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白山跨海大橋工程控制網的建立

2014-12-25 01:25馮振東
城市建設理論研究 2014年37期
關鍵詞:跨海大橋軸線坐標系

摘要: 對適用于大型構造物的跨海大橋坐標系,進行了具體分析,提出應建立橋建坐標系,施測GPS控制網,從而滿足橋建工程測量的實際需要。

關鍵詞:長度變形橋建坐標系 GPS控制網

中圖分類號:K928文獻標識碼: A

1引言

待建中的白山跨海大橋是連接北黃海內南北島嶼的重要交通樞紐,設計線路含引橋橋長3350m,跨海區域橋梁長度1800m,設計采用主跨為260m的矮塔斜拉橋。

按項目委托方要求,應建立跨海大橋施工控制網,并采用GPS方法施測二等平面控制網,同時要求:橋軸線相對中誤差不大于1/140000。

2平面坐標系的選擇

2.1投影變形分析

由控制測量可知:投影長度變形應包括高程歸化和距離改化兩部分。高程歸化是將地面觀測長度歸化至參考橢球體面上,其特點是長度變短;距離改化是將參考橢球體面上的長度投影到高斯平面上,其特點是長度變長,兩者的綜合影響應不大于2.5cm/km。計算公式如下:

⊿D=[Ym2/2R m2+⊿Y2/24R m2]*D ……………………(1)

由計算可知,當測區平坦時,距中央子午線不大于45km范圍內,距離改化的長度變形值不大于2.5cm/km;當測區地形的高程與測區平均高程面之差不大于160m時,高程歸化的長度變形值不大于2.5cm/km(1/40000)。

本測區主要為丘陵地、山地地貌,最高峰海拔372.5m,其余基本是海拔200m以下的低山、丘陵和漫崗。

橋建選用1954年北京坐標系,當按國家坐標系3°分帶時,計算橋位處的變形值約為1/90000,此時測區滿足不大于1/40000的變形規定要求;然而,按《公路勘測規范》JTG C10-2007規定:選擇路線平面控制測量坐標系時,大型構造物平面控制測量坐標系的投影長度變形值應不大于1cm/km(1/100000)。顯然,白山特大跨海大橋應屬于大型構造物,其長度變形理應滿足上述要求,為此,應考慮建立變形值小于1cm/km的橋建坐標系。

2.2 確定坐標系統

橋建坐標系是為滿足大橋建設的勘察設計、地形圖測繪、施工放樣和變形監測需要而建立。

經分析,將白山跨海大橋橋建坐標系作出如下選擇:以1954年北京坐標系為大地基準,以橋軸線中部子午線為中央經線,以橋墩面大地高80m(正常高30m、高程異常取50m)為投影面。

按上述原則建立的橋建坐標系長度投影變形最小,并與施工放樣要求相一致。

2.3 橋建控制網點的建立方法

在橋建控制網中聯測國家大地點若干,首先按國家坐標系3°帶計算各待定點的坐標,然后按變換橢球膨脹原理將所有已知點、待定點的坐標轉換到橋建坐標系中。具體作法是在GPS網施測后,利用已正式應用于生產的程序軟件進行坐標變換。

3. GPS控制網設計

3.1已知點的選擇

選擇國家一等三角點史家屯、大尖子、三關廟以及島內水文點(C級點)為起算點,并聯測島內的另一國家二等三角點大孤山。

3.2 精度及構網要求

(1) 控制網的精度要求

二等GPS控制網(公路勘測規范)的精度要求如下:

網內最弱點點位中誤差≤±5cm,最弱相鄰點相對點位中誤差≤±3cm,最弱相鄰點邊長相對中誤差≤1:100000,橋軸線相對中誤差≤1:140000。由計算可得知橋軸線兩端點的相對點位中誤差應不大于±12mm。

(2)控制網點的構成

二等GPS控制網由4個起算點、14個待定點構成。待定點中包括橋軸線的兩個端點,分別位于南北兩岸。通過在橋位設計圖(電子版地形圖)上讀取端點坐標,然后在實地放樣點位并埋石從而設定了橋軸線端點的位置。將橋軸線端點作為待定點的目的也是為檢驗橋軸線相對中誤差的測量精度。

