白山跨海大桥工程控制网的建立

摘要： 对适用于大型构造物的跨海大桥坐标系，进行了具体分析，提出应建立桥建坐标系，施测GPS控制网，从而满足桥建工程测量的实际需要。

关键词：长度变形桥建坐标系 GPS控制网

中图分类号：K928文献标识码： A

1引言

待建中的白山跨海大桥是连接北黄海内南北岛屿的重要交通枢纽，设计线路含引桥桥长3350m，跨海区域桥梁长度1800m，设计采用主跨为260m的矮塔斜拉桥。

按项目委托方要求，应建立跨海大桥施工控制网，并采用GPS方法施测二等平面控制网，同时要求：桥轴线相对中误差不大于1/140000。

2平面坐标系的选择

2.1投影变形分析

由控制测量可知：投影长度变形应包括高程归化和距离改化两部分。高程归化是将地面观测长度归化至参考椭球体面上，其特点是长度变短；距离改化是将参考椭球体面上的长度投影到高斯平面上，其特点是长度变长，两者的综合影响应不大于2.5cm/km。计算公式如下：

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

由计算可知，当测区平坦时，距中央子午线不大于45km范围内，距离改化的长度变形值不大于2.5cm/km；当测区地形的高程与测区平均高程面之差不大于160m时，高程归化的长度变形值不大于2.5cm/km（1/40000）。

本测区主要为丘陵地、山地地貌，最高峰海拔372.5m，其余基本是海拔200m以下的低山、丘陵和漫岗。

桥建选用1954年北京坐标系，当按国家坐标系3°分带时，计算桥位处的变形值约为1/90000，此时测区满足不大于1/40000的变形规定要求；然而，按《公路勘测规范》JTG C10-2007规定：选择路线平面控制测量坐标系时，大型构造物平面控制测量坐标系的投影长度变形值应不大于1cm/km（1/100000）。显然，白山特大跨海大桥应属于大型构造物，其长度变形理应满足上述要求，为此，应考虑建立变形值小于1cm/km的桥建坐标系。

2.2 确定坐标系统

桥建坐标系是为满足大桥建设的勘察设计、地形图测绘、施工放样和变形监测需要而建立。

经分析，将白山跨海大桥桥建坐标系作出如下选择：以1954年北京坐标系为大地基准，以桥轴线中部子午线为中央经线，以桥墩面大地高80m（正常高30m、高程异常取50m）为投影面。

按上述原则建立的桥建坐标系长度投影变形最小，并与施工放样要求相一致。

2.3 桥建控制网点的建立方法

在桥建控制网中联测国家大地点若干，首先按国家坐标系3°带计算各待定点的坐标，然后按变换椭球膨胀原理将所有已知点、待定点的坐标转换到桥建坐标系中。具体作法是在GPS网施测后，利用已正式应用于生产的程序软件进行坐标变换。

3. GPS控制网设计

3.1已知点的选择

选择国家一等三角点史家屯、大尖子、三关庙以及岛内水文点（C级点）为起算点，并联测岛内的另一国家二等三角点大孤山。

3.2 精度及构网要求

(1) 控制网的精度要求

二等GPS控制网（公路勘测规范）的精度要求如下：

网内最弱点点位中误差≤±5cm，最弱相邻点相对点位中误差≤±3cm，最弱相邻点边长相对中误差≤1：100000，桥轴线相对中误差≤1：140000。由计算可得知桥轴线两端点的相对点位中误差应不大于±12mm。

（2）控制网点的构成

二等GPS控制网由4个起算点、14个待定点构成。待定点中包括桥轴线的两个端点，分别位于南北两岸。通过在桥位设计图（电子版地形图）上读取端点坐标，然后在实地放样点位并埋石从而设定了桥轴线端点的位置。将桥轴线端点作为待定点的目的也是为检验桥轴线相对中误差的测量精度。

另外，控制网中每一个待定点至少与邻近的两点通视，除桥轴线点外，其它待定点均设立强制对中的观测墩。

4. GPS测量

4.1 控制网的设置

采用中海达双频V8-R4型接收机15台进行同步观测，设置静态模式，面连接构网。卫星高度角≤15°，观测时段4，时段长度4h,采样间隔20s，GDOP≤6，同时观测有效卫星数≥4。

基线解算采用广播星历，各参数设置为：固定解类型，L1、L2频率，最大固定周跳600s，最大迭代次数10，RMS接受指标0.030，比率接受指标3.00，参考方差接受指标10.000。

4.2 网平差后的精度

基线解算后的同步环中，最大同步环相对误差见表1：

表1

基 线 Ratio 中误差（m） X增量(m) Y增量(m) Z增量(m) 距离(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

相对误差=1.29ppm ∑S=0.1089 ∑X=-0.0958 ∑

Y=0.0465 ∑Z=0.0230 84615.6456

相对误差限制10.00ppm，∑s误差限制0.169m，∑X、∑Y、∑Z误差限制0.098m。

基线解算后的异步环中，最大异步环相对误差见表2：

表2

基 线 Ratio 中误差（m） X增量(m) Y增量(m) Z增量(m) 距离(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

相对误差=8.95ppm ∑S=0.0259 ∑X=-0.0033 ∑

Y=0.0012 ∑Z=-0.0256 2887.3266

相对误差限制15.00ppm，∑s误差限制0.046m，∑X、∑Y、∑Z误差限制0.026m。

三维无约束平差后最大点位中误差CSDQ8点为0.0040m，坐标分量中误差分别为：mx=0.0016m，my=0.0015m，mz=0.0034m。

二维约束平差后的最弱点点位中误差、最弱相邻点边长相对中误差均满足规范及设计要求。

另外，平差后的桥轴线相对中误差为1：870463，满足不大于1：140000的技术要求。

5. 控制点的坐标系统转换

按椭球膨胀原理，新旧椭球的扁率不变，变换点的经度不变，而只是纬度发生变化。由于是采用当地的高程投影面而不是参考椭球面，因而椭球长半径产生变化。利用新椭球上点的经纬度及长半径等参数经高斯正算即解算出变换点的高斯平面坐标。

实际作业中是按所编制的程序进行计算。包括输入原参考椭球类型、换带计算、输入测区平均高程、高程异常值、控制点坐标等。其中换带是将本测区123°中央子午线的坐标换算到中央子午线为122°40′的任意带坐标。

6. 边长检核

用徕卡TCA2003全站仪在野外施测控制点间边长并归化为平距，然后与桥建坐标系中的边长比较，最大差值为2.3mm，最小差值为1.5mm。检核表明实地边长与桥建坐标系中的边长尺度兼容性良好。

7. 结束语

在特大型桥梁控制测量中，采用GPS测量方法并选择桥建坐标系，是保证桥建工程测量精度的重要基础，本文所采用的建立桥建坐标系的方法具有一定的可行性。

参考文献：

[1]国家交通部《公路勘测规范》[S] JTG C10-2007 人民交通出版社

[2]陈士银建立地方独立坐标系的方法 [J] 测绘通报 1997.3

[3]徐绍铨 吴祖仰《大地测量学》[M]武汉测绘科技大学出版社 1996.

作者简介：冯振东（1974.12-）男，辽宁省阜新市人，工程师，1997年毕业于辽宁省冶金工业学校工程测量系，现主要从事工程测量、摄影测量与遥感工作。