桥梁高程拟合隧道工程论文

摘要:本文基于笔者多年从事跨河水准测量的相馆工作经验,以基于GPS技术的跨河水准测量为研究对象,分析由GPS测量所得大地高求解正常高的误差能够提高求解的精度,以使GPS跨河高程传递能够满足跨河水准测量的精度要求,进而达到取而代之的作用。全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。下面是小编精心推荐的《桥梁高程拟合隧道工程论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

桥梁高程拟合隧道工程论文 篇1：

基于GPS高程拟合下的公路工程测量

【摘要】GPS高程测量主要是通过采用全球定位系统（GPS）测量技术直接测定地面点的大地高，或者间接地确定地面点的正常高的一种测量技术。该方法有着测量精确度高、耗时短、效率高、测量结果科学可靠、测量方法操作简单等方面的特点，在公路工程测量中得到了广泛的运用。本文分析了基于GPS高程拟合下的公路工程的控制测量、公路测设测量、公路桥隧形变测量等方面，并指出目前我国公路工程测量中使用GPS高程拟合测量中存在的诸多问题，需要采取加强测绘人员的技能素质、引进一些先进设备等方面的措施，以提高我国GPS高程拟合下的公路工程测量的效率。

【关键词】GPS技术；高程拟合；公路测量

前言

公路工程测量（road engineering survey）主要是指为公路工程建设的勘测设计、施工、养护、运营管理等所进行的测量工作[1]。公路工程的测量主要包括路基工程的测量、沟涵排水工程测量、桥梁隧道工程测量等一系列的工程，整个工程测量任务沉重繁琐，而且对测量的技术要求较高，以往的公路测量技术已很难满足这一要求。随着科学技术的突飞猛进，GPS测量技术，凭借着其定位精确度高、观测时间短、操作简单、效率高并能够进行实时监测的特点，在公路测量中逐渐达到广泛的应用。目前GPS测量技术已成为公路工程测量的首选技术。

一、GPS高程拟合测量

GPS高程测量是通过采用全球定位系统（GPS）测量技术直接测定地面点的大地高，或者间接地确定地面点的正常高的一种测量技术[2]。具体而言，主要是将GPS测量的在WGS-S4坐标下的大地高通过高程拟合的方法转换成正常高的一种方法。曲面拟合法、曲线拟合法和绘等值线图示等是目前常用的高程拟合方法。这些不同的拟合方法主要是需要考虑不同地形条件下测量而采用不同的高程拟合方法，如在测量区域面积较小的情况下，可以采用相关平面拟合法，测量面积较大，则可以采用二次、三次曲面拟合法。但是拟合的次数也需要与实际的要求相结合，拟合的次数并不是越多测量的准确度就越高。

自20世纪90年代初，我国逐渐国家测绘局等部门陆续进口了GPS接收机并展开了各方面的研究工作以来，随着卫星的增多和科学技术的发展、GPS接收机的价格下降等原因，我国加大了对GPS接收机的引进量，特别是在公路勘测设计工作中加大了对GPS接收机的运用，这也使得GPS接收机在公路工程测量中发挥着越来越大的作用。目前我国GPS高程拟合技术主要运用于公路工程的控制测量、测设测量和桥隧测量等方面。

二、GPS高程拟合技术在公路工程测量中的应用

自在公路测量领域引入GPS接收机以来，GPS技术在公路工程测量中的营运范围逐渐扩大，从最初的公路控制测量、到桥隧测量等领域都发挥着至关重要的作用。在未来，GPS高程拟合技术将凭借其作业精度高，不受人为因素的影响，并可以满足高山地区的高程测量，这可极大地降低劳动强度，提高工作效率，并能够保证工作成果的高质量，数据的高精确等各方面的优势，GPS技术将为传统的公路测量模式注入新鲜的血液。

2.1基于GPS高程拟合的公路控制测量

最初引入GPS技术在公路测量工程中主要是进行公路控制测量。公路控制测量由于线路长而且已知点较少，且对测量的精确度要求较高，传统的测量技术和设备难以满足要求。而GPS技术在很大程度上能够很好的解决这一难题。我国的公路工程部门自20世纪90年代中期以来开始在公路控制测量中运用GPS定位技术。GPS高程拟合技术在公路控制测量中的运用主要体现在通过静态相对定位GPS技术建立线路高精度控制网，以保证测量能够满足毫米级精度要求。目前GPS测量控制技术已在形变监测等具有高精度测量要求的工程测绘领域得到了广泛的运用。通过采用GPS高程拟合技术建立的公路线路也逐渐普及，如沪宁高速公路、青银高速公路等公路测量中都以广泛采用GPS高程拟合技术。此外，GPS高程测量无需通视的特点，也使得该技术能够在密林、山区、峡谷等地势陡峭、视野不开阔的地区进行线路控制测量，并且GPS技术在这些方面的测量中具有着无可比拟的优势。

