鸡啼门特大桥GPS跨河水准测量应用实践及结果分析

陈枫

(珠海市测绘院，广东 珠海 519015)

鸡啼门特大桥GPS跨河水准测量应用实践及结果分析

陈枫*

(珠海市测绘院，广东 珠海 519015)

相比于传统的跨河水准测量，GPS水准测量为跨河水准测量提供了新的途径。本文以鸡啼门特大桥跨河水准测量应用为例，介绍了GPS跨河水准测量方法原理，阐述了方法实施步骤包括高程控制网点布设、GPS测量与数据处理、同岸水准测量与数据处理、跨河段正常高差计算。利用珠海市海陆统一似大地水准面精化成果对计算结果进行了比对分析，计算得出跨河段正常高差较差为 3.9 mm，计算结果满足规范要求。

GPS跨河水准测量方法；高程异常变化率；似大地水准面精化方法；跨河段正常高差；结果分析

1 引 言

鸡啼门特大桥位于广东省珠海市斗门区，跨越鸡啼门水道(黄杨河)。该桥设计桥宽为 38 m，设置双向6车道，桥梁主桥长 1 210 m，引桥长 368 m，接线道路长 2 272 m。为了确保工程施工的质量和桥梁合龙的要求，在大桥两岸建立统一的三等高程控制网。由于河两岸无保存完好可供起算的国家一、二等水准点，现采用跨河水准测量方法以获取两岸的高差，完成两岸统一高程控制网的建立。传统的几何光学跨河水准测量方法受点位条件和天气气候影响显著，且观测时间长、作业强度大。GPS跨河水准测量方法具有高精度的三维定位功能，无跨河点间通视要求，操作简单且全天候作业。为此，本文采用GPS跨河水准测量方法实施，并将跨河段正常高差计算结果与珠海市海陆统一似大地水准面精化成果进行比对分析。

2 GPS跨河水准测量方法

我国的高程系统是以似大地水准面为起算面的正常高程系统，其高程为正常高(h)；GPS测得的高程是在WGS-84坐标系下的以WGS-84椭球为起算面的大地高(H)；似大地水准面与参考椭球面的垂直距离称为高程异常(ε)(如图1所示)。则有高程异常计算公式：ε=H-h。

考虑到本工程两岸地势平坦，地形起伏较小，最大高差约为 3 m情况，采用了如下的计算方法：通过GPS观测方法获得各点间的大地高差，用几何水准测量方法获同岸控制点间正常高差，由高程异常计算公式及点间GPS测得平距计算出非跨河点与同岸跨河点的高程异常变化率。利用GPS高程拟合模型求解跨河点间的高程异常差，进而求跨河段正常高差，完成高程传递。具体计算如下：

图1 参考椭球面与似大地水准面示意图

αAB=(△HGAB-△HγAB)/SAB

(1)

式中：αAB——AB方向的高程异常变化率(m/)；

SAB——A、B点间的平距()；

△HGAB——A、B点间的大地高差(m)；

△HγAB——A、B点间的正常高差(m)。

(2)

△Hγ=△HG-△ε

(3)

S——跨河点间的平距()；

△ε——跨河点间高程异常差(m)；

△HG——跨河点间的大地高差(m)；

△Hγ——跨河点间的正常高差(m)。

由式(2)、式(3)计算即可求得跨河点间的正常高差。

3 跨河段正常高差计算

3.1 高程控制网点布设

经实地踏勘，测区周边无保存完好的国家一、二等水准点。在测区范围内的2013年珠海市陆海统一似大地水准面精化项目所做二等水准点320034经检测完好，选为本次的起算依据。依据《国家一、二等水准测量规范》并考虑测区地形条件，高程控制网点布设如图2所示。JTM01、JTM04为跨河点。其中，非跨河点JTM02、JTM03、JTM05、JTM06偏离跨河方向轴线的垂直距离最大值为 56 m，各段垂直距离最大互差值为 7 m，满足规范要求。

图2 GPS跨河水准点位示意图

3.2 GPS测量与数据处理

GPS测量获取点间的大地高差和距离。GPS测量采用4台双频天宝同型号GPS接收机按规范进行观测，技术要求如表1所示。JTM01和JTM04两跨河点为重复观测点，每个同步环观测4个时段，每个时段记录时间为 120 min，仪高测量分别在记录开始时测量并记录3次，测段结束前再测量3次，测前测后两次仪高互差不大于 1 mm。数据采集过程中为了减小电磁波对卫星信号的干扰，在接收机天线 10 m内规定了不使用手机上网或通话和不使用对讲机。

