GPS技术在柳州市友谊桥施工平面控制网
及桥轴线放线测量中的应用探讨

胡桂宏 李安群
（柳州市勘察测绘研究院 广西柳州 545006）

【摘　要】　针对GPS技术在桥梁施工测量中的应用，本文介绍了在完成平面控制网后，把桥轴线放样点与施工控制网连成整体网集中采集信息、同时平差处理，以满足桥轴线放线的高精度要求。
【关键词】　施工控制网 GPS 边长换算 桥轴线放线

Disscusion about GPS technic application in construction horizontal Control Network And Bridge axes layout of LiuZhou-youyi Bridge

Hu GuiHongLi AnQun

（LiuZhou Geotechnical Investigation and Surveying Institute,GuangXi,LiuZhou 545006）

【Abstract】 About GPS technic application in Bridge construction . This paper introduces a solution,That can Abtain high definition for Bridge axes layout ,In the process of Bridge axes layout while the Information is Collected,And then the Data is adjusted By composing of Bridge axes layout point and construction Control Network .

　　0 前言
　　GPS技术以其速度快、精度高、全天候、费用省、自动化程度高以及不受地形条件约束等优点，被广泛应用到各种测量工作中。随着该技术的不断进步与完善，一些经典的测量工作正逐步被GPS所代替。
　　经典的测角网、边角网、测边网要求相邻的若干点通视情况良好，便于测边或测角，给实际的选点工作带来困难，利用GPS测量就能体现其优越性。施工控制网要求各控制点的内部符合精度高，各点间相对精度要求高，而GPS观测的数据内部符合精度高，正是常规测量方法无法比拟的。因此，利用GPS进行施工控制网测量具有非常重要的意义。
　　由于GPS观测处理后的数据是经过高斯投影改正后的成果，结合施工控制网的特点及具体要求，为提高控制网内部精度及便于施工时使用，测量过程及数据处理时应采用相应的技术措施，使其达到施工控制网的要求。本文以柳州市友谊桥GPS施工平面控制网及桥轴线放线测量项目为例，在完成平面控制网和桥轴线放样工作后，把桥轴线放样点与控制点连成整体网集中采集信息、同时平差处理以满足桥轴线放线的高精度要求，充分体现GPS技术的优越性。
　　1 技术设计
　　1.1 测区概况
　　本次GPS测量主要是为友谊桥的建设提供测量控制点。友谊桥是柳州市的重点工程之一，东接文昌西路、西接友谊路，横跨柳江河。本测区原有“三桥头”、“干扰台”等四等GPS控制点，现点位完好，可以利用，拟采用以上二个点为起算点，根据文献[3]GPS网可布设同级全面网的原则，本网新布设四个四等GPS平面控制点，点位分布在柳江河的东西两边，且几个点之间互相通视。
　　1.2 坐标系统设计
　　本GPS网设计为四等网，其平面坐标系统为1954年北京坐标系，不作高斯投影改正，但观测边长投影至81.5m的高程面上，以与施工投影面一致；高程基准采用1956年黄海高程。
　　1.3 基本思路及流程图
　　采用南方北斗星9600型GPS单频接收机（5mm+2ppm）4台，利用南方GPS随机配送的基线解算及网平差软件对施工控制网进行解算。然后利用施工控制点进行桥轴线放线测量，把桥轴线放样点与控制点连成整体网用GPS集中采集信息、同时平差处理以满足桥轴线放线的高精度。流程图见图1

图1 GPS测量及数据处理流程图

　　1.4 边长换算数学模型
　　a）高斯平面上的长度归算到参考椭球面上的测距边长
　　
　　式中
　　D1…………归算到参考椭球面上的测距长度，m；
　　D2…………高斯平面上的长度，m；
　　△y…………测距边两端点横坐标之差，m；
　　ym…………测距边两端点横坐标平均值，m；
　　Rm…………参考椭球面上的测距边中点的平均曲率半径，m。
　　b）参考椭球面上的测距边长度归算为实测水平距离
　　D= D1/（1-（Hm+hm）/（RA+Hm+hm））
　　式中
　　hm…………测区大地水准面高出参考椭球面的高差，m；
　　Hm…………测距边高出大地水准面（黄海平均海水面）的平均高程，m；
　　RA…………测距边所在的法截线的曲半径，m；
　　D…………测距边水平距离，m；
　　c）水平距离归算到测区平均高程面或其他任一高程面上的测距边长度
　　D0=D（1+（Hp+Hm）/ RA）
　　式中
　　D0…………归算到测区平均高程面上的测距边长度，m；
　　Hp…………测区平均高程或其他任一高程，m。
　　2 GPS施工控制网测量及精度分析
　　2.1 施工平面控制网图