2.2基于GPS高程拟合的公路测设测量

近年来，随着GPS动态定位技术的不断发展，GPS高程拟合的RTK定位技术也逐渐成熟，并在公路测设测量、公路后期管理工作等公路工程中发挥着非常重要的作用。GPS高程拟合的RTK定位技术，是一种实时差分测量技术，具有定位精确度高、观测时间短，全天候作业、效率高，并能提供三维坐标，数据安全可靠[3]。RTK定位技术可以采用静态方法快速建立总体控制测量，并根据测量结果绘制带状地形图，以满足路线平面、纵面测量的需要。此外，RTK定位技术还可以通过中线测设和构造物放样等方式，满足各种场合的公路工程测量工作的需要，并且速度较快，还可以将测量精度提高到厘米级，提高观测质量，形成新的线路勘测系统。

2.3基于GPS高程拟合的桥隧形变测量

由于桥、隧的形变监测对测量的精确度要求非常高，而GPS高程测量技术凭借着其测量的精确性、准确性，已成为桥、隧的形变监测方面的主流技术。GPS高程拟合技术运用于桥隧形变测量主要是来源于美国研制的以GPS为基础的路桥观测系统，该系统通过利用GPS的高精度定位技术来进行桥、隧的形变监测工程。目前我国也逐渐开始使用GPS技术进行桥隧的形变监测的尝试。但是目前我国在利用GPS高程拟合技术进行桥隧形变测量还不成熟，相关的技术要求不到位，高技术专业人才还比较缺乏。

三、公路工程测量应用中存在的问题及解决对策

3.1存在的问题

现阶段，我国在公路施工测量方面存在的问题主要体现在：一是施工测量人员的专业性不足，素质差，不能满足公路施工测量的专业性要求，对施工测量仪器的操作不科学，不注重仪器的保修；二是测量的仪器落后，已不能满足测量的精确性要求；此外，测量的质量控制体系不完善，存在着质量控制不严格等现象，这些方面的问题已经严重的影响了我国公路测量的准确性和公路施工的整体质量，特别是在GPS高程拟合下的公路工程测量，也存在着这样一些急需解决的问题。

3.2解决对策

首先要转变观念，充分重视公路测量的科学性要求，以及公路测量在公路工程中的基础性关键作用，加强公路工程测量中的组织、领导和监督管理，建立公路测量施工小组，进行全过程的监督管理。其次，需要采取有效地措施，加强施工测量队伍的专业性和科学性，加强测量人员的技能培训，提高测量人员的综合素质，从根本上保证测量的准确性。再次，要积极引进一些国际先进的测量设备，达到测量的硬件要求，这也是提高测量的精确度的基本要求。最后，要加强对公路测量工程的监督控制，坚持“事前控制”的原则，积极复测关键的测量工序，加强校核工作，以保证测量水平的整体提高。

四、结论

GPS高程拟合技术具有作业精度高，可以满足高山丛林地区的高程测量，这可极大地降低劳动强度，提高工作效率，并且其测量不受人为因素的影响，测量数据的高精确等特点，GPS技术在公路工程的控制测量、测设测量和桥隧形变测量等工程中得到了广泛的运用，并随着技术的不断发展，GPS高程拟合技术也将得到不断的完善。但是由于各方面的原因，GPS高程拟合技术在我国的实际的公路工程测量运用过程中还存在着一系列的问题，需要采取人力、物力、管理等全方位的措施进行完善，推动我国GPS高程拟合技术在公路工程测量中的突破创新发展。

参考文献

[1]孙宪兵，郑卫锋，孙奉劼，张爽.基于GPS RTK技术的公路工程测量[J].全球定位系统，2012（03）：58-59.

[2]陈安平，李红伟.GPS 高程拟合方法的比较研究[J].测绘地理信息，2013（03）：32-35.

[3]夏霖.GPS高程代替二等跨河水准高程的应用[J].江西水利科技，2010（4）：277-278.

作者：籍钦国

桥梁高程拟合隧道工程论文 篇2：

基于GPS的跨河水准测量技术研究

摘 要:本文基于笔者多年从事跨河水准测量的相馆工作经验,以基于GPS技术的跨河水准测量为研究对象,分析由GPS测量所得大地高求解正常高的误差能够提高求解的精度,以使GPS跨河高程传递能够满足跨河水准测量的精度要求,进而达到取而代之的作用。全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:GPS 跨河水准 误差分析

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;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,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),求出这些公共点的值。然后由公共点的平面坐标和值,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)出该点的高程异常值,则可求得GPS网中各点的正常高:

(1)

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.