GPS观测数据内业处理使用中海达GPS数据处理软件HGO数据处理(V1.0.12)进行基线解算。以跨河点JTM01为起算点进行三维无约束平差。平差后，最弱基线(JTM05→JTM06)相对精度 1∶25 917，最大点位中误差 3.4 mm，大地高最大中误差 2.9 mm，跨河段(JTM01→JTM04)大地高差为 -0.783 4 m，平距 1.442 km，测量精度符合要求。

GPS跨河水准技术要求 表1

3.3 同岸水准测量与数据处理

同岸水准测量使用在检定有效期内的徕卡DSZ1型电子水准仪。每天测前进行i角检校，尺台质量为 1 kg(观测路线均为硬化路面)，采用中丝读数法，视距长度小于 75 m，按后前前后顺序进行往返观测。水准仪带自动存储功能不需手动记录，外业完成后，直接导出观测数据并做初步整理后即可导入平差软件进行平差计算。用三等水准方法施测320034-JTM01，JTM01-JTM02-JTM03-JTM01，JTM04-JTM05-JTM06-JTM04三条闭合水准路线。

三等水准测量采用清华山维nasew2000平差程序进行平差计算。平差后，线路最大闭合差 5.0 mm，最小闭合差 1.0 mm，每千米偶然中误差 0.2 mm，测量精度符合要求。

3.4 跨河段正常高差计算

4 似大地水准面精化模型与GPS水准测量方法结果比较

珠海市陆海统一似大地水准面是我国首个城市陆海统一的优于 1 cm精度的似大地水准面模型，是利用25个高精度全球卫星导航系统水准资料与重力似大地水准面进行了独立比较，其精度为 0.012 m；然后采用球冠谐方法，将重力似大地水准面与25个全球卫星导航系统水准数据联合建立的似大地水准面模型，其精度为 0.008 m；最后利用15个全球卫星导航系统水准点对似大地水准面模型进行了外部检核，精度为 0.010 m。

似大地水准面高差计算 表3

计算得到似大地水准面与GPS测量两种方法求得跨河段的高差较差为 3.9 mm，小于规范要求限差 7.2 mm。通过以上比对分析可认为，本次GPS跨河水准测量成果满足二等水准要求。

5 结 语

通过本文的应用实践表明，对于海拔较低，水系较多，似大地水准面较平滑，尤其是高等级高程起算点不足或没有的地区，用GPS跨河水准方法建立统一的跨河高程控制网非常高效适用。本项目GPS跨河水准测量按二等水准精度完成测量和跨河段正常高差结果计算，利用珠海市陆海统一似大地水准面精化成果对计算结果精度检核较差符合规范要求，测量成果满足工程项目的需要。

[1] GB/T 12897-2006. 国家一、二等水准测量规范[S].

[2] GB/T 12898-2009. 国家三、四等水准测量规范[S].

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[8] 李世良. GPS跨河水准在大桥工程中的应用研究[J]. 地理空间信息，2009，7(2)：65～67.

Practical Application and Result Analysis of JITIMEN Gate Bridge River-crossing Leveling Utilizing GPS

Chen Feng

(Zhuhai Surveying and Mapping Institute，Zhuhai 519015，China)

Compared to the traditional river-crossing leveling，GPS provides a new method for river-crossing leveling. In this paper，river-crossing leveling of JITIMEN gate bridge is exemplary used. The principle of river-crossing leveling utilizing GPS is introduced，the implementation steps are elaborated，including： the layout of height control network，GPS data processing，leveling at the same shore，computation of the normal height difference of cross reach. A comparative analysis is carried out，the marine and terrestrial quasi geoid refinement result of Zhuhai is used as the reference. The normal height difference of the cross reachcompared to the reference is 3.9 mm，which satisfies the requirement of the specification.

GPS river-crossing leveling method；height anomaly rate；quasi geoid refinement method；normal height difference of cross reach；result analysis

1672-8262(2017)04-65-03

P228，P224.1

B

2017—02—20

陈枫(1984—)，男，工程师，注册测绘师，主要从事城市测量工作。

国家测绘地理信息局测绘地理信息公益性行业科研专项项目(201512001)