[工作精品论文]gpsvrs技术在青岛海湾大桥施工中的应用

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集GPSVRS技术在青岛海湾大桥施工中的应用莫兴林黄耀平（中交第四航务工程局二公司，广东广州510300）摘要本文通过介绍GPSVRS技术原理及其在青岛海湾大桥施工中的应用，为类似工程提供借鉴。关键词青岛海湾大桥GPSVRS技术应用1工程概况青岛海湾大桥主线长28880KM，其中跨海大桥长27089KM，全线跨越青岛、红岛、黄岛之间海域，由于本工程离岸较远，传统的由岸上架设经纬仪或者全站仪进行远距离定位控制的作业方法已不能适用；搭设测量平台将费时费力，而且平台密度、施工成本及效果可能会不理想。常规GPSRTK技术又存在随着作业半径的增大，精度和可靠性降低的作业瓶颈。因此，根据工程需要组建青岛海湾大桥GPSVRS系统，该GPS网络是世界首个专门为跨海大桥建设服务的GPS系统，为海湾大桥施工单位提供高精度网络差分定位等实时差分数据服务。2GPSVRS技术原理及系统组成21VRS的概念GPSVRS技术即虚拟参考站（VIRTUALREFERENCESTATION技术是近几年发展起来的,集INTERNET、无线通讯、计算机网络和GPS于一体的卫星定位技术。虚拟参考站VRS技术采用了最先进的多基站网络RTK算法，代表了新一代定位技术发展方向。其基本原理就是利用地面布设的多个（3个或3个以上）参考站组成GPS连续运行网络，综合利用各个参考站的观测信息，通过精确的误差模型修正距离相关误差（电离层、对流层、卫星轨道等误差），在用户站附近产生一个物理上不存在的虚拟参考站，与用户站构成短基线或者超短基线差分，用户站接收该参考站的差分信息进行定位。1VRS技术实际上是一种多基站技术。它在处理上利用了多个参考站的联合数据。与常规RTK相比，VRS技术不仅提高了导航定位的精度，而且扩大了系统定位服务的有效覆盖范围。22VRS系统组成VRS系统主要包括五个部分即控制中心子系统CONTROLCENTER、参考站子系统REFERENCESTATION、用户应用子系统USERAPPLICATION、数据通信子系统DATACOMMUNICATION、数据发播子系统DATATRANSMISSION。3青岛海湾大桥GPSVRS系统31参考站及控制中心布设青岛海湾大桥GPSVRS系统由三个连续运行参考站和一个控制中心组成。如图31所示三个站点的位置分布于胶州湾附近，控制中心设在青岛市区，目的是服务于大桥的主体工程建设，站点形成三角形覆盖大桥施工区域。参考站控制网于2005年4月建成，共观测18个点，选取其中稳定可靠的3个作为GPSVRS系统的参考站。为保证精度，建网时联测北京（BJFS）、上海（SHAO）、韩国釜山（SUWN）等3个全球GPS永久跟踪站（IGS），另外为了路桥的顺利连接，又联测了3个已知青岛80坐标系已知点，观测按优于公路一级GPS网（超10KM长的作者简介莫兴林（1980），男，广东广州人，工程师，从事桥梁工程管理专业。266中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集基线观测要求同国家B级网）的精度要求施测，GPS控制网同步图形的连接采用边连接和图形连接的方式进行作业。控制网复设站率不小于2，网中每点至少有3条独立基线与之相连。另外，为提高首级控制网的精度，采用DI2002测距仪加测11条边，基线处理软件采用美国麻省理工学院（MIT）和SCRIPPS研究院（SIO）共同研制的GAMIT（UNIXVER101版本）软件。平差结果表明，该网的平均相对精度为1/136万。最弱边（QD11至QD12）的最差基线相对误差为1/316万，其精度优于涉及报告要求的1/15万2，相应高程控制网按国家二等水准精度进行布设及施测，精度完全满足设计要求。图1GPSVRS系统参考站位置示意图建成后经过2005年8月和2007年5月两期复测，控制点均较稳定，控制网测量成果可作为跨海大桥的专用控制网使用，每年按要求进行复测。32硬件及网络通讯青岛海湾大桥GPSVRS系统，利用先进的GPS网络差分技术，建设3个GPS连续运行的参考站与一个数据处理中心。GPS硬件采用TRIMBLENETRS接收机和ZEPHYRGEODETIC天线，软件为TRIMBLEGPSNET和RTKNET软件。系统通过高速路专线、青岛有线ATM网、青岛网通、中国移动GPRS网络等多种通信平台和通信手段进行连接。该GPS网络是世界首个专门为跨海大桥建设服务的GP桥首级控制网（即参考站控制网）求解得出坐标转换参数，建立了坐标转换模型进行平面控制。