港珠澳大桥跨海测量专题

港珠澳大桥跨海测量

大桥总长35.6km，东西人工岛以及6.7km 的海底隧道及总长22.9km 的桥梁组成。

大桥涉及三大测控关键技术：1、主体工程高精度测量基准的建立与维护技术；2、连续运行参考站系统建立与维护；3、测绘信息管理系统建立与维护。

一、珠港澳大桥高精度测量基准的建立与维护珠港澳大桥工程测量基准由首级控制网和在次基础上逐级加密建成的首级加密网及一、二级施工加密网组成。首级控制网自2008年建网至今，一年一次复测。

首级控制网集成了GNSS卫星定位、精密水准测量、高精度跨江三角高程测量、现代重力场、精化似大地水准面与工程坐标系等技术方法。

1）首级gps 平面控制网由14 个首级gps 控制点和3 个GNSScors站构成，共布设16个gps观测墩，珠海8 个，澳门2 个，香港6个。并按国家B级gps网精度施测，统一了港、珠、澳三地的坐标基准，基线精度0.5ppm，点位精度2mm，2009 年3月8日通过专家组验收。

2）首级高程控制网由59 个一等水准点和52 个二等水准点构成。其中，一等水准路线260km；二等水准路线100km。实施了多处跨海高程传递测量（测距三角高程测量最大观测距离极限3500，超过此距离需要进行专项设计），项目共计12 处跨海高程传递测量，获得了高精度的高程成果，统一了三地的高程基准，每千米偶然中误差0.3mm，。

3）设计和建立了满足主体工程建设要求的大桥工程坐标系统，研究确立了工程坐标系统与WGS84、北京54、1983 珠海坐标系、香港1980

方格网及澳门坐标系之间精确的坐标转换模型。

4）依据最新的地球重力场理论和方法（过渡曲面拟合法），建立了高精度的大桥地区的局部重力似大地水准面，与gps 水准联合求解后，获得了高精度的似大地水准面成果精度：6mm。Gps 拟合高程测量精度2cm 左右。

5）cors站建立与维护：大桥cors站由3 个参考站、一个监测站和1 个数据中心组成。共有5 个相关子系统构成。其提供两种信号：1、GPRS/CDMA网络信号；2、传统无线电信号，供rtk 差分定位，精度水平± 2cm，高程优于± 3cm 级。2010 年11 月12 日通过验收投入运行。系统先后用于主体工程勘察、岛隧工程施工及海中试桩工程施工，系统运行正常，精度可靠。HZMB-cors 是我国首个独立的基于VRS的工程CORS，也是首个用于工程施工的跨境CORS。

二、国内首个工程测绘信息管理系统的建立。HZMB-SMIS信: 息管理模块，查询统计模块，电子公务模块，运算分析模块，电子公务模块。三、关于勘测设计阶段的首级控制网

项目特点：1、桥跨越海面极宽31.5km，桥位区域无岛屿可利

用，难以通视。2、桥位在国家坐标系投影带的边缘，投影长度和方向变形较大。3、工程周期长，两岸滩涂沉降明显。

首级网根据大桥长度36km，综合考虑采用B 级网施测，首级网23 点组成，其中桥位区附近9 个（包括两岸的参考点），为满足海上施工控制测量的需要，每间隔1.8km，现行施工一个桥墩（共计21 个优先墩）以及B平台的海上参考点共同构成了海上加密网。

两岸的高程联测，采用一等水准由南岸经杭州国家一等水准点到北岸，海中高程控制先采用gps 拟合高程控制优先墩承台施工，待优先墩承台全部建成以后，用对向观测的三角高程导线进行高程贯通测量，用贯通测量的成果修正优先墩gps 拟合高程并用于后续高程控制。

3.1勘测设计阶段首级控制网布测在勘测、设计阶段，为了跨海桥梁配套的道路工程、其他附属工程能在一个统一的控制网下控制，为了摸清桥位附近控制点的位移和沉降，为了研究桥位附近的大地水准面形态为正确选择gps 高程拟合模型提供参考。首级网布测在桥位区周围东西宽约24km，南北长约48km 跨越杭州湾的广大地区，共23 点组成，其中三个点与国家控制网联测，有两个点与IGS 站联测，经数据处理分别给出了54、wgs84和54 工程65m 高程坐标系坐标。勘测、设计阶段的首级网于2001年11 月完成，2002年11 月进行复测，2003 年10 进行了第二次复测。用三期的观测成果进行了点位的稳定性分析，确定了桥位区内的稳定点组，利用这些稳定点建立了大桥施工控制相对稳定的坐标框架，同时研究了这些点的高程异常值分布规律，选定了桥位区最佳gps 高程拟合模型，建立了大桥控制网和国家坐标系的联系。这样，勘测设计阶段的首级网完成了使命。2004年6月根据这些成果，重新布测了范围更小、精度更高的gps 首级控制网。为此，在原首级网中选择了稳定点作为起算点，选择6 个对大桥施工有直接作用的点（包括参考点在内），共九个点组成新的首级大桥控制网，按B 级施测。经平差，最弱点点位精度位3mm，两岸联测边长相对中误差10-6。

