GPS控制網(wǎng)的平均基線長度為6km,其中最長基線長度約為20.4km,最短基線長度為0.6km。 </p><p>　　整個(gè)首級控制網(wǎng)的平均距離小于B級GPS控制網(wǎng)的平均距離50km。但考慮大橋施工放樣精

8、度要求較高，因此大橋首級GPS控制網(wǎng)的平面測量觀測等級按B級觀測精度執(zhí)行。 </p><p>　　1.2 首級GPS控制網(wǎng)基本精度等級 </p><p>　　GPS網(wǎng)點(diǎn)位中誤差限差取±20mm?；揪劝聪噜忺c(diǎn)間弦長標(biāo)準(zhǔn)衡量。首級GPS網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)差限差指標(biāo)為：=±式中為標(biāo)準(zhǔn)差， a為固定誤差5；b為比例誤差系數(shù)，取10-6；d為相鄰點(diǎn)間距。網(wǎng)的最弱邊邊長相對中誤差優(yōu)于1/1

9、20000（參照《城市測量規(guī)范》2.1.9中二等三角網(wǎng)的最弱邊邊長相對中誤差技術(shù)要求）。 </p><p>　　1.3 已知控制點(diǎn)的選擇 </p><p>　　考慮到本次控制網(wǎng)的要求的觀測精度為B級，測區(qū)附近高等級控制點(diǎn)GJ10、GJ14、GJ19均為寧波市基本點(diǎn)(等級為C級)，因此在平面控制測量前對已知控制點(diǎn)進(jìn)行了檢測，檢測使用雙頻GPS接收機(jī)對已知控制點(diǎn)間的基線進(jìn)行測量，其結(jié)果與坐標(biāo)反

10、算的邊長進(jìn)行了比較。 </p><p><b>　　統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表： </b></p><p>　　由上表可知相對邊長比例誤差優(yōu)于1/120000符合《城市測量規(guī)范》要求，可以使用。 </p><p>　　1.4 首級控制網(wǎng)精度估算 </p><p>　　精度估算取GJ19作為已知點(diǎn)，短基線邊取0.6km，模擬計(jì)算成果輸

11、出了GPS控制網(wǎng)點(diǎn)位中誤差成果；平差基線精度成；誤差橢圓等。 </p><p>　　GPS控制點(diǎn)位誤差統(tǒng)計(jì)如下表： </p><p>　　經(jīng)GPS網(wǎng)平差,平均長度為5.96km,其中最弱長基線為長度為20.41km, 相對邊長比例誤差為1: 2463000＜1/120000；最弱短基線長度為0.58km,相對邊長比例誤差為1:293000＜1/120000；結(jié)果表明，短基線邊長中誤差小于&

12、#177;5mm,長基線邊長中誤差小于±10mm。符合相關(guān)規(guī)范要求。 </p><p><b>　　2 控制點(diǎn)的埋設(shè) </b></p><p>　　4個(gè)中線控制點(diǎn)埋設(shè)采用深埋鋼管基準(zhǔn)點(diǎn)，并建造強(qiáng)制歸心觀測標(biāo)墩。其余4個(gè)點(diǎn)為普通混凝土現(xiàn)澆控制點(diǎn)。 </p><p>　　深埋鋼管基準(zhǔn)點(diǎn)—觀測墩地下樁體采用φ127mm的鋼管至穩(wěn)定的持力層。

13、鋼管樁尖制成閉口樁靴，樁尖至可靠硬塑粘性土層，可鉆至粘性土層3～5米將φ127鋼管至孔底，上用重錘輕拍使鋼管樁尖穿過孔底沉渣并進(jìn)入粘性土層5～8米。待φ127鋼管至穩(wěn)定可靠持力層并達(dá)到預(yù)定深度后，挖坑2～3米深，寬2～3米進(jìn)行0.5米厚碎土墊層后放十字交叉工字鋼固定，并與φ127鋼管焊接。焊牢后，再砌素砼至地表，再灌注素砼至φ127鋼管內(nèi)。上部樁體采用鋼筋籠與鋼管相連接以保證控制點(diǎn)的穩(wěn)定，并與上部標(biāo)志連接減少因地質(zhì)條件對控制點(diǎn)的影響。標(biāo)

