CN103175506B - 大型桥梁净空高度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型桥梁净空高度测量方法，使用GPS网络RTK技术结合全站仪精密三角高程测量技术实时得到桥面点高程，经桥梁横坡、桥梁厚度及检修轨道梁改正后得到轨道梁底的高程，再与实时水面高程相减得到相应点的净空高度。本发明能够准确测量大型桥梁的梁底标高，保证了桥梁净空高程数据的可靠性与可信度，可广泛应用于大型桥梁的实际通航净空高度测量，确保船舶安全通行。

Description

大型桥梁净空高度测量方法

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术，尤其涉及一种大型桥梁净空高度测量方法。

背景技术

大型桥梁作为连接通航河流两岸交通网的重要枢纽，其数量在不断增加，逐步使内陆的公路网及铁路网联成整体，对我国的交通运输业的发展具有非常重要的意义。但是，大桥的建设也会对船舶通航形成障碍，无形中增加了船舶航行难度，甚至引起船舶与桥梁碰撞，发生船毁桥损的重大事故，使国家和人民生命财产遭受损失，同时也给水上安全监督管理带来巨大压力。为了最大限度地减小大桥对航运业的负面影响、保障船舶在桥区的安全航行，在桥梁运营阶段，对桥梁的净空高度进行定期的监测便显得格外重要。

桥梁的通航净空高度是指桥区河道最高通航水位以上至桥梁结构物上部结构底缘的距离，应符合《内河通航标准》（GBJ139-90）。不同等级的航道所要求的通航净空高度是不同的。以长江为例，在桥梁建设期或建成后严重影响船舶通航的现象屡见不鲜，并且对长江航运产生了严重的负面影响。例如南京长江大桥由于净空高度偏低，以至于大型海轮被阻挡在南京长江大桥以下，在一定程度上阻碍了长江航运业的发展。

为了保障船舶在桥区的安全航行，应对桥梁的净空高度进行定期的监测。目前在我国与桥梁净空测量相关的研究成果不多，观测净空高度主要有精密三角高程测量法与GPS测量法两种。

1、高精度三角高程测量方法

三角高程测量是根据两点间的水平距离和垂直角计算出两点间的高差。它观测方法简单，不受地形条件限制，是测定大地控制点高程的基本方法。设地面上两点为A、B，在点A安置经纬仪，在点B设置觇标，测得垂直角α，量得仪器高i和觇标高v，并已知A、B两点间的水平距离D，则可确定出A、B之高差h_AB，具体如图1所示。

h_AB=D·tanα+i-v  (1)

目前一般采用全站仪进行三角高程测量。设测出的斜距为S，三角高程的计算公式为：

h_AB=S·sinα+i-v  (2)

当A、B两点较远（大于300m）时，三角高程需顾及地球曲率和大气折光对高差的影响，经球气差改正后的公式为：

$h_{\mathrm{AB}}=D\·\tan \mathrm{\α}+i-v+\frac{D^2}{2R}(1-k)---\left(3\right)$

式中，R为地球曲率半径；k为大气折光系数，可由对向观测得到，也可在两已知高程点之间由三角高程观测求得。

三角高程对向同时观测可以极大地提高精度，消除或减弱仪器高误差、大气垂直折射差、地球曲率误差等多项误差。对向观测所求得的高差较差不应大于D/10000（米），若符合要求，则取两次高差的平均值。

2、GPS测量法

与三角高程测量方法相比，GPS测量的主要特点是：自动化程度高、点间无需通视、全天候、高精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等。网络实时动态差分法（real timekinematic，RTK）是实现中长距离高精度实时动态GPS定位的有效手段。当前较成熟的网络RTK技术是虚拟参考站（virtual reference station，VRS）技术和主辅站（master-auxiliary concept，MAC）技术，其中又以VRS应用最为成功，市场占用率最高。VRS的基本原理就是综合利用各参考站的观测数据，通过建立精确的误差模型来修正空间距离相关误差，在用户移动站附近产生一个物理上不存在的虚拟参考站，由于虚拟参考站一般通过流动站用户接收机的单点定位解来建立，故该点与用户站构成的基线长度一般在十几米之内，这样就可以在用户站与虚拟参考站之间形成超短基线，即可按照常规差分解算的模式来进行定位。VRS数据处理流程如图2所示。

发明内容

发明目的：针对现有技术中三角高程测量法受通视条件影响较大，以及GPS测量法的高程方向无检核条件造成结果可靠性较差等桥梁净空高度测量技术存在不足，本发明提供一种精度高、可靠性强的大型桥梁实时净空高度测量新方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

大型桥梁净空高度测量方法，包括如下步骤：

（1）在大桥桥面一端的人行道上，针对每一个桥跨布置若干待测点；

（2）以RTK量取实时水面水位，并设定临时水尺，获取水面高程H₀；

（3）在大桥的上游岸边用RTK布置控制点，获取控制点高程；

（4）在控制点上安置全站仪，使用全站仪分别测定待测点的水平距离及垂直角，获得相应高差，根据获得的相应高差计算待测点的高程H_全站仪；

（5）在桥面上利用GPS实时动态测量方法获得待测点的高程H_GPS；

（6）对H_全站仪和H_GPS进行比较，若差值小于δ，则取两者的平均值(H_全站仪+H_GPS)/2为最终高程，否则返回步骤（4）；

（7）根据大桥设计资料，在设计图纸上量出测量点的桥梁厚度及轨道梁尺寸，顾及桥梁横坡改正、梁厚改正及检修车的轨道改正后，获得相应测量点的梁底高程H_i，H_i与H₀之差即为相应测量点的实时净空高度。

