南京长江四桥首级施工控制网的建立.docx

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南京长江四桥首级施工控制网的建立

南京长江四桥首级施工控制网的建立

四川测绘第31卷第2期2008年4月

南京长江四桥首级施工控制网的建立

陈现春羊凯东钟文俊

（四川省第一测绘工程院,四川成都610100）

[摘要]本文对南京长江四桥首级施工控制网的建立及特点进行了介绍,对如何采用当前测绘新技术布测特大

型桥梁首级控制网并提高其成果精度,可靠性等相关技术指标进行了探讨,对类似精密工程项目具有积极的借

鉴意义.

[关键词]特大型桥梁;首级控制网;GPS跨河水准:

可靠性

[中图分类号]P258[文献标识码]B[文章编号]1001-8379（2008）02-0066-04

EstablishmentofHeadControlNetworkof

NanjingNo.4YangtzeRiverBridge

CHENXian—chunYANGKai—dongZHONGWen-jun

（SichuanNo.1InstituteofSurveyingandMappingEngineering,Chengdu610100,China）

Abstract:

ThisarticleintroducedestablishmentandcharacteristicsofHeadcontrolnetworkofNamingNo.4Yangtze

RiverBridge,discussedabouthowtoimprovetheaccuracy,reliabilityandotherindexofHeadcontrolnetworkof

extralargebridgewithpresentadvancedsurveyingtechnology,whichcouldaffordsomepositiveexperiencesto

similarpreciseengineeringsurveyprojects.

Keywords:

ExtraLargeBridge;HeadControlNetwork;GPSRiver-CrossingLeveling;Reliability

1引言

南京长江四桥桥位由南向北横跨长江,为南京

绕越高速公路的一部分.南京长江四桥首级控制测

量网作为整个大桥工程及接线工程在设计,施工和

营运期间监测等阶段的控制基准,是大桥初步设计

阶段的一项重要工作内容,其成果的精度和准确性

对整个大桥建设具有十分重要的作用.

作为较大规模的特大型桥梁控制网之一,南京

长江四桥首级控制网具有如下特点:

1.1稳定可靠,便于使用的控制点标志

由于特大型桥梁控制网的建设和建成后的运行

维护等长期过程中均需要不断使用首级控制网点,

因此首级控制网点的标志应当稳定,其成果应可靠.

一

般应选择在地质稳定的地方建造可直接架设各种

仪器进行观测并相互通视的观测墩,采用强制对中

标志以减少测量过程中的对中误差,仪器高量取粗

差等误差.

1.2较高的平面,高程控制精度要求

由于特大型桥梁控制网跨越河,谷,海等障碍

的距离大多较长（如南京长江四桥跨越长江江面约

2.2km,青岛海湾大桥跨越海面距离约22.2km）,而

大桥两岸的地面控制点由于受地形,树林和建筑等

通视条件的限制,其点间距离一般较短（本控制网

最近的点间距离为280m）,因此要求控制点之间必须

具备达到较高的平面,高程相对精度,以满足大桥

高精度的施工放样等后续控制测量的需要.为此,

大桥首级控制网设计要求平面最弱点精度优于

±6.Omm,相对精度优于1/120000;高程达到二等水

准测量精度要求,每千米水准测量偶然中误差M△不

超过1.0mm,每千米水准测量的全中误差不得超过

2.0mm.

1.3同一控制点具备多套坐标系统成果

大桥首级控制网首先要满足桥梁施工放样的需

要,为此需要建立大桥施工坐标系（独立坐标系）,

其尺度基准与施工放样的平均高程面一致,起算点

为靠近桥位中轴线的某一控制点,起算方向大致与

桥位的走向一致;其次,大桥控制网要与跟它邻接

的接线控制网相联系,成为整个工程施工控制网的

一

部分,为此大桥控制网点还应具备工程施工独立

坐标系成果,并且与1954北京坐标系或1980西安

坐标系相关联;此外,为满足今后采用VRS（GPS虚

拟参考站）等先进测量技术的需要,大桥首级控制

网点还应联测GPS跟踪站或其它高精度GPS控制点,

四川测绘第31卷第2期2008年4月67

以获得高精度的WGS-84坐标系成果.