图2 施工平面控制网图

　　2.2 GPS数据处理及精度统计
　　2.2.1 基线解算
　　外业数据采集完成后，采用南方公司随机配送的基线解算及网平差软件进行数据处理。全网最长边为1686米，最短边为409米，平均边长为1034米。
　　a）本网计算所得同步环，精度统计如下表：

同步环精度统计表（单位：毫米）表1

　　b）本网计算所得异步环，精度统计如下表：

异步环精度统计表（单位：毫米）表2

　　c）本网计算所得重复基线1条，精度统计如下表：

重复基线精度统计表（单位：毫米）表3

　　2.2.2 二维约束平差精度统计：
　　本GPS网采用SQTT、GYTT两个起算点进行二维约束平差，其精度统计见表4。

二维约束平差精度统计表（单位：毫米）表4

　　2.3 利用友谊桥GPS控制网重合的四等点SMSM做外部检核，其坐标比较如下表：

友谊桥GPS网重合点坐标比较（单位：米）表5

　　2.4 友谊桥GPS网边长检查
　　为检查平差结果的可靠性，作业人员用全站仪到野外设站检测了4条GPS边长。各边经过边长改正和边长换算，其检测结果见下表：

野外设站检测表（单位：米）表6

　　3 桥轴线放线测量
　　3.1 桥轴线放线
　　a）利用施工控制网中的控制点，用全站仪放出桥轴线上的A、B两点（A、B两点基本在标心中心位置），在标心上做好标记。
　　b）用GPS对施工控制网各控制点及桥轴线上的A、B进行统一观测，计算出A、B两点的检核坐标A′、B′，并与理论值进行比较，如果差值大于规范要求，再用全站仪摆在A，用A′做测站，B′定向，转向A′A方位角，在两米处定一点C（C在A′A方向上），计算A′A的距离D，在A′C两点拉钢尺，以A′为零，往C方向量出A′A的距离D，定出A″，在标心上做出标记。B点用同样的方法进行处理。
　　c）重复步骤b），直到A、B两点的检核坐标与理论值的差值满足规范要求。
　　3.2 桥轴线放线GPS网略图

图3 桥轴线放线GPS网略图

　　3.3 GPS检测桥轴线放线精度统计
　　利用施工控制点YYQA、YYQB、YYQC、SMSM放出桥轴线上两点AAAA、BBBB，再利用GPS进行检测,检测精度见下表：

精度统计表（单位：毫米）表7

　　3.4 桥轴线放线坐标检测

友谊桥轴线放线坐标检测表（单位：米）表8

　　4 结束语
　　本次GPS测量网形布置合理，各项精度指标均达到规范要求，质量总体评价为“优”。由于受地形所限，平均边长未达到四等GPS网的要求。但经过精心施测，每条边的边长相对中误差很小，最大的只有1/215344，完全达到《城市测量规范》中对四等边的要求。鉴于施工控制网精度要求高及边长较短等特点，在实际应用中我们的体会是：
　　4.1 应用GPS网代替经典的施工控制网是可行的。
　　4.2 利用GPS网与桥轴线放样点联测方法在精度、效率等方面均优于传统的桥轴线放样测量方法。
　　4.3 使用双频GPS接收机观测，以保证长短基线边的观测不受限制。
　　4.4 在规范规定的基础上，适当延长观测时间及增加重复观测量，可使观测结果更可靠。
　　4.5 选择卫星状况良好的时段进行观测，以保证数据的可靠性。
　　4.6 用高精度测距仪观测2条以上的边长，以作检核。

【参考文献】
[1] 《城市测量规范》（CJJ8-99）.中国建筑工业出版社
[2] 《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）
[3] 《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-97）
[4] 武汉测绘科技大学同济大学合编.《控制测量学》（上、下）.测绘出版社，1995