港珠澳大橋跨海測量專題

1、港珠澳大橋跨海測量大橋總長35.6km，東西人工島以及6.7km的海底隧道及總長22.9km 的橋梁組成。大橋涉及三大測控關(guān)鍵技術(shù)：1、主體工程高精度測量基準的建立與 維護技術(shù)；2、連續(xù)運行參考站系統(tǒng)建立與維護；3、測繪信息管理系統(tǒng) 建立與維護。一、珠港澳大橋高精度測量基準的建立與維護珠港澳大橋工程測量基 準由首級控制網(wǎng)和在次基礎(chǔ)上逐級加密建成的首級加密網(wǎng)及一、二級施工 加密網(wǎng)組成。首級控制網(wǎng)自2008年建網(wǎng)至今，一年一次復(fù)測。首級控制網(wǎng)集成了 GNSS衛(wèi)星定位、精密水準測量、高精度跨江三角 高程測量、現(xiàn)代重力場、精化似大地水準面與工程坐標系等技術(shù)方法。1）首級gps平面控制網(wǎng)由14個首級gp

2、s控制點和3個GNSScors站 構(gòu)成，共布設(shè)16個gps觀測墩，珠海8個，澳門2個，香港6個。并按 國家B級gps網(wǎng)精度施測，統(tǒng)一了港、珠、澳三地的坐標基準，基線精 度0.5ppm，點位精度2mm，2009年3月8日通過專家組驗收。2）首級高程控制網(wǎng)由59個一等水準點和52個二等水準點構(gòu)成。其 中，一等水準路線260km；二等水準路線100km。實施了多處跨海高程 傳遞測量（測距三角高程測量最大觀測距離極限3500，超過此距離需要 進行專項設(shè)計），項目共計12處跨海高程傳遞測量，獲得了高精度的高 程成果，統(tǒng)一了三地的高程基準，每千米偶然中誤差0.3mm，。3）設(shè)計和建立了滿足主體工程建設(shè)要求

3、的大橋工程坐標系統(tǒng)，研究 確立了工程坐標系統(tǒng)與WGS84、北京54、1983珠海坐標系、香港1980 方格網(wǎng)及澳門坐標系之間精確的坐標轉(zhuǎn)換模型。4）依據(jù)最新的地球重力場理論和方法（過渡曲面擬合法），建立了 高精度的大橋地區(qū)的局部重力似大地水準面，與gps水準聯(lián)合求解后， 獲得了高精度的似大地水準面成果精度：6mm。Gps擬合高程測量精度 2cm左右。5）cors站建立與維護：大橋cors站由3個參考站、一個監(jiān)測站和1 個數(shù)據(jù)中心組成。共有5個相關(guān)子系統(tǒng)構(gòu)成。其提供兩種信號：1、 GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)信號；2、傳統(tǒng)無線電信號，供rtk差分定位，精度水 平土 2cm，高程優(yōu)于土 3cm級。201

4、0年11月12日通過驗收投入運行。 系統(tǒng)先后用于主體工程勘察、島隧工程施工及海中試樁工程施工，系統(tǒng)運 行正常，精度可靠。HZMB-cors是我國首個獨立的基于VRS的工程 CORS，也是首個用于工程施工的跨境CORS。二、國內(nèi)首個工程測繪信息管理系統(tǒng)的建立。HZMB-SMIS信:息管理模 塊，查詢統(tǒng)計模塊，電子公務(wù)模塊，運算分析模塊，電子公務(wù)模塊。三、關(guān)于勘測設(shè)計階段的首級控制網(wǎng)項目特點：1、橋跨越海面極寬31.5km，橋位區(qū)域無島嶼可利 用，難以通視。2、橋位在國家坐標系投影帶的邊緣，投影長度和方向變 形較大。3、工程周期長，兩岸灘涂沉降明顯。首級網(wǎng)根據(jù)大橋長度36km，綜合考慮采用B級網(wǎng)施

5、測，首級網(wǎng)23 點組成，其中橋位區(qū)附近9個（包括兩岸的參考點），為滿足海上施工控 制測量的需要，每間隔1.8km，現(xiàn)行施工一個橋墩（共計21個優(yōu)先墩） 以及B平臺的海上參考點共同構(gòu)成了海上加密網(wǎng)。兩岸的高程聯(lián)測，采用一等水準由南岸經(jīng)杭州國家一等水準點到北 岸，海中高程控制先采用gps擬合高程控制優(yōu)先墩承臺施工，待優(yōu)先墩 承臺全部建成以后，用對向觀測的三角高程導(dǎo)線進行高程貫通測量，用貫 通測量的成果修正優(yōu)先墩gps擬合高程并用于后續(xù)高程控制。3.1勘測設(shè)計階段首級控制網(wǎng)布測在勘測、設(shè)計階段，為了跨海橋梁 配套的道路工程、其他附屬工程能在一個統(tǒng)一的控制網(wǎng)下控制，為了摸清 橋位附近控制點的位移和沉降

6、，為了研究橋位附近的大地水準面形態(tài)為正 確選擇gps高程擬合模型提供參考。首級網(wǎng)布測在橋位區(qū)周圍東西寬約 24km，南北長約48km跨越杭州灣的廣大地區(qū)，共23點組成，其中三 個點與國家控制網(wǎng)聯(lián)測，有兩個點與IGS站聯(lián)測，經(jīng)數(shù)據(jù)處理分別給出了 54、wgs84和54工程65m高程坐標系坐標?？睖y、設(shè)計階段的首級網(wǎng) 于2001年11月完成，2002年11月進行復(fù)測，2003年10進行了第二 次復(fù)測。用三期的觀測成果進行了點位的穩(wěn)定性分析，確定了橋位區(qū)內(nèi)的 穩(wěn)定點組，利用這些穩(wěn)定點建立了大橋施工控制相對穩(wěn)定的坐標框架，同 時研究了這些點的高程異常值分布規(guī)律，選定了橋位區(qū)最佳gps高程擬 合模型，建

