GPS高程拟合方法在桥梁工程控制网复测中的应用(201318).doc

《GPS高程拟合方法在桥梁工程控制网复测中的应用(201318).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS高程拟合方法在桥梁工程控制网复测中的应用(201318).doc（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、GPS高程拟合方法在桥梁施工高程控制网复测中的应用周瑞祥（中铁大桥勘测设计院集团有限公司, 湖北武汉 430050）摘要：本文就施工高程控制网复测为研究对象，简述了GPS高程拟合的原理,结合武汉几个在建大桥工程实例进行实验。采用高程拟合方法推算的高程值与采用跨河水准测量方法推算的高程值进行比对。比对结果表明：采用GPS高程拟合方法推算的高程均能达到相应等级的高程测量精度。GPS高程拟合方法可在平坦地区跨河水准测量中推广应用。关键词： GPS高程拟合；高程异常；跨河水准测量；桥梁工程Application of GPS height fitting in repetition surveying

2、 of the control net in the construction of bridgesAbstract: This paper researched on repetition surveying of the control net in the construction and introduced the principal of the GPS height fitting by making experiments in some bridge construction in process at Wuhan. The height calculated by heig

3、ht fitting is compared to that calculated by river-crossing leveling. The results of comparing showed that it can achieve the elevation measurement accuracy of corresponding levels by using the GPS height fitting method. GPS height fitting method can be promoted and applied in river-crossing levelin

4、g in plain areas. Key word：GPS height fitting method；height anomaly；river-crossing leveling；bridge construction1 引言目前，桥梁施工控制网高程测量多采用传统的跨河水准测量方法，主要有：水准仪倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法。传统的跨河水准测量受气候条件和地形条件的影响较大，导致耗时长、效率低。施工单位和监理单位在进行桥梁施工高程控制网复测时，一般要求测量工期短，不能影响工程施工进度。为了提高施工高程控制网施工复测及监理复测的效率，采用GPS高程拟合代替跨河水准测量是十分有益的

5、尝试。选取武汉鹦鹉洲长江大桥、江汉六桥和官莲湖跨通顺河桥梁工程三座在建桥梁工程作为工程实例，重点研究GPS高程拟合方法的基本原理及其在桥梁工程施工高程控制网复测中应用技术。2 GPS高程拟合原理地面点的正高高程无法精确求得，而正常高是可以精确求得的，因此在实际工作中广泛应用的是以似大地水准面为基准面的高程系，即正常高系统。大地高系统是以参考椭球面为基准的高程系统，只要选定一组大地测量参考系统的椭球参数，就可把参考椭球惟一的确定下来。地面某点的大地高H是该点沿椭球法线到参考椭球面的距离，正常高Hr是该点至似大地水准面的铅垂距离。大地高H与正常高Hr之间的关系为：Hr= H-，式中为高程异常，表示

6、似大地水准面至参考椭球面的高差。显然，如果知道了各GPS点的高程异常值，则根据公式即可求得各点的正常高，从而实现由GPS大地高向正常高的转换。GPS高程拟合，就是在一个区域范围的GPS网中，用精密水准测量的方法联测网中若干GPS点(公共点)正常高，根据大地高与正常高之间的关系，求得各公共点的高程异常。然后根据高程异常在局部区域具有一定几何相关性的特点，由公共点的平面坐标(x, y)或大地坐标(B，L)及高程异常 ，选择合适的数学模型拟合该区域的似大地水准面，即可求得待定点的高程异常，实现大地高与正常高之间的转换。目前，国内外用于GPS水准高程拟合的模型有很多，常用的有曲线拟合、多项式曲面拟合、

7、多面函数拟合、分区拟合、移动曲面拟合等。曲面拟合法是GPS高程拟合中最常用的方法，曲面拟合法是认为高程异常在一定范围内变化平缓的前提下，将高程异常(或高程异常差)近似地看作是一定范围内各点坐标的曲面函数，用这一拟合函数来计算其它GPS点的高程异常和正常高。其曲面拟合函数表达式为：=f（x，y）+。其中，f（x，y）为的中趋势值，即拟合出的似大地水准面，为拟合残差，如果把测区的似大地水准面看成一个二次曲面，则空间曲面表达式可取前六项，即f（x，y）=b0+b1x+b2y+b3x2+b4y2+b5x*y。结合工程范围较小、地势平坦等实际情况，可认为高程异常的变化较平缓，故本文在实例计算中采用二次曲