14、芯采用不銹鋼質(zhì)強(qiáng)制歸心裝置以提高儀器對中精度。 </p><p>　　GPS控制網(wǎng)測量及數(shù)據(jù)處理 </p><p>　　首級GPS控制網(wǎng)外業(yè)測量嚴(yán)格按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)設(shè)計(jì)書以及測量實(shí)施方案進(jìn)行。關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用高于設(shè)計(jì)精度的要求進(jìn)行實(shí)施。 </p><p>　　3.1首級GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測 </p><p>　　GPS外業(yè)觀測均采用標(biāo)稱精度為&

15、#177;(5mm+10-6D)雙頻GPS接收機(jī)按靜態(tài)模式進(jìn)行觀測。 </p><p>　　具體執(zhí)行技術(shù)指標(biāo)要求見下表： </p><p>　　GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理 </p><p>　　基線解算采用隨機(jī)軟件將各接收文件轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的Rinex文件，基線的解算采用leica Geo 5.0軟件進(jìn)行、星歷采用IGS中心提供的事后精密星歷。 </p><p

16、>　　解算時(shí)正確處理了周跳和大氣殘差等質(zhì)量較差的觀測數(shù)據(jù)，采用單基線解算模式，數(shù)據(jù)處理模型為雙差固定解。 </p><p>　　同一時(shí)段觀測值的剔除率小于5%，保證了數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。 </p><p>　　基線解算后，及時(shí)計(jì)算了重復(fù)邊的較差、檢驗(yàn)了同步環(huán)、異步環(huán)閉合差、基線分量的改正數(shù)絕對值，使各項(xiàng)精度均符合了《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范GPS規(guī)范》的要求，即復(fù)測基線的長度較差

17、ds兩兩比較，同步環(huán)閉合差Wx、Wy、Wz≤ ,獨(dú)立閉合環(huán)或附合路線坐標(biāo)閉合差Wx、Wy、Wz均≤,Ws≤。式中：（n為閉合環(huán)數(shù)），基線測量中誤差， 。 </p><p>　　⑵復(fù)測基線較差DS比較表： </p><p>　　數(shù)據(jù)均符合相關(guān)規(guī)范及技術(shù)設(shè)計(jì)的要求。 </p><p>　　GPS網(wǎng)的平差計(jì)算 </p><p>　　考慮到設(shè)計(jì)、施工

18、以及坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一性坐標(biāo)系統(tǒng)等各方面原因，本次首級GPS控制網(wǎng)平差方法最終選擇采用3個(gè)寧波市基本點(diǎn)作為已知控制點(diǎn)的情況下加入約束基線邊的方法進(jìn)行平差計(jì)算。強(qiáng)制約束基線邊采用LeicaTCA2003全站儀進(jìn)行測量,儀器標(biāo)稱精度：測距精度為（1+1ppm×D）mm，測角精度0.5″；測量時(shí)分別對氣溫氣壓進(jìn)行了改正共計(jì)測量了2條基線邊。 </p><p><b>　　具體網(wǎng)型如下圖： </b&g

19、t;</p><p>　　平差計(jì)算軟件采用武漢大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院開發(fā)的GPS平差后處理軟件CosaGPS V2000進(jìn)行三維約束平差，最弱點(diǎn)中誤差為±4.3mm,再用leica Geo 5.0等軟件進(jìn)行對算，坐標(biāo)較差均在毫米級以內(nèi)。 </p><p>　　⑴固定3點(diǎn)加入強(qiáng)制約束邊的二維約束平差 </p><p>　　采用了3個(gè)已知點(diǎn)為起算點(diǎn)，并加入兩條

