跨河水准测量

跨河水准测量（精选3篇）

跨河水准测量 篇1

目前我国跨河大型桥梁建设越来越多, 并且跨度很大。而传统的常规跨河水准测量均要求具有良好的通视条件, 其场地选择困难, 观测操作复杂, 目标照准困难, 大气垂直折光影响严重, 气象因素干扰大, 工期长, 效率低, 适用的跨河距离有限, 很明显该方法已不能适用未来我国大型桥梁建设的需要。GPS是具有在海陆空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS技术具备解决跨河水准测量所存在问题的潜力, 并且定位精度高, 观测时间短, 操作简单, 可以全天候作业, 将GPS技术应用于跨河水准测量等高程测量作业将带来极大的方便。

1 GPS高程拟合原理

GPS水准有两个作用:一是可精确求定GPS点的正常高ih;二是求定高精度的似大地水准面。

在一个GPS网中, 经过对此网进行GPS平差后, 可以得到网中各点的大地高Hi, 利用既有GPS大地高H又有正常高h的多个已知点 (简称公共点) , 求出这些公共点的x值。然后由公共点的平面坐标和x值, 采用数学拟合的方法, 拟合出测区内的似大地水准面。再由其它GPS点 (待求点) 的平面坐标 (x, y) 拟合 (内插) 出该点的高程异常x值, 则可求得GPS网中各点的正常高ih:

当认为已知大地高H无误差或误差很小时, 由水准测量得到的正常高h也有很高的精度, 因此选用合适的数学模型可以拟合较高精度的似大地水准面。所以由上式可以求得高精度的正常高。

2 GPS跨河高程测量误差分析

影响GPS跨河高程误差的重要因素可以分为三类:GPS星历误差 (轨道误差) 、对流层对GPS信号的折射影响、其他影响因素。

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差。它是一种起始数据误差, 其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是影响GPS高程测量精度的主要因素, 其主要源于GPS卫星轨道摄动的复杂性和不稳定性。

对流层折射影响是指GPS信号通过对流层和平流层交界时, 其传播速度将发生变化, 传播的路径将发生弯曲, 因而产生测量偏差。其它影响因素的影响主要包括垂直精度因子、基线长度、多路径、天线高的量取等。另外, 考虑到GPS高程转换常用到三个量为GPS所测的相对于参考椭球的大地高、几何水准所测的相对于似大地水准面正常高, 以及通过重力测量等手段所得到的地球重力场模型。所以考虑GPS水准的误差源, 就得分别考虑影响大地高、正常高、地球重力场模型精度的因素以及它们的综合作用。

3 实例分析

为进一步探讨大地水准面有相当程度变化的情况下GPS跨河水准测量精度, 综合比较和分析不同高差拟合模型的技术指标, 并研究中长跨距的特大型桥梁的点位布设方案, 本文在大连某场地展开试验。

3.1 试验场简介

试验场地位于大连市区东部, 紧邻山地, 地形高差起伏350m以上。由于试验网分别布设在两种不同地形区域内, 通过选取不同图形的组合, 对区域大地水准面变化的不规则性及区域高程异常的相关性研究提供了有利条件。

试验网共布设GPS水准点8个, 分两排呈“目”字形布设, 试验场网点布设和和地形如图1和图2所示。GPS点间距离设计为10km左右, GPS网沿山麓成西南-东北走向。本试验假设中间部分为河流, 分别利用南、北各4个点对中部点位之间的高差进行GPS水准拟合, 利用实测的水准高差进行检核。根据GPS网的点位分布, 可采用曲线拟合及曲面拟合两种模型对试验结果进行对比分析。

GPS点采用强制对中标志, 外业观测采用8台Trimble 5700 GPS接收机同步联测昼夜对称的2个时段, 每时段长度为12小时, 并进行了2时段8小时的观测, 基线处理分别采用了随机商用软件TGO1.62及高精度GPS科研分析软件Gamit, GPS网平差后最弱点位大地高中误差优于±1.5mm。水准联测采用国家一、二等水准测量规范规定的二等水准测量要求执行。