7、立了大橋控制網(wǎng)和國家坐標系的聯(lián)系。這樣，勘測設(shè)計階段的 首級網(wǎng)完成了使命。2004年6月根據(jù)這些成果，重新布測了范圍更小、 精度更高的gps首級控制網(wǎng)。為此，在原首級網(wǎng)中選擇了穩(wěn)定點作為起 算點，選擇6個對大橋施工有直接作用的點（包括參考點在內(nèi)），共九個 點組成新的首級大橋控制網(wǎng)，按B級施測。經(jīng)平差，最弱點點位精度位 3mm，兩岸聯(lián)測邊長相對中誤差10-6。四、獨立施工控制網(wǎng)54工程65m工程坐標系的建立經(jīng)計算分析杭州 灣跨海大橋投影長度變形達4.559m，方向投影變形達8”，這是施工 所不允許的。通過首級網(wǎng)與國家控制網(wǎng)和IGS站聯(lián)測，經(jīng)過多處測試，確定了 大橋的獨立施工坐標系，稱54工程65

8、m高程坐標系坐標。五、大橋相對穩(wěn)定坐標框架的維護由于大橋施工標段多，施工周期長，兩岸控制點沉降嚴重，點位 使用頻繁，易受施工干擾等?？刂菩枰M行定期和不定期復(fù)測，以 此對點的穩(wěn)定性進行分析，以確定穩(wěn)定點組，研究不穩(wěn)定點的變形速 率，以確定復(fù)測周期，和在施工過程中確定對不穩(wěn)定點位的改正 值。六、cors站的建立和維護功能：服務(wù)于各階段測繪工作和高精度的安全監(jiān)測。參考站與多個IGS站點聯(lián)測，采用ITRF97框架并按其速度場歸算 到本網(wǎng)平均歷元，得到精度為0.1m的參考站點ITRF97框架下的坐 標，保證了 rtk的測量精度。七、用rtk和gps打樁定位系統(tǒng)解決海上打樁定位問題Gps打樁定位系統(tǒng)用安

9、置在船體上的三臺gps接收機，測定打樁船 的實時位置和船體的實時姿態(tài)，用安置在船體上的多棱鏡激光測距儀 或攝影測量系統(tǒng)測定樁位相對于船體的位置，通過坐標轉(zhuǎn)換可以知道 樁體的大橋獨立坐標系下的三維實時位置和傾斜度，用計算機自動控 制樁體的貫入度。八、海中高程控制和高程貫通測量8.1指導(dǎo)思想：低精度到高精度，分階段逐步優(yōu)化（1）、打鋼管樁的階段，rtk控制高程；（2）在施工優(yōu)先墩的承臺階段，承臺高程用gps高程擬合；（3）墩身施工階段，對于施工進度快的單位，臨時采用三角高 程配合gps擬合高程法進行高程貫通測量，提供相當(dāng)于三等水準成果 進行控制；（4）用三角高程法進行三等水準精度的高程貫通測量，用

10、其結(jié)果 修正配合法完成的貫通高程測量結(jié)果，墩身、非優(yōu)先墩施工承臺和墩 身的施工高程用優(yōu)先墩的高程進行控制。（5）上部結(jié)構(gòu)施工用二等水準高程貫通測量來控制。8.2測量機器 人三角高程法進行跨海高程貫通測量的實驗用邊長1.8km左右的高精度三角高程測量代替跨海二、三等水準 測量，從嚴密的三角高程公式出發(fā)，分析了三角高程測量的系統(tǒng)誤 差，制定了適合海上作業(yè)的測量細則。依據(jù)以上制定的測量細則進行了 23跨跨海三角高程測量，最短跨 距320m，最長跨距1820m，平均1356m。由實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知：每 個雙測回偶然中誤差3mm/km。按國家一、二等水準測量規(guī)范，跨河 水準的測繪數(shù)、限差及各測回互差，可估

11、算每個雙測回每公里偶然中 誤差為5.65mm/km。由此機器人按細則測916個雙測回，可滿足二 等跨河水準的精度；測24個雙測回，可滿足三等跨河水準的精度。大橋由測量機器人實測四個雙測回，23跨的跨海三角高程測量組 成的31.52m長符合高程導(dǎo)線，其高程閉合差1mm，小于三等水準的 67mm,也小于二等水準的22mm限差。8.3海中g(shù)ps高程擬合精度要求：高程擬合精度需要到達3cm。經(jīng)過大量的理論和實驗分 析，得到如下兩條重要結(jié)論：（1）、在大橋橋位區(qū)內(nèi)，僅僅用南北 兩岸的高程公共點的水準高程和gps大地高，用多項式曲面擬合法或 過渡曲面擬合法，所求得的海中g(shù)ps擬合高程的中誤差可達到 2.0cm。（2）1.8km左右跨度的gps擬合高程差可達到三等水準測量高差 的精度。但是，擬合高程有一定的殘留的系統(tǒng)誤差，在附合高程路線 中會形成一定的積累，致使線路中間段的高程的高程精度較差。因 此，采用一種快速的復(fù)合高程貫