1.4较高精度的跨河高程传递要求

特大型桥梁的建设是为了解决跨越河,谷,海

等障碍的交通问题,因此多数情况下大桥控制网的

两端控制点高程不能通过直接水准测量进行联测.

南京长江四桥跨越长江,桥位附近江面最窄处超过

2km,距离10多千米的长江二桥交通十分繁忙并且

为悬索桥,不能通过该桥利用直接水准测量联测两

岸控制点,为此需要采用跨河水准测量或其他方法

进行高程传递,使大桥两端的地面控制点高程基准

一

致,并达N-等水准测量精度要求.

1.5控制网的可靠性指标

为了确保控制点成果的可靠性,除了按照规范

和设计要求对控制网的过程及最终成果进行各项限

差控制外,还应采用其他方法对控制网成果进行外

部检测,以确保成果的正确性和可靠性.

基于以上因素的考虑,我们在总结近年来完成

的特大型桥梁首级控制网布测经验的基础上,采用

了一些当前较为成熟和先进的技术方案对南京长江

四桥控制网进行了设计上的优化,提高了作业效率,

并确保了控制网的可靠性指标.

2控制网布测技术方案

图1大桥首级控制网布测示意图

大桥首级控制网布测桥位控制点l2点（如图1）,

其中长江北岸7点,南岸5点,点位条件能满足GPS

观测及常规测量,施工放样和未来变形监测的需要.

每对GPS点之间满足通视要求,控制点点距最短为

280m（NF08一NF09）,最长为2283m（NF07一NF10）.

控制点标石均为带强制对中标盘的观测墩（如图2

所示）,墩体下部平台上还加埋一个水准点标志,这

样每个观测墩具有上,下两个高程标志（上标志为

强制对中标盘面）.同时,考虑到今后采用VRS测量

方式的基准站需要,对部分控制点进行了加高和加

固处理.此外,为了便于对控制点的高程变化情况

进行监测,在长江两岸分别埋设两座基岩水准点,

这样在今后可直接利用同一岸的两个基础稳定的水

准点作为同岸高程基准控制点,而不必进行繁琐的

跨河水准测量.

图2观测墩埋设示意图

平面测量主要采用高精度GPS相对定位方法完

成.GPS观测按照《公路全球定位系统（GPS）测量

规范》JTJ/T066—98中一级GPS控制网（B级）布

测要求,采用8台AshtechZXtreme双频大地型

GPS接收机,以同步环重复边和图形连接的方式完成

控制网的施测.控制网联测江苏省C级GPS网点3

点（同时具备1954北京坐标系,1980西安坐标系以

及WGS一84坐标系成果）,网中每点至少有3条独立

基线与之相连.整个控制网分别布测7边形,5边形

和8边形同步环各1个,每个同步环观测2个时段,

最短观测时间长度为4小时,最长为l2小时.控制

网重复设站率为3.3,各项指标满足规范及设计要

求.

大桥高程控制测量采用二等水准测量完成.大

桥南,北岸分别有国家一等水准点和国家二等水准

点,两岸高程控制点分别与本岸已知水准点构成水

准环线,同时在桥轴线的上,下游还分别进行了两

处二等跨河水准测量.为此,整个大桥首级高程控

制网由南,北岸水准环线和跨河水准环线共三个部

四川I测绘第31卷第2期2008年4月

分组成.

3首级控制网成果精度情况

3.1平面控制网

平面控制网GPS观测数据在现场采用随机商用

软件进行处理,数据质量经检核无误后采用美国麻

省理工学院（MIT）和Scripps研究所（S10）共同

研制的GAMIT（UNIXVer10.2版本）软件进行后期

的精处理.与常用的厂商随机软件相比,软件在长

时间观测数据的高精度GPS基线处理方面具有明显

的优势,基线处理结果通常优于厂商随机软件处理

的精度.