3.2 试验网高差拟合

跨河GPS水准间点高差拟合主要是根据实地布设的GPS点位情况, 分别选取桥位两边不同的GPS观测高差和水准实测高差对跨河GPS水准间点高差进行拟合。特大型桥梁控制网在桥位两边都布测了一定数量的桥位控制点, 大多采用B级 (或公路一级) 以上精度的GPS测量方法测定控制点高精度的三维坐标, 同岸控制点之间大多采用二等以上的水准测量方法进行了高程联测。由于特大型桥梁跨越距离一般大于2km, 沿跨河 (谷、海) 向的大地水准面具有相当的变化量, 因此大地水准面拟合模型应为多项式曲面模型。当地形条件允许时可将4个以上的控制点 (大桥两边每边2个点) 布设在同一条直线上的点位布设时, 采用曲线拟合方法进行跨河 (谷、海) 控制点之间的高差计算。

3.2.1 实验网高差拟合线路布置

通过二个不同跨河距离试验网的实施及分析, 获得了大量的外业实测数据, 并针对直线拟合、二次曲线拟合、平面拟合和二次曲面拟合多种点位布设与拟合方法进行比较分析。

3.2.2 实验网高差拟合结果分析

表1为不同点位布设与高差拟合方法的结果。

由表1可知, 直线拟合结果, 跨河基线高差拟合精度不能满足二等跨河水准测量限差要求。经分析, 可能主要是由于两条跨河基线与上述参与拟合基线方向存在较大偏差所致。二次曲线拟合结果, 跨河基线高差拟合精度亦不能满足二等跨河水准测量限差要求。其原因同直线拟合。平面拟合的4条线路平面拟合结果, 跨河基线高差拟合精度满足二等水准测量限差要求。8条线路平面拟合结果, 跨河基线高差拟合精度满足二等跨河水准测量限差要求。二次曲面8条线路拟合结果, 跨河基线满足一、二等跨河水准测量要求, 并满足二等水准测量限差要求。14条线路拟合结果, 跨河基线精度满足二等跨河水准测量要求, 而基线GP06-GP07超出一等跨河水准限差要求。

3.2.3 提高高差拟合精度措施

从以上试验结论出发, 结合误差理论研究, 提高GPS水准的精度, 可采取以下措施。

(1) 提高大地高测定的精度。

(1) 提高局部GPS网基线解算的起算点坐标精度。 (2) 改善GPS星历的精度。 (3) 消弱卫星不对称对定位精度的影响, 选择最佳的卫星几何图形。 (4) 选用双频GPS接收机, 有效地消除电离层折射的延迟误差。 (5) 减弱多路径误差和对流层延迟误差。 (6) 控制点必须使用强制对中装置。 (7) 提高联测几何水准精度。用精密水准联测, 可以有效提高GPS大地高精度。 (8) 提高整周模糊度的解算精度。

(2) 提高联测几何水准的精度。

尽量采用二等几何水准来联测GPS点。对有特殊应用的GPS网, 用二等精密水准来联测, 用以有效地提高GPS水准的精度。联测的水准点应均匀分布于GPS所控制的整个测区。

(3) 对数据进行必要的粗差探测和模型参数优选。

对已知数据进行粗差探测可以防止污染所建的高程转换模型。另外对所选的高程转换模型进行模型参数优选, 选择较好的函数模型, 可以反映数据实际, 提高高程拟合的精度。

(4) 提高水准计算的精度。

在进行GPS高程转换的时候, 一定要使已知点均匀分布于整个测区, 并具有一定的代表性。如果整个测区比较大, 可以考虑分区的方法进行高程转换, 但分区的标准比较的模糊, 使得实际操作起来有一定的难度。更为合理的是采用移动模型, 即通过转换点周围一定区域内的已知点来建立模型, 转换点的位置变了, 模型的参数相应的也跟着变。选择模型的时候应优先考虑综合性的模型。

4 结语

本文论述了GPS高程拟合的基本理论和方法, 分析了GPS跨河高程误差影响因素, 并且通过实例证明, 只要保证大地高测量精度, 采取适当的拟合方法, GPS水准法所得到的高程完全可以达到二等跨河水准限差要求, 有的甚至可以达到一等跨河水准要求。GPS跨河水准关键技术的成果可以为今后我国公路建设中跨越江河湖海、高山峡谷的大跨径桥梁、超长隧道工程长距离、高精度高程传递提供一种切实有效的新技术、新方法, 为制定相应的作业技术方案、行业技术规范或规程提供理论技术依据。

参考文献

[1]潘柏龙, 匡翠林.GPS高程拟合模型确定[J].现代测绘, 2004, 2, 27 (1) .

