李志福

(廣州市市政工程設(shè)計研究院,廣東 廣州 510006)

GPS高程在橋梁工程中的應(yīng)用

李志福

(廣州市市政工程設(shè)計研究院,廣東 廣州 510006)

摘要：本文結(jié)合實際的橋梁工程采用6種模型進行高程異常擬合,并進行結(jié)果分析比較,結(jié)果顯示:本例中多面函數(shù)擬合和移動曲面擬合表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢,當擬合片區(qū)地勢較平坦時,GPS高程擬合精度可以達到四等精度。

關(guān)鍵詞：GPS;高程異常;橋梁工程

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.014

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：號： 1008-9268(2015)03-0058-03

收稿日期：2015-04-08

作者簡介

Abstract:In this paper, combined with the actual bridge engineering by using 6 kinds of model fitting height anomaly, analysis and comparison is made. Results showed that moving curved surface fitting and the polyhedral function fitting got better precision in the case. When the terrain is relatively flat, GPS elevation fitting precision can achieve four accuracy.

0引言

橋梁是道路的重要組成部分,在交通發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。在傳統(tǒng)大型橋梁工程控制網(wǎng)的建立過程中,由于技術(shù)條件限制,多采用經(jīng)緯儀、測距儀、全站儀等設(shè)備。這些常規(guī)控制測量手段工作量大,作業(yè)時間長,而且誤差積累顯著[1]。隨著各種大型橋梁、特大型橋梁的涌現(xiàn),GPS技術(shù)在橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用[2-4]。眾所周知,GPS的平面精度很高,常用來做平面控制網(wǎng),但GPS的高程精度一直是測繪學者討論的熱點。GPS測量得到的是大地高,需要施加高程異常改正,轉(zhuǎn)換成正常高之后,才能應(yīng)用于工程中。本文利用MATLAB語言編制了高程異常擬合系統(tǒng),結(jié)合特大橋梁工程,對GPS擬合高程精度進行分析。

1GPS高程擬合原理

GPS高程擬合是利用在范圍不大的區(qū)域中,點位的高程異常與其坐標具有一定的幾何相關(guān)性這一原理進行擬合。以水準高程為基準,把同時具有GPS大地高和水準高程的點作為控制點,根據(jù)兩者的高差值,即高程異常,建立數(shù)學模型擬合出似大地水準面。再根據(jù)待求點Ai的坐標(xi,yi),內(nèi)插出高程異常ζi.因其是一種純幾何的方法,一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)(如平原地區(qū)),其擬合的精度可達到厘米級。對于高程異常變化劇烈的地區(qū)(如山區(qū)),這種方法的精度較差,這主要是因為在這些地區(qū),已知點很難將高程異常的全部特征表示出來。

若GPS測得大地高為H,則其正常高H正常=H-ζ.高程異常擬合模型有很多,例如多項式曲線擬合、樣條曲線擬合、AKIMA法曲線擬合、曲面擬合、MLS曲面擬合、多面函數(shù)擬合等[5-9]。不同擬合方法具有不同的適用范圍,擬合精度也不同。

2高程異常擬合系統(tǒng)的設(shè)計

本高程異常擬合系統(tǒng)采用荷蘭巴爾達教授提出的數(shù)據(jù)探測方法[10]進行粗差檢驗。它能夠有效地探測粗差。高程異常擬合系統(tǒng)設(shè)計，如圖1所示。

圖1　高程異常擬合系統(tǒng)設(shè)計

3GPS 高程在橋梁工程中的應(yīng)用

某特大橋梁工程線路走向大致為東西向,全線共設(shè)置橋梁2座,橋梁長度2.62 km,道路(含引道)長度約1.57 km.測量場區(qū)道路路面交通繁忙,安全隱患大,路面設(shè)施繁多,地物密集;居民房屋不規(guī)則,通視影響因素多,測量作業(yè)困難。布設(shè)一個四等水準結(jié)點網(wǎng),兩處河段采用三等跨河水準測量并各自平差計算跨河水準基點間高差,參與四等水準網(wǎng)平差計算?？刂泣c的分布如圖2所示,根據(jù)GPS測量出的大地高和水準測量獲得的正常高,得到高程異常,共22個點,如表1所示。利用高程異常擬合系統(tǒng)進行高程異常擬合,并與水準高程進行比較。

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聯(lián)系人： 李志福 E-mail: 756514342@qq.com

圖2　某橋梁工程的控制點分布圖

點名北坐標/m東坐標/m高程異常/m點名北坐標/m東坐標/m高程異常/mE222616079.2461978.965.063HJ102614229.5459081.754.98E232613250.3461195.275.083HJ122613359.2458935.554.99HJ052614820.5464658.55.193HJ132616577.8462733.415.084HJ062614375.5464443.675.193JD012614075.5462446.325.117HJ072615334.5465028.755.199HJ012614074.9460593.125.044HJ092616035.9465117.135.189HJ022613723.5460412.575.043HJ112613726.6458997.134.986HJ032614293.8462840.915.129HJ142615661.5462092.65.075HJ042614016.3463068.495.144JD022613761.3462591.165.129HJ082615761.3465314.785.202JD032613913.2461632.735.088LX042614227.6463988.265.173JD042613729.8461646.85.092LX052614305.5463590.25.159

考慮到該工程點成面狀分布,選擇平面、多次曲面、MLS曲面[11]、多面函數(shù)、移動曲面和切比雪夫6種模型進行擬合,選擇圖2中的深色點為建模數(shù)據(jù),淺色點為擬合點。結(jié)果如表2所示。

表2　不同模型的擬合高程比較

表2示出了不同模型的擬合精度,在本例中多面函數(shù)擬合和移動曲面擬合表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢,根據(jù)《城市測量規(guī)范CJJ-2011》5.5.2條規(guī)定,上述擬合精度均能達到四等高程控制網(wǎng)的精度。

GPS高程的擬合精度受很多方面的因素影響,擬合時需要注意幾個方面:

1) 選取建模點位時一定要遵循“全局、均勻”原則,且盡量選取地形的特征點;

2) 一般GPS高程擬合不適宜外推;

3) 要保證擬合精度,要獲得高精度的大地高數(shù)據(jù);

4) 盡量選擇足夠多的點位進行檢驗,確保擬合精度的穩(wěn)定性;

5) 當高程異常變化較大時,應(yīng)適當增加建模數(shù)據(jù)。

4結(jié)束語

GPS技術(shù)的發(fā)展給橋梁工程測量帶來了技術(shù)革命,顯著提高了工作效率。當?shù)貏葺^平坦時,GPS高程可以代替四等水準測量,甚至達到三等水準的精度。實際工程中,應(yīng)通過嘗試,選取合適的擬合模型。編制高程異常擬合系統(tǒng),可以智能選取最佳擬合模型,提高擬合效率。

參考文獻

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李志福(1986-),男,助理工程師,主要從事市政工程方面的測量工作。

Application of GPS Elevation in Bridge Engineering

LI Zhifu

(GuangzhouMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Guangzhou510006,China)

Key words: GPS; height anomaly; bridge engineering