大桥首级控制网周边有北京（BJFS）,上海

（sHAO）及武汉（wuHN）等GPS跟踪站,其距离不

到900km,三个跟踪站均匀分布于测区周边,为控制

网的WGS84空间坐标计算提供了有利条件.针对本

控制网存在的不同观测时段长度的情况,顾及时段

长度对基线解结果的影响,选取不同的点位组合及

解算模型进行基线解算.对观测l2小时的时段,相

关同步测站与北京（BJFS）,武汉（wUHN）,上海（SHA0）

三个周边跟踪站一起求解;而对于其余观测4小时

的各时段则仅利用控制网内部的同步测站进行解算

（不联合跟踪站求解）.

通过对6个时段的GPS基线进行检核,从中选

择了独立基线参与平差计算.成果精度及相关情况

如表l.

从表l中可以看到,由于起算点的原因,同一

GPS网在不同坐标系下平差结果的点位中误差,相对

误差等指标存在差异,大桥施工坐标系由于不受起

算点误差影响,因而具有较高的精度指标.

表1大桥平面控制网成果精度情况

最弱点误差最弱相对误差起算数据

坐标系统误差

点名限差误差值基线名限差情况

（mm）（mm）

IGS跟踪站3个:

WGS～

84坐标系2.2NF0310.01/423191NF09一NF121/76535BJFS

WUHN,SHAO

江苏省C级GPS点1954北京坐标系6

.

2NF1110.01/382417NF08一NF111/76535共3点

江苏省C级GPS点工程独立坐标系6

.

1NF1110.01/391822NF08-NF111/76197共3点

NF09为原点,NF09大桥施丁坐标系1.3NF036

.

01/279347NF08一NF091/120000至NF96为起算方向

（注:

WGS一84坐标系,1954北京坐标系,工程独立坐标系的最弱相对误差限差根据基线边长D,按10mm110ppm×D计算

得到.）

表2大桥高程控制刚二等水准测量闭合差统计

路线起止点环线长（km）环闭合筹（mm）允许差（mm）备注

整个二等环线85.1+1.40±36.90

北岸环线43.7—2.19±26.44按4√F

计算限差跨河环线

4.3—2.12±8.29

南岸环线38.1+1.33±24.69

3.2高程控制网

水准观测使用DNA03数字水准仪一台,配用3m

线条式因瓦尺进行观测,观测记录采用兰德掌上电

脑配专用记录程序,程序能自动控制各项观测限差

及《规范》要求的观测时间.外业观测结果,每千

米水准测量偶然中误差MA=±O.52ram,小于规范要求

的±1.00mm的限差.

大桥高程控制网进行了两处跨河水准测量,采

用《国家一,二等水准测量规范》规定的测距三角

高程法,采用LeicaTC2003全站仪及配套棱镜,气

四川测绘第31卷第2期2008年4月

象仪器等配套设备完成外业观测.全站仪自带的记

录程序能自动控制各项观测限差,并进行边长的气

象改正计算.

二等水准网平差计算前,对水准高差进行预处

理:

包括尺长改正计算,重力异常改正,正常水准

面不平行改正等.高程控制网平差结果,每公里水

准测量全中误差MW:

±0.63mm,小于限差±2.00mm.

高程控制网各路线的闭合差见表2.

4首级控制网成果的可靠性检核

作为特大型精密工程测量项目,大桥首级控制

网的可靠性指标的重要性是不言而喻的.除了按照

规范要求进行控制网的内部限差控制外,还需要利

用其他测量手段对控制网的精度进行外部检核.为

此,对于平面控制网采用高精度测距边对部分GPS

基线边进行了检测;同时,采用目前较为先进的GPS

跨河水准测量方法对跨河高程成果进行了检测.

4.1平面控制网精度的检测

测距边观测采用LeicaTC2003全站仪（测距精

度:

l+lppm.S,测角精度:

0.5"）及配套棱镜,气

象仪器等配套设备,按照《工程测量规范》规定的

二等（最高等级）测距精度要求进行.经过各项改

正计算的测距边长与GPS边长（通过三维无约束平

差结果反算得到）对比情况如表3.

表3TC2003测距边与GPS边比对情况

序号测边名称测距边长（m）GPS边长（m）互差（I啪）

1NF10一NF08680.0474680.0458—1.6

2NF11一NF12765.9071765.9057—1.4

3NF06一NF05580.0227580.0215—1.2

4NF06一NF07623.7572623.75770.5

边长比对结果证明,GPS边长与测距边之间具有

较高的符合精度.