[2]孟凡超, 曾旭平, 陈现春.运用GPS水准进行较长距离跨河高程传递方法探讨[J].公路, 2007 (1) :40～43.

跨河水准测量 篇2

利用三角高程实现跨河水准的探索

本文应用全站仪三角高程测量原理.对跨河水准的可行性、精度及主要误差进行分析、探索,从理论上论证了在一定条件下,用三角高程测量取代跨河水准测量,不仅能保证精度,而且可提高测量工作效率.

作 者：陶竞 作者单位：深圳市路桥建设集团公司,广东,深圳,518120刊 名：城市建设与商业网点英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN年，卷(期)：“”(24)分类号：关键词：全站仪 三角高程测量 跨河水准 精度

跨河水准测量 篇3

跨河水准测量是大地测量和控制测量中跨越江河水域进行精密高程传递的主要手段。根据《国家一、二等水准规范》,若视线长度超过100m时,跨河水准测量的主要方法有光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法和测距三角高程法等。同时规范对宽水域跨河水准测量场地的选择、技术要求、观测方法以及作业措施均有相应的规定,以保证跨河水准测量的实施精度。规范规定跨河视线大于500 m时,两岸仪器的视线距水面的高度应不低于;两岸仪器至水边的一段河岸其距离应近于相等,其地貌、土质、植被应近于相似等[1]。由于规范所述跨河水准测量中对向观测分别为两台仪器到两岸水准尺(棱镜)之间,并不是同一视线,此规定是为保证跨河水准测量对向观测视线在基本一致的大气环境中,以削弱大气折光的影响。本文在二等跨河水准的测距三角高程测量中,通过对仪器的改装以及测量方法的改进,实现了两台仪器间跨河视线的同时对向观测,大大削弱了大气折光的影响。这样的改进降低了测量对现场条件的要求,简化了作业过程,提高了作业效率。

1 精密三角高程测量原理

三角高程测量的精度主要受高度角观测精度的限制和大气折光的影响。自动照准的高精度全站仪的出现为提高三角高程测量的精度,满足高精度水准测量要求提供了可能性[2]。

精密三角高程测量按三角高程测量基本原理,采用两台自动照准的高精度全站仪,经改装后,照准棱镜固定在全站仪的把手上。进行同时对向观测,其高差计算公式如下:

式中,SAB、SBA为A、B两点的平距,αAB、αBA为竖直角,iA、iB及vA、vB分别为仪器高和目标高,KAB、KBA为大气垂直折光系数,R为地球曲率半径。

式中为大气垂直折光对高差的影响,当同时对向进行竖直角观测时,可认为对向观测的高差受大气垂直折光的影响很小或不受大气垂直折光的影响。同时在一个测段观测中,对向观测的边为偶数条边,在测段的起、末水准点上(仪器到水准点的距离为米)立高度不变的同一棱镜杆,以避免量取仪器高和觇标高。这样,对向观测的高差计算公式为:

hAB=0.5*(SABtanαAB-SBAtanαBA)

在起始站和结束站上高差计算公式为:

hAB=SABtanαAB

2 某跨河段测量实施

2.1 观测路线的布设

合肥至蚌埠高速铁路线路中某跨河段,南北两岸线路附近两个已埋标石的水准点(CPI014、CPI015)之间距离约为2 km,两点在连线方向离各自河岸约200m,两岸地势平坦,两水准点地面处离水面高度约为3m。

为缩短跨河距离,在两岸靠近岸边处选择临时点ZS1、ZS2,用大木桩作为标点,在其顶面打入大铁钉作为标志。CPI014、CPI015和ZS1、ZS2点的分布图见图1。

CPI014与ZS1之间高差以及ZS2与CPI015之间高差均采用精密三角高程测量方法观测。ZS1与ZS2之间高差采用跨河三角高程测量方法观测。

2.2 仪器改装和觇牌设计

采用两台日本索佳NET05高精度全站仪,测角精度为0.5s,测距精度±(0.8+1ppm),单棱镜测距范围3500m,自动照准测量范围1000m。精密三角高程和跨河三角高程测量对仪器进行必要的改装及制作。改装后的仪器如图2、图3所示。在NET05的把手上装上连接器,连接器既可在仪器上安装棱镜,用于跨河测量的距离观测以及精密三角高程测量方法的观测,又可在仪器上安装觇牌,用于跨河三角高程测量中的竖直角观测。觇牌的制作要求为牌面上有大小两个标志,大标志为长条形(图3中所示为白色觇牌上的红色条纹)用做长距离竖直角观测的照准标志;小标志为两个对角为30°的三角形(图3中所示为觇牌红色条纹中的白色标志)用做短距离竖直角观测的照准标志,要求两标志中心重合。