另外,控制網中每一個待定點至少與鄰近的兩點通視,除橋軸線點外,其它待定點均設立強制對中的觀測墩。

4. GPS測量

4.1 控制網的設置

采用中海達雙頻V8-R4型接收機15臺進行同步觀測,設置靜態模式,面連接構網。衛星高度角≤15°,觀測時段4,時段長度4h,采樣間隔20s,GDOP≤6,同時觀測有效衛星數≥4。

基線解算采用廣播星歷,各參數設置為:固定解類型,L1、L2頻率,最大固定周跳600s,最大迭代次數10,RMS接受指標0.030,比率接受指標3.00,參考方差接受指標10.000。

4.2 網平差后的精度

基線解算后的同步環中,最大同步環相對誤差見表1:

表1

基 線 Ratio 中誤差(m) X增量(m) Y增量(m) Z增量(m) 距離(m)

CSDQ8-SGM.2090 5.3 0.0199 35961.8139 2571.0775 20956.2315 41701.6323

CSDQ5-CSDQ8.2094 57.6 0.0092 570.9536 324.7345 74.4602 661.0483

CSDQ5-SGM.2090 3.9 0.0161 36532.6717 2895.8584 21030.7147 42252.9651

相對誤差=1.29ppm ∑S=0.1089 ∑X=-0.0958 ∑

Y=0.0465 ∑Z=0.0230 84615.6456

相對誤差限制10.00ppm,∑s誤差限制0.169m,∑X、∑Y、∑Z誤差限制0.098m。

基線解算后的異步環中,最大異步環相對誤差見表2:

表2

基 線 Ratio 中誤差(m) X增量(m) Y增量(m) Z增量(m) 距離(m)

CSDQ8-XCS.2091 3.0 0.0096 -1145.2229 -74.7538 -697.3626 1342.9215

CSDQ5-CSDQ8.2094 57.6 0.0092 570.9536 324.7345 74.4602 661.0483

CSDQ5-XCS.2091 99.9 0.0059 -574.2726 249.9819 -622.9280 883.3569

相對誤差=8.95ppm ∑S=0.0259 ∑X=-0.0033 ∑

Y=0.0012 ∑Z=-0.0256 2887.3266

相對誤差限制15.00ppm,∑s誤差限制0.046m,∑X、∑Y、∑Z誤差限制0.026m。

三維無約束平差后最大點位中誤差CSDQ8點為0.0040m,坐標分量中誤差分別為:mx=0.0016m,my=0.0015m,mz=0.0034m。

二維約束平差后的最弱點點位中誤差、最弱相鄰點邊長相對中誤差均滿足規范及設計要求。

另外,平差后的橋軸線相對中誤差為1:870463,滿足不大于1:140000的技術要求。

5. 控制點的坐標系統轉換

按橢球膨脹原理,新舊橢球的扁率不變,變換點的經度不變,而只是緯度發生變化。由于是采用當地的高程投影面而不是參考橢球面,因而橢球長半徑產生變化。利用新橢球上點的經緯度及長半徑等參數經高斯正算即解算出變換點的高斯平面坐標。

實際作業中是按所編制的程序進行計算。包括輸入原參考橢球類型、換帶計算、輸入測區平均高程、高程異常值、控制點坐標等。其中換帶是將本測區123°中央子午線的坐標換算到中央子午線為122°40′的任意帶坐標。

6. 邊長檢核

用徠卡TCA2003全站儀在野外施測控制點間邊長并歸化為平距,然后與橋建坐標系中的邊長比較,最大差值為2.3mm,最小差值為1.5mm。檢核表明實地邊長與橋建坐標系中的邊長尺度兼容性良好。

7. 結束語

在特大型橋梁控制測量中,采用GPS測量方法并選擇橋建坐標系,是保證橋建工程測量精度的重要基礎,本文所采用的建立橋建坐標系的方法具有一定的可行性。

參考文獻:

[1]國家交通部《公路勘測規范》[S] JTG C10-2007 人民交通出版社

[2]陳士銀建立地方獨立坐標系的方法 [J] 測繪通報 1997.3

[3]徐紹銓 吳祖仰《大地測量學》[M]武漢測繪科技大學出版社 1996.

作者簡介:馮振東(1974.12-)男,遼寧省阜新市人,工程師,1997年畢業于遼寧省冶金工業學校工程測量系,現主要從事工程測量、攝影測量與遙感工作。

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