8、面拟合模型进行计算，对拟合结果进行了比较分析。3 工程实例分析鹦鹉洲长江大桥是连接武昌和汉阳的悬索桥，江面宽约1.5km，两个主跨宽均为880m；江汉六桥是位于汉江上连接汉口和汉阳的自锚式悬索桥，施工难度堪比武汉二七长江大桥，江面宽约0.4km，其主跨为253m；鹦鹉洲长江大桥和江汉六桥位于市区繁华地带，地势平坦，官莲湖跨通顺河桥梁工程位于城郊，属于微丘地形，河面宽约0.6km，三个工程分布在武汉三镇及城郊，地理位置不同，地形地貌各异，皆具有一定的代表性。本次工程实例分析采用了位于武汉市的鹦鹉洲长江大桥、江汉六桥和官莲湖跨通顺河桥梁工程的施工高程控制网复测。其中鹦鹉洲长江大桥施工高程控制网（见

9、图1）13个GPS控制点，取四个公共点（DQ7、DQ9、DO10、DQ12）进行高程拟合；江汉六桥施工高程控制网11个GPS控制点，共复测二次，每次皆取相同的四个公共点（C009、DQ09、DQ14、C015）进行高程拟合；官莲湖跨通顺河桥梁工程施工高程控制网15个GPS控制点，取四个公共点（GPS01、GPS03、GPS04、GPS06）进行高程拟合；公共点均匀分布于桥梁工程的两端。全部按照GPS C级网精度标准观测，经严密平差得到各点的大地高，正常高采用建网时水准高程：陆地鹦鹉洲长江大桥采用二等水准、江汉六桥和官莲湖跨通顺河桥梁工程采用三等水准进行联测，跨河采用相应等级的传统跨河水准方法，

10、经数据处理求得各点的正常高。图1 鹦鹉洲长江大桥GPS施工高程控制网每个工程独立采用二次曲面拟合方法进行高程拟合，求得待定点的GPS高程值后与联测的水准高程进行比较，比较结果见下表1：表1 GPS高程值与水准高程值较差表项目名称点名GPS高程（m）水准高程（m）较差值(mm)备注鹦鹉洲长江大桥DQ222.79622.794+2二等水准高程联测DQ625.99325.991+2DQ825.54825.547+1DQ1330.50230.508-6Y532.12432.125-1Y632.06432.068-4M124.53624.539-3M224.31424.318-4官莲湖跨通顺河桥梁工程G

11、PS0224.14024.137+3三等水准高程联测GPS0526.21026.217-7JM0132.34632.336+10JM0223.45923.450+9JM0323.05023.053-3JM0431.05031.056-6JM0522.25222.260-8JM0624.19224.190+2JM0724.82724.832-5JM0834.50234.499+3JM0952.14452.139+5江汉六桥第一次复测ZJ0133.45633.447+9三等水准高程联测ZJ0226.89326.903-10ZJ0330.31830.310+8ZJ0430.16330.162+1ZJ

12、0526.28426.278-6ZJ0623.45223.441+11江汉六桥第二次复测A00324.52724.538-11三等水准高程联测B00128.96728.974-7B00221.89221.897-5B00321.40221.409-7B00421.56121.557+4B00625.08325.080+3鹦鹉洲长江大桥主桥长2.1km，其中跨河距离为1.5km，江汉六桥主桥全长1.7km，跨河距离为0.4km，官莲湖跨通顺河桥梁工程全长1.8km，跨河距离为0.6km，采用三等水准评定精度指标，较差限值，由于公共点均匀分布在测区两端，其高程传递路径相当于桥梁全长的1/2，故l取

13、桥梁工程全长的1/2，则可知鹦鹉洲限差12.29mm，江汉六桥限差11.06mm，官莲湖限差11.38mm，从上表较差得知，全部GPS拟合高程值与水准高程值的较差均能满足三等水准测量要求。4 结论工程范围较小，地势比较平坦，跨河宽度小于2km，且两岸有足够数量高等级的水准高程控制点时，在桥梁施工高程控制网施工复测及监理复测中采用GPS高程拟合的方法代替跨河水准测量是可行的。在进行GPS高程拟合时，采用的公共点应均匀分布于工程测区水域两端，并应具有一定的代表性；其次待求点的高程精度还取决于公共点的高程精度，从较差表可以看出公共点精度越高，其待求点高程较差越小，说明其高程精度越高。参考文献：1 许

14、曦, 朱建军, 黎莉, 等. 长距离高精度GPS跨障碍高程传递的进一步研究J. 湖南大学学报（自然科学版）, 2010,37(3). 2 刘晓君, 孙久运, 周峰, 等. 支持向量机回归在矿区GPS高程转换中的应用J. 金属矿山, 2011,(1).3 徐绍铨、张华海、杨志强、王泽民.GPS测量原理及应用.武汉测绘科技大学出版社.2000年1月第2次印刷.4 （GB/T 12898-2009）国家三、四等水准测量规范S.5 （JTG C10-2007）公路勘测规范S.作者简介：周瑞祥(1970-)，男，湖北公安人，高级工程师，主要从事工程测量应用研究。E-mail: 地址：430050武汉市汉阳大道34号测量工程部103室电话：13507189755