作者：林康力 李贤忠

桥梁高程拟合隧道工程论文 篇3：

捷龙船深水清淤精确定位系统浅析

摘要：捷龙船深水清淤精确定位系统能实时监控施工工况，使设备处于最佳工作状态，有效提高清淤作业过程设备工效及自动化程度，减轻操作人员劳动强度。

关键词：RTK； 清淤； 定位系统； 分析

1、 前言

近年来，清淤工程船平面定位、挖深控制等方式较早期的人工操作方式已有很大改进，但往往功能单一，设备适应性、协调性及连贯性较差，有时还需辅以人工操作，精度不高，工程质量仍难以保证。环保清淤船自动控制及精确定位系统的应用，能较好地解决清淤工程中遇到的这一难题。

2、 研究捷龙船深水清淤意义

在常规疏浚工程中，疏浚船舶一般都采用水深测量基准控制的方法进行疏浚作业。平面导航与定位采用GPS全球定位系统和船舶自带的挖泥船施工电子图形系统，电脑屏幕实时显示并监测平面施工位置；深度控制采用现场实时潮水作为高程基准和船舶定深控制系统，手动控制挖泥机具下放到施工深度。

目前常规疏浚工程中采用的方法需要进行水深测量基准面与工程设计高程的转换，由于受潮位分带、风浪流和施工船舶机具自重（如耙臂、桥梁和抓斗等）变化等因素的影响，因此控制偏差较大，难于确保稳定的工程质量。

港珠澳大桥隧道基槽的深度和质量控制要求均为世界之首，尤其是疏浚船舶在深水作业时平面定位和深度定位要控制在厘米级的误差，现有的疏浚船舶及设备在此方面难以满足工程要求。

因此，开展一项深基槽高精度清淤关键技术与设备研发，避免对精挖过的沉管隧道基槽造成破坏，最终解决该沉管隧道基槽水体密度在1.08t/m3以下高质量要求。

3、 捷龙船深水清淤精确定位问题分析

针对港珠澳大桥隧道基槽特殊高要求，以及地理环境等诸多局限性，如要达到验收标准，应解决下述几点问题：

（1）原捷龙船上的定位系统的GPS精度不够，不满足本工程施工要求，需要在捷龙船上设置RTK天线利用直接高层控制清淤方法，依赖于高程参考基准，来完成满足高精度指标要求的定位导航（XYZ）、姿态测量、施工监测，达到动态跟踪高程基准，数字地形拟合或基槽轮廓识别，精确显示船舶施工轨迹；

（2）在捷龙船上设置过程状态传感器，，通过RTK天线获取捷龙船的定位数据，结合一系列过程状态传感器，计算捷龙船高程基准及桥梁下放深度，最终达到精确的清淤位置及深度；

（3）捷龙的清淤项目中定位吸盘深度的精度尤其重要，需控制在厘米级以下，再加上捷龙改造后的80m柔性轻质桥梁在海上施工受到外力影响的变形量无法精确计算，因此常见的绞吸船利用角度传感器测量桥梁下放深度的精度已无法满足项目要求，需采取别的测量方法，达到验收要求。

（4）利用计算机网络技术实现海上可视化精确挖泥施工，强化施工操作程序化、数字化、智能化。

4、清淤精确定位系统方案分析

面对此项目的高质量工程要求和捷龙改造后的状态，原捷龙绞吸船的定位系统已不能满足要求，因此需要对“捷龙”轮进行设备更新与改造实现精确定点/扫摆深水吸淤功能。其基本设计思路是：加装一套高精度的GPS，设置最高精度RTK移动站利用直接高层控制模式进行平面定位；对改造后的80m柔性轻质桥梁加装2个高精度压力传感器进行桥梁深度测量；桥梁首段利用角度传感器测量吸盘摆动深度和姿态；应用传感器、PLC、网络通讯、计算机等工业技术，构成“捷龙深水清淤精确定位系统”，实现捷龙施工过程可视、高效，精确。

定位系统主要包含以下几个部分：

1）平面定位模块---高精度GPS和RTK移动站，如下图2：

将2个高精度的GPS安装驾驶台顶部垂直船体中线，通过2个GPS数据计算出船体方向，RTK天线接收现场RTK基站数据，Trimble sps-461主机将以上几个数据通过串口RS232格式输入主机服务器，然后通过主机服务器设置Trimble sps-461主机为最高精度RTK模式：xy平面精度为0.07m+1ppm RMS，z垂直精度为0.10m+1ppm RMS。

2）柔性轻质桥梁的深度测量模块

原捷龙船的桥梁为箱体桥梁并且较短（约50m），在正常施工过程中桥梁长度受外界影响造成的变形量基本可以忽略不计，在桥梁上安装一个角度传感器就可以精确测量出桥梁的下放深度 ，但经过改造后的钢管结构柔性轻质桥梁（约80m）容易产生变形，桥梁长度误差就难以控制，如果采用上述方法测量出来的桥梁下放深度误差较大。主机服务器通过网关接收PLC的数据，通过RS232串口接收定位天线的数据，构成“捷龙精确定位清淤系统”，实现深水吸淤施工过程可视、精确、高效。

4、 结语

总而言之，捷龙船深水清淤精确定位系统完全满足港珠澳大桥项目清淤要求。通过分析改造后新设备（如桥梁、吸盤，GPS）影响定位系统的误差原因，增加横倾纵倾传感器、测深压力传感器，RTK主机等设备，尽可能将船舶的横倾纵倾造成的误差、桥梁变形造成的误差、GPS精度不够造成的误差降到最少，控制定位系统的误差在厘米级以内，满足高质量工程要求，实现对捷龙深水清淤过程的可视、稳定、高效。

作者：赖盖文