四、独立施工控制网54工程65m 工程坐标系的建立经计算分析杭州

湾跨海大桥投影长度变形达4.559m，方向投影变形达8”，这是施工所不允许的。

通过首级网与国家控制网和IGS 站联测，经过多处测试，确定了大桥的独立施工坐标系，称54工程65m高程坐标系坐标。

五、大桥相对稳定坐标框架的维护

由于大桥施工标段多，施工周期长，两岸控制点沉降严重，点位使用频繁，易受施工干扰等。控制需要进行定期和不定期复测，以此对点的稳定性进行分析，以确定稳定点组，研究不稳定点的变形速率，以确定复测周期，和在施工过程中确定对不稳定点位的改正值。

六、cors 站的建立和维护

功能：服务于各阶段测绘工作和高精度的安全监测。

参考站与多个IGS站点联测，采用ITRF97框架并按其速度场归算到本网平均历元，得到精度为0.1m 的参考站点ITRF97 框架下的坐标，保证了rtk 的测量精度。

七、用rtk 和gps 打桩定位系统解决海上打桩定位问题

Gps 打桩定位系统用安置在船体上的三台gps 接收机，测定打桩船的实时位置和船体的实时姿态，用安置在船体上的多棱镜激光测距仪或摄影测量系统测定桩位相对于船体的位置，通过坐标转换可以知道桩体的大桥独立坐标系下的三维实时位置和倾斜度，用计算机自动控制桩体的贯入度。

八、海中高程控制和高程贯通测量

8.1 指导思想：低精度到高精度，分阶段逐步优化

（1）、打钢管桩的阶段，rtk 控制高程；

（2）在施工优先墩的承台阶段，承台高程用gps高程拟合；

（3）墩身施工阶段，对于施工进度快的单位，临时采用三角高程配合gps 拟合高程法进行高程贯通测量，提供相当于三等水准成果进行控制；

（4）用三角高程法进行三等水准精度的高程贯通测量，用其结果修正配合法完成的贯通高程测量结果，墩身、非优先墩施工承台和墩身的施工高程用优先墩的高程进行控制。

（5）上部结构施工用二等水准高程贯通测量来控制。8.2测量机器人三角高程法进行跨海高程贯通测量的实验

用边长1.8km 左右的高精度三角高程测量代替跨海二、三等水准测量，从严密的三角高程公式出发，分析了三角高程测量的系统误差，制定了适合海上作业的测量细则。

依据以上制定的测量细则进行了23 跨跨海三角高程测量，最短跨距320m，最长跨距1820m，平均1356m。由实测统计数据可知：每个双测回偶然中误差3mm/km 。按国家一、二等水准测量规范，跨河水准的测绘数、限差及各测回互差，可估算每个双测回每公里偶然中误差为5.65mm/km 。由此机器人按细则测9~16个双测回，可满足二等跨河水准的精度；测2~4 个双测回，可满足三等跨河水准的精度。

大桥由测量机器人实测四个双测回，23 跨的跨海三角高程测量组

成的31.52m 长符合高程导线，其高程闭合差1mm，小于三等水准的67mm，也小于二等水准的22mm 限差。8.3 海中gps 高程拟合精度要求：高程拟合精度需要到达3cm。经过大量的理论和实验分析，得到如下两条重要结论：（1）、在大桥桥位区内，仅仅用南北两岸的高程公共点的水准高程和gps 大地高，用多项式曲面拟合法或过渡曲面拟合法，所求得的海中gps 拟合高程的中误差可达到

2.0cm。

（2）1.8km 左右跨度的gps拟合高程差可达到三等水准测量高差的精度。但是，拟合高程有一定的残留的系统误差，在附合高程路线中会形成一定的积累，致使线路中间段的高程的高程精度较差。因此，采用一种快速的复合高程贯通的方法，即部分采用三角高程测量，部分采用拟合高差，这样避免了误差的积累，又能满足施工进度对贯通高程的急需。

（3）例如用大桥实测的12 跨三角高程高差和10跨拟合高差的复合高程贯通测量，所得的结果与三角高程贯通测量结果进行比较，控制点的最大高程差别为1.8cm，绝大部分点高差分别在三等水准限差范围内，可用于墩身的控制。

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