李志福

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)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(jì)研究院,廣東 廣州 510006)

摘要：本文結(jié)合實(shí)際的橋梁工程采用6種模型進(jìn)行高程異常擬合,并進(jìn)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(dòng)曲面擬合表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì),當(dāng)擬合片區(qū)地勢(shì)較平坦時(shí),GPS高程擬合精度可以達(dá)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(hào)：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：號(hào)： 1008-9268(2015)03-0058-03

收稿日期：2015-04-08

作者簡(jiǎn)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(cè)距儀、全站儀等設(shè)備。這些常規(guī)控制測(cè)量手段工作量大,作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),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(cè)繪學(xué)者討論的熱點(diǎn)。GPS測(cè)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(duì)GPS擬合高程精度進(jìn)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(diǎn)位的高程異常與其坐標(biāo)具有一定的幾何相關(guān)性這一原理進(jìn)行擬合。以水準(zhǔn)高程為基準(zhǔn),把同時(shí)具有GPS大地高和水準(zhǔn)高程的點(diǎn)作為控制點(diǎn),根據(jù)兩者的高差值,即高程異常,建立數(shù)學(xué)模型擬合出似大地水準(zhǔn)面。再根據(jù)待求點(diǎn)Ai的坐標(biāo)(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(dá)到厘米級(jí)。對(duì)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?yàn)樵谶@些地區(qū),已知點(diǎn)很難將高程異常的全部特征表示出來。

若GPS測(cè)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(xiàng)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(jì)

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

圖1　高程異常擬合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(zhǎng)度2.62 km,道路(含引道)長(zhǎng)度約1.57 km.測(cè)量場(chǎng)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(cè)量作業(yè)困難。布設(shè)一個(gè)四等水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)網(wǎng),兩處河段采用三等跨河水準(zhǔn)測(cè)量并各自平差計(jì)算跨河水準(zhǔn)基點(diǎn)間高差,參與四等水準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算。控制點(diǎn)的分布如圖2所示,根據(jù)GPS測(cè)量出的大地高和水準(zhǔn)測(cè)量獲得的正常高,得到高程異常,共22個(gè)點(diǎn),如表1所示。利用高程異常擬合系統(tǒng)進(jìn)行高程異常擬合,并與水準(zhǔn)高程進(jìn)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(diǎn)分布圖

點(diǎn)名北坐標(biāo)/m東坐標(biāo)/m高程異常/m點(diǎn)名北坐標(biāo)/m東坐標(biāo)/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(diǎn)成面狀分布,選擇平面、多次曲面、MLS曲面[11]、多面函數(shù)、移動(dòng)曲面和切比雪夫6種模型進(jìn)行擬合,選擇圖2中的深色點(diǎn)為建模數(shù)據(jù),淺色點(diǎn)為擬合點(diǎn)。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(dòng)曲面擬合表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì),根據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范CJJ-2011》5.5.2條規(guī)定,上述擬合精度均能達(dá)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(shí)需要注意幾個(gè)方面:

1) 選取建模點(diǎn)位時(shí)一定要遵循“全局、均勻”原則,且盡量選取地形的特征點(diǎn);

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(diǎn)位進(jìn)行檢驗(yàn),確保擬合精度的穩(wěn)定性;

5) 當(dāng)高程異常變化較大時(shí),應(yīng)適當(dāng)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(cè)量帶來了技術(shù)革命,顯著提高了工作效率。當(dāng)?shù)貏?shì)較平坦時(shí),GPS高程可以代替四等水準(zhǔn)測(cè)量,甚至達(dá)到三等水準(zhǔn)的精度。實(shí)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。

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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(cè)量工作。

Application of GPS Elevation in Bridge Engineering

LI Zhifu

(GuangzhouMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Guangzhou510006,China)

Key words: GPS; height anomaly; bridge engineering