4.2跨河水准测量精度的检测

目前特大型桥梁控制网大桥两岸高程传递的主

要方法有测距三角高程法和经纬仪倾角法等,这两

种方法都存在受跨河场地,通视条件等因素限制,

作业效率不高等特点,特别是很多时候为了满足跨

河观测视线距离水面的高度要求而不得不搭建较高

的观测墩,这样较为费时和费力.而且随着高精度

光学经纬仪的停产,常规跨河水准测量方法更加受

到限制.

GPS跨河水准测量方法是近年来解决困难地区

跨越障碍高程传递的一种全新技术手段,该方法综

合利用高精度GPS相对定位测量,精密水准测量方

法以及区域大地水准面变化的相关特性,根据河流

两岸控制点之间GPS大地高差和水准测量高差对跨

河控制点之问的正常高高差进行拟合.这种方法已

经列入新近颁发的《国家一,二等水准测量规范》

（GB/T12897—2006）,并将会作为今后主要跨河水准

测量手段.

南京四桥控制网的点位布设和GPS,水准观测精

度为GPS跨河水准计算提供了条件,利用已有的观

测数据对跨河控制点之问的高差进行拟合计算,结

果如表4.

从表4中看到,三条跨河路线采用常规跨河水

准测量得到的高差与GPS拟合高差互差满足二等水

准测量限差要求,证明大桥高程控制网具有较高的

精度及可靠性.

表4GPS跨河水准与常规跨河水准高差比较情况

距离大地高差拟合高差水准高差互差限差跨

河路线

（km）（m）（m）（m）（mm）（toni）

NF06一NF092.12801.05441.00070.9991—1.6±8.8

NF05一NF102.23406.20506.12016.1233+3.2±9.0

NF07一NF082.509018.140118.109518.1131+3.6±9.5

（限差按照6计算,R为跨河距离,单位:

km）

（下转第76页）

76四川测绘第31卷第2期2008年4月

市遥遥领先,四川省,云南省次之,贵州省最低.

这里需要指出的是,非农业人口比重作为国内

外通用的衡量城市化水平的标准,虽然很具客观性,

但也存在一定程度的弊端.如在四川省农业人口中,

真正完全以农业为生的农村人口所占比例相当小,

而统计年鉴中的非农业人口是按非农业户口来统计

的,并未将从事非农业生产的农村人口统计在内.

所以,用非农业人员占总人口比重来衡量城市化水

平仍然存在一定程度的偏差.

5结束语

区域城市化作为一种社会地理现象,通过制图

方法能够科学客观的予以表现,而且制图过程本身

就是城市化调查,分析和评价的过程.实际上,用

地图反映一个国家或地区的城市化现状,演变过程

和趋势,其强烈的直观性所能产生的效果是文字描

述和图表等方式所难以比拟的,这也正是本文研究

城市化制图的重要意义所在.

参考文献

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[5]曾鸿程,孙育秋.省区城市化水平等级图编制研究[J].

四川测绘.

[6]中国西部统计年鉴（2001）[Z].北京:

中国统计出版社.

[作者简介]王桂晨（1978一）,女,主要研究方向:

3S技术

及其应用.

（上接第69页）

5结语

近年来随着我国公路建设的飞速发展,在过去

视为天堑的江河湖海和峡谷上建设的特大型桥梁越

来越多,如何利用当前的先进测绘技术合理有效地

布测这些特大型桥梁的控制网并提高控制网的可靠

性等技术指标是人们关注的问题,本文以南京长江

四桥为例对此进行了探讨,对今后类似项目的开展

具有一定的借鉴意义.

参考文献

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[3]徐绍铨,张华海,杨志强,王泽民.GPS测量原理及应

用[M].武汉:

武汉大学出版社,2003.

[4]郑德华.特大型桥梁首级平面施工控制网的必要精度研

究[J].测绘通报,2006,（3）.

[收稿日期]2007—09—29

[作者简介]陈现春（1968一）,男,四川安岳县人,高工,武

汉大学测绘学院在读博士,现主要从事大地测量,精密工程

测量等项目技术研究工作.