CN110260840B - 跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法及系统，涉及桥梁测量技术领域，包括以下步骤：选择首尾两个桥墩及首尾两个桥墩之间间隔的若干桥墩作为测站墩，相邻两个测站墩之间的桥墩作为测点墩，获取每个测站墩的绝对沉降高程值；对每相邻的两个测站墩，测量另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，再测量该相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角，以计算该相邻两个测站墩之间每个测点墩的绝对沉降高程值；多次重复上述步骤，将后续每次得到的测站墩和测点墩绝对沉降高程值与第一次比较，以得到该次测站墩和测点墩的绝对沉降量。本发明在保证测量精度情况下，测量成本低。

Description

跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及桥梁测量技术领域，具体涉及一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法及系统。

背景技术

桥梁绝对沉降量的测量是桥梁施工和运营维护中的重要工作，它关系着桥梁施工质量和桥梁运营安全。桥梁在施工过程中，随着上部结构承载力不断加载，桥墩的沉降是避免不了的，桥梁运营过程中，随着时间的推移，运营荷载及地下水位变化和地面沉降会引起桥墩的沉降和变化，因此，桥梁施工和运营过程中，要进行桥墩绝对沉降量测量，提供精确的桥墩绝对沉降量数据，以便准确评估桥梁施工结构安全和运营安全。

跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量所处环境为海洋，海洋大面积水域特殊测量环境与陆地桥梁桥墩绝对沉降量的测量和普通桥梁桥墩绝对沉降量的测量所处地面和小面积水域普通测量环境迥异。陆地桥梁桥墩绝对沉降量，在地面环境下进行测量，受环境限制影响小，相对容易且精度高；普通桥梁桥墩绝对沉降量的测量，小面积水域环境对沉降测量影响也不大。跨海长桥桥墩规模宏大，跨越水面长度数千米甚至数十千米，水中桥墩远离海岸且数量众多，受视距超长和测点高度分散影响，测量难度大。

目前，陆地桥梁和普通桥梁沉降桥墩绝对沉降量的测量一般采用几何水准测量法和GNSS高程测量法。几何水准测量法，测量成本低，技术成熟，而跨海长桥施工期水中桥墩不按顺序施工、已完成水中桥墩间隔可能很大，测点间视距可能超出水准测量视距限值要求，跨海长桥运营期行车震动，水中桥墩数量众多，在行车震动环境下测量误差大，所以几何水准测量法难以满足跨海长桥施工期和运营期绝对沉降量的测量环境和精度要求。

GNSS高程测量法，需要在各个桥墩上设置GNSS接收机，GNSS接收机测量精度高，但是对于拥有成百甚至上千个水中桥墩的跨海长桥来说，GNSS接收机需求数量巨大，成本高昂。因此，上述陆地桥梁和普通桥梁沉降桥墩绝对沉降量的两种测量方法，难以满足跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量精度和成本要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法及系统，其在保证测量精度情况下，测量成本低。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法，包括以下步骤：

S1、选择首尾两个桥墩及首尾两个桥墩之间间隔的若干桥墩作为测站墩，相邻两个测站墩之间的桥墩作为测点墩，获取每个测站墩的绝对沉降高程值；

S2、对每相邻的两个测站墩，任选一个作为基准测站墩，测量另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，再测量该相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角，以计算该相邻两个测站墩之间每个测点墩的绝对沉降高程值；

S3、多次重复S1～S2，以第一次所有测站墩和测点墩的绝对沉降高程值为基准，将后续每次得到的测站墩和测点墩绝对沉降高程值与基准比较，以得到该次所有测站墩和测点墩的绝对沉降量。

在上述技术方案的基础上，步骤S2包括以下步骤：

在每个测站墩的基准点上均设置第一棱镜，每个测站墩上还设置全站仪，对每相邻的两个测站墩，使用基准测站墩上的全站仪测量另一测站墩的第一棱镜相对基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

在上述技术方案的基础上，步骤S2还包括以下步骤：

在每个测点墩的监测点上均设置第二棱镜，使用基准测站墩上的全站仪测量相邻两个测站墩之间的每个测点墩的第二棱镜相对于基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