优选的，所述步骤（6）中，δ=5cm。

一般来说，所述步骤（1）中，针对大桥其中一个桥跨的所有待测点，需覆盖该桥跨中间的2/3部分。

一般来说，所述步骤（1）中，针对大桥其中任意一个桥跨的所有待测点，相邻两个待测点之间的水平间距为50m。

一般来说，所述步骤（1）中，针对大桥其中任意一个桥跨的所有待测点，其中一个待测点位于桥跨的中央点。

一般来说，所述步骤（1）中，针对大桥其中任意一个桥跨的所有待测点，数目为7。

本发明使用GPS网络RTK技术结合全站仪精密三角高程测量技术测量桥面点高程，经桥梁横坡、桥梁厚度及轨道梁改正后，与水面高程相减得到相应点的净空高度。

有益效果：本发明提供的大型桥梁净空高度测量方法，对大型桥梁这类较复杂的工程载体来说，采用GPS测量和三角高程测量可以解决点位相互不通视和高差较大的问题，既提高了作业速度，又保证了数据的可靠性和可信度；本发明能够准确测量大型桥梁的梁底标高，保证桥梁净空高程数据的可靠性与可信度，可广泛应用于大型桥梁的实际通航净空高度测量，确保船舶安全通行。

附图说明

图1为全站仪三角高程测量示意图；

图2为GPS网络RTK测量VRS数据处理流程；

图3为本发明中桥面待测点布置示意图；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种大型桥梁净空高度测量方法，包括如下步骤：

（1）如图1所示，在大桥桥面一端的人行道上，针对每一个桥跨布置若干待测点；针对大桥其中任意一个桥跨，按如下方式选择待测点，桥跨的中央点A点，距离A点50m处的B点和C点，距离A点100m处的D点和E点，距离A点190m处的F点和G点；相邻待测点之间的间距可根据桥体实际大小做改动，一般要求待测点需覆盖该桥跨中间的2/3部分

（2）以RTK量取实时水面水位，并设定临时水尺，获取水面高程H₀；

（3）在大桥的上游岸边用RTK布置控制点，获取控制点高程；

（4）在控制点上安置全站仪，使用全站仪分别测定待测点的水平距离及垂直角，获得相应高差，根据获得的相应高差计算待测点的高程H_全站仪；

（5）在桥面上利用GPS实时动态测量方法获得待测点的高程H_GPS；

（6）对H_全站仪和H_GPS进行比较，若差值δ≤5cm，则取两者的平均值(H_全站仪+H_GPS)/2为最终高程，否则返回步骤（4）；

（7）根据大桥设计资料，在设计图纸上量出测量点的桥梁厚度及轨道梁尺寸，顾及桥梁横坡改正、梁厚改正及检修车的轨道改正后，获得相应测量点的梁底高程H_i，H_i与H₀之差即为相应测量点的实时净空高度。

上述方法具体实现流程图如4所示。

实施例

算例数据采用某城市长江大桥通航范围内的大桥梁底标高测量数据，得到准确的通航净空高度。测量所得数据，经过初步处理，得表1：

表1某城市长江大桥梁底标高计算表（单位：米）

考虑到极限挠度及实时水面高程，可以得到相应的净空高度，如表2：

表2某城市长江大桥实时净空高度计算表（单位：米）

通过实施例说明，用这种方法进行大型桥梁实时净空高度测量是可行的，精度上能达到厘米级，满足船舶通过要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.大型桥梁净空高度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）在大桥桥面一端的人行道上，针对每一个桥跨布置若干待测点；

（2）以网络RTK技术测量实时水面水位，并设定临时水尺，获取水面高程H₀；

（3）在大桥的上游岸边用网络RTK技术布置控制点，获取控制点高程；

（4）在控制点上安置全站仪，使用全站仪分别测定待测点的水平距离及垂直角，获得相应高差，根据获得的相应高差计算待测点的高程H_全站仪；

（5）在桥面上利用GPS实时动态测量方法获得待测点的高程H_GPS；

（6）对H_全站仪和H_GPS进行比较，若差值小于δ，则取两者的平均值(H_全站仪+H_GPS)/2为最终高程，否则返回步骤（4）；

（7）根据大桥设计资料，在设计图纸上量出测量点的桥梁厚度及轨道梁尺寸，顾及桥梁横坡改正、梁厚改正及检修车的轨道改正后，获得相应测量点的梁底高程H_i，H_i与H₀之差即为相应测量点的实时净空高度。

2.根据权利要求1所述的大型桥梁净空高度测量方法，其特征在于：所述步骤（6）中，δ=5cm。

3.根据权利要求1所述的大型桥梁净空高度测量方法，其特征在于：所述步骤（1）中，针对大桥其中任意一个桥跨的所有待测点，覆盖该桥跨中间的2/3部分。

4.根据权利要求1所述的大型桥梁净空高度测量方法，其特征在于：所述步骤（1）中，针对大桥其中任意一个桥跨的所有待测点，相邻两个待测点之间的水平间距为50m。

5.根据权利要求1所述的大型桥梁净空高度测量方法，其特征在于：所述步骤（1）中，针对大桥其中任意一个桥跨的所有待测点，其中一个待测点位于桥跨的中央点。

6.根据权利要求1所述的大型桥梁净空高度测量方法，其特征在于：所述步骤（1）中，针对大桥其中任意一个桥跨的所有待测点，数目为7。