2.3 观测方法

跨河段水准测量按精密三角高程测量方法,但河宽已超出全站仪自动照准范围,采用人工观测竖直角。考虑到进行多组观测,在点ZS1与ZS2之间选择1、2、3三个点,以标定全站仪的中心位置。各站观测前测定温度和气压,在全站仪上设置,对边长进行改正。观测步骤如下(如图4所示):

(1)起点观测

在1点架设全站仪,在点ZS1上架设棱镜杆(起、末点为同一根杆,长度不变),进行平距和垂直角观测,观测两测回。

(2)对向观测

对向观测测段采用距离观测与竖直角观测分别进行的方式进行测量,在每测段竖直角观测之前进行距离观测,用全站仪正倒镜测量各段的平距,每次照准四次读数,取8次读数的平均值。

竖直角观测按以下步骤进行:

1)在1、2点上架设全站仪,进行对向观测。分别观测4个测回,每测回盘左、盘右各4次照准读数取平均值,竖直角测回互差限差为5s,此为第一组观测。

2)重新架设1点上的全站仪(升高或降低仪器),对ZS1上的棱镜进行起点观测。改变对向观测的观测顺序,同样观测4个测回,此为第二组观测。

3)重复1)、2)两步,共测8组。在观测过程中,只改变1点上的全站仪,2点上的全站仪不变。

4)测完8组后,将1点上的仪器搬到3点架设,进行2点~3点的对向观测(仍观测觇板),观测2个测回。

(3)末点观测

在3点上对ZS2上的棱镜观测,观测2个测回,要求进行往返观测。

CPI014与ZS1之间高差以及ZS2与CPI015之间高差均采用精密三角高程测量,距离及竖直角观测均采用NET05+棱镜由全站仪自动照准进行观测,并进行了往返观测,其观测方法与上述方法类似,故不再赘述。

2.4 测量数据及精度分析

对外业采集数据进行计算并分析精度,按《国家一、二等水准测量规范》,二等水准测量每千米全中误差为2mm。跨河段总长约为1.9km,测量中误差应不大于

该测量为8组,取其平均值,则每组测量中误差应不大于

二组之间最大允许差值为

水准点CPI014至ZS1段以及ZS2至CPI015段往返测结果如表1所示。

跨河段8组观测高差结果如表2所示,其中8组高差平均值为0.63317m,中误差为1.72mm。

该次测量CPI 014到CPI 015之间高差为0.2618 m,跨河段8组平均值高差中误差为1.7 mm,各组观测值间最大互差为12.7mm,小于限差。该段跨河水准测量于2009年2月下旬施测。后来由工程局采用几何水准测量,按二等水准测量技术要求绕行约23km进行复测,复测CPI 014到CPI 015之间高差为0.2648m。复测与初测高差之差为3.0 mm,小于规范所定的的二等水准限差。该次跨河水准测量精度无论内符合精度还是外符合精度均满足二等水准测量精度要求。

3 结论

采用测距三角高程法进行宽水域跨河水准测量时,往往对测量现场条件要求较高,且观测过程相对复杂。本文选用高精度测量机器人并对其加以改装,实现了两台全站仪之间跨河视线的同时对向观测,削弱了大气折光的影响。采用设定的测量方法,避免仪器高和觇标高的量取。从而简化了作业过程,提高了作业效率。同时针对某跨河段测量实施进行介绍,分析了二等水准精度下该方法实施的技术指标,并取得了理想的测量结果。

摘要：参照《国家一、二等水准测量规范》,在二等跨河水准的测量(测距三角高程法)中,采用两台全站仪同时对向观测,大大削弱了大气折光的影响,简化了作业过程,提高了作业效率。为保证测量精度,对每次对向观测的测量精度进行了分析。

关键词：精密三角高程测量,跨河水准,测量机器人

参考文献

[1]GB 12897—2006.国家一、二等水准测量规范[S].

[2]武汉大学,铁道第四勘察设计院.精密三角高程测量方法研究(鉴定材料)[R].2007.

[3]王知章,潘正风等.三角高程测量在高铁特大桥无碴轨道施工测量中的应用[J].工程勘察,2009,(9):66～68.