在上述技术方案的基础上，步骤S2还包括以下步骤：

通过公式：

计算每个测点墩的绝对沉降高程值；其中，H_i+n表示每个测点墩的绝对沉降高程值，H_i、H_j分别表示相邻的两个测站墩中基准测站墩和另一测站墩的绝对沉降高程值，S_ij、a_ij分别表示另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，S_i,i+n、a_i,i+n分别表示相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角。

在上述技术方案的基础上，步骤S1包括以下步骤：

在桥两端的岸基上分别设置一个GNSS参考站，GNSS参考站上设置第一GNSS接收机，在每个测站墩上均设置第二GNSS接收机；

在岸基上还设置计算单元，计算单元接收每个测站墩上的第二GNSS接收机和两个第一GNSS接收机接收的卫星数据计算得到该测站墩的绝对沉降高程值。

本发明的目的在于还提供一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统，包括：

数据接收处理模块，其用于获取每个测站墩的绝对沉降高程值，其中选择首尾两个桥墩及首尾两个桥墩之间间隔的若干桥墩作为测站墩，相邻两个测站墩之间的桥墩作为测点墩；

位于每个测站墩的第一测量装置，对每相邻的两个测站墩，任选一个作为基准测站墩，所述第一测量装置用于测量另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角；

位于每个测点墩的第二测量装置，其与所述第一测量装置用于测量相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角，以计算该相邻两个测站墩之间每个测点墩的绝对沉降高程值。

在上述技术方案的基础上，所述第一测量装置包括全站仪和第一棱镜，所述第一棱镜位于每个测站墩的基准点上，对每相邻的两个测站墩，基准测站墩上的全站仪用于测量另一测站墩的第一棱镜相对基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

在上述技术方案的基础上，所述第二测量装置包括第二棱镜，所述第二棱镜位于每个测点墩的监测点上，基准测站墩上的全站仪用于测量相邻两个测站墩之间的每个测点墩的第二棱镜相对于基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

在上述技术方案的基础上，所述数据接收处理模块通过公式：

计算每个测点墩的绝对沉降高程值；其中，H_i+n表示每个测点墩的绝对沉降高程值，H_i、H_j分别表示相邻的两个测站墩中基准测站墩和另一测站墩的绝对沉降高程值，S_ij、a_ij分别表示另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，S_i,i+n、a_i,i+n分别表示相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角。

在上述技术方案的基础上，所述数据接收处理模块包括两个分别设置在桥两端岸基的GNSS参考站上的第一GNSS接收机、多个分别设置在测站墩上第二GNSS接收机以及设置在岸基的计算单元；

所述计算单元获取两个第一GNSS接收机和每个测站墩上的第二GNSS接收机接收的卫星数据计算得到该测站墩的绝对沉降高程值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的采用“测站墩+测点墩”的方式，化整为零，将跨海长桥的多个桥墩的绝对沉降高程值转化为多个短桥桥墩的少个桥墩的绝对沉降高程值，只需获取每个短桥桥墩两端的测站墩绝对沉降高程值，再通过测量和计算得到每个短桥桥墩两端之间测点墩绝对沉降高程值，最后得到所有测站墩和测点墩的绝对沉降量，既保证了测量精度，而且测量成本低。

附图说明

图1为本发明实施例中跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法的流程图；

图2为本发明实施例中跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法的原理图；

图3为本发明实施例中跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统的原理图；

图中：1、测站墩；11、全站仪；12、第一棱镜；13、第二GNSS接收机；2、测点墩；21、第二棱镜；3、GNSS参考站；31、第一GNSS接收机。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1，选择首尾两个桥墩及首尾两个桥墩之间间隔的若干桥墩作为测站墩1，相邻两个测站墩1之间的桥墩作为测点墩2，获取每个测站墩1的绝对沉降高程值。

具体地，参见2所示，假设跨海长桥长度35千米，每间隔20个桥墩设置19个测站墩1，第一号至第十九号测站墩1依次设置在跨海长桥1#桥墩、22#桥墩、43#桥墩、64#桥墩、85#桥墩、106#桥墩、127#桥墩、148#桥墩、169#桥墩、第190#桥墩、211#桥墩、232#桥墩、253#桥墩、274#桥墩、295#桥墩、316#桥墩、337