20、通視基線邊進(jìn)行約束平差的方法進(jìn)行二維約束平差計(jì)算，起算坐標(biāo)采用寧波市獨(dú)立坐標(biāo)系，最弱邊邊長為574.5785，相對邊長比例誤差為1/346000,精度較高符合相關(guān)規(guī)范要求。具體精度統(tǒng)計(jì)如下： </p><p>　　異步環(huán)閉合差W的量值分布表： </p><p>　?、亲鴺?biāo)比較與精度評定 </p><p>　　a.固定3點(diǎn)加入強(qiáng)制約束邊與一點(diǎn)一方向平差坐標(biāo)比較 <

21、;/p><p>　　一點(diǎn)一方向法采用固定一個(gè)已知點(diǎn)GJ10，通過兩個(gè)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)反算出GJ10-GJ14的方位角為已知方向。起算點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)采用寧波市獨(dú)立坐標(biāo)系。最弱點(diǎn)中誤差為±1.2mm。最弱邊邊長為574.5785，相對邊長比例誤差為1/654000,精度較高符合相關(guān)規(guī)范要求。對固定3點(diǎn)加入強(qiáng)制約束邊的平差的坐標(biāo)與一點(diǎn)一方向平差坐標(biāo)進(jìn)行比較，坐標(biāo)對比最大值為：△X：8mm, △Y：1mm，△S：8.0

22、6mm。 </p><p>　　b.固定3點(diǎn)加入強(qiáng)制約束邊與采用3個(gè)已知控制點(diǎn)平差坐標(biāo)比較 </p><p>　　采用3個(gè)已知控制點(diǎn)對大橋首級GPS控制網(wǎng)進(jìn)行二維平差。起算坐標(biāo)采用寧波市獨(dú)立坐標(biāo)系，最弱點(diǎn)中誤差為±3.4mm。最弱邊邊長為614.2654，相對邊長比例誤差為1/270000,精度較高符合相關(guān)規(guī)范要求。對固定3點(diǎn)加入強(qiáng)制約束邊與固定3個(gè)點(diǎn)平差坐標(biāo)進(jìn)行比較，坐標(biāo)對比最

23、大值為：△X：13mm, △Y：1mm，△S：13.03mm。 </p><p><b>　　c.精度評定 </b></p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可以看出首級GPS控制網(wǎng)的布設(shè)外部采用3個(gè)寧波市基本點(diǎn)進(jìn)行約束平差，保證了其與寧波市獨(dú)立坐標(biāo)系的銜接精度在2cm之內(nèi)。B級控制網(wǎng)的布設(shè)內(nèi)部采用強(qiáng)制約束邊的方法進(jìn)行約束平差，保證了其與施工坐標(biāo)系的銜接精度1cm之內(nèi)。 <

24、;/p><p><b>　　技術(shù)結(jié)論 </b></p><p>　　通過對大橋首級GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施測得出如下主要技術(shù)結(jié)論： </p><p>　　（1）首級控制網(wǎng)在主橋位置采用深埋鋼管基準(zhǔn)點(diǎn)的方式進(jìn)行埋設(shè)建立觀測墩的方法。大大節(jié)省了傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁的成本，為控制點(diǎn)的穩(wěn)定、安全提供了保障。 </p><p>　?。?）G

25、PS測量使用高精度雙頻GPS接收機(jī)，活動了高質(zhì)量的的GPS觀測成果。通過加入高精度強(qiáng)制約束邊進(jìn)行平差的方法大大提高了主橋區(qū)域的控制點(diǎn)精度。為主橋施工定位精度提供了保障。 </p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理使用多種軟件進(jìn)行平差處理，首級GPS網(wǎng)的點(diǎn)位中誤差均小于±20mm。點(diǎn)位中誤差均在1/3限差以內(nèi)，成果優(yōu)量。通過本工程的實(shí)施總結(jié)出在小區(qū)域內(nèi)采用當(dāng)?shù)鬲?dú)立坐標(biāo)系加入強(qiáng)制約束邊的平差計(jì)算，代替?zhèn)鹘y(tǒng)建立施工

26、獨(dú)立坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)鬲?dú)立坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換的方法還是可行的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》； </p><p>　　[2]周忠謨，易杰軍，周琪《GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用》北京：測繪出版社，1992； </p><p>