目前，虚拟参考站技术（VRS）已经成熟，其定位精度已经达到了在几十公里范围内平面误差为厘米级134，具体求解过程本文不在赘述。GPS测量的高程为相对于WGS84椭球的大地高，在实际工程应用的水准高程（正常高是以似大地水准面为起算面，正常高与大地高的相互转换必须通过似大地水准面作媒介，因此需要精确拟合局部似大地水准面，即进行高程拟合。实际施工放样数据显示最终采用首级控制网内的QD03，QDO4，QDO5，QD06，QD07，QD10，QD11，QD14，QD15等9个大桥首级控制点作为拟合点进行水准拟合，得出水准拟合方程的拟合精度最高，拟合误差为34MM4。鉴于本工程对坐标转换和高程拟合精度要求高，并顾及青岛海湾大桥各个标段顺利搭接合拢，大桥测控中心负责提供坐标转换和高程拟合公式及参数。4GPSVRS技术在青岛海湾大桥施工中的应用41青岛海湾大桥GPSVRS作业基本要求267中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集青岛海湾大桥GPSVRS系统作为首个专门为跨海大桥建设服务的GPS系统，为保证放样的准确性及精度，我们在严格执行测量规范的同时结合现场的实际情况确定了以下几个基本工作要求（1）测量应注意GPS卫星数量、分布等观测窗口状况，其作业条件应满足15以上的卫星个数6，PDOP值4。（2）观测值应在得到固定解，且收敛稳定后开始记录，数据采样率一般设为1秒，模糊度置信度应设为999以上。（3）观测时距接收机10米范围内禁止使用对讲机、手机等电磁发射设备。测量放样特别是控制点放样时应尽量避免附近有较大钢构件。（4）每时段作业开始与结束均应对位于作业区域内的已测点、高等级或同等级已知点进行检测，检测时，确保接收机配置、仪器高设置、GPSVRS系统和网络信号等均处于正常状态。42GPSVRS技术在青岛海湾大桥施工中的应用目前，虚拟参考站技术（VRS）已经成熟，其定位精度已经达到了在几十公里范围内平面及高程误差为厘米级，在精度上满足施工放样要求，可以直接采用虚拟参考站技术（VRS）进行包括墩身、承台、箱梁安装、桥面附属设施等各项施工放样，当点位精度要求相对较高时，可在放样点附近增加加密控制点，以便用GPSVRS、GPS快速静态定位作业模式、常规方法如全站仪三维坐标法等多种方法来进行放样，相互校核。网络RTK施工放样因具体仪器略有不同，但与相对成熟的GPSRTK施工放样方法类似，由于篇幅的关系这里就不在赘述。根据青岛海湾大桥实际测量的精度，我们确定了以下几个参数作为测量放样精度控制的基本要求加密控制点的平面收敛精度应15CM，高程收敛精度应2CM。碎部点的平面收敛精度应2CM，高程收敛精度应4CM。S系统，为海湾大桥施工单位提供高精度网络差分定位等实时差分数据服务，使海湾大桥的施工效率和施工质量上都得到更好的保障。其他类似的网络服务于基础测绘或者地震、气象等传统用途。33坐标转换模型及水准拟合GPS卫星星历是以WGS84坐标系为根据而建立的，GPS测量的是WGS84坐标，用户必须将定位结果转换到我国1980年西安坐标系或地方独立坐标系才能应用。因此根据大总之在青岛海湾大桥施工实践过程中采用GPSVRS系统进行测量控制，各项施工工作效率得到极大提高，精度和可靠性满足施工控制要求。5GPSVRS技术综合效果分析（1）系统首级控制网采用高精度控制网，在基线解算及三维平面中纳入IGS全球GPS跟踪站的数据，采用IGS最终精密星历，利用GAMIT软件解算基线，提高了成果的可靠性和各项精度指标。（2）比起单基站RTK技术来说，突破了常规GPS差分作业系统分散、相互独立、临时性基准站频繁设置等问题,无须架设基站，实现单机作业，提高了工作效率，降低了费用成本，更是克服了随着作业半径的增大，精度和可靠性降低的作业瓶颈，增大了作业范围。（3）该技术综合利用各个参考站的观测信息，通过精确的误差模型修正距离相关误差（电离层、对流层、卫星轨道等误差），在用户站附近产生一个物理上不存在的虚拟参考站，与用户站构成短基线或者超短基线差分，同时精度和可靠性进一步提高，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。268中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集6结束语青岛海湾大桥是我国北方首座跨海大桥，桥位区海况复杂。本工程通过GPSVRS技术并结合常规测量手段，对工程施工各项施工进行测量控制，结果表明测量各项指标均符合青岛海湾大桥专用技术规范的要求，取得良好社会及经济效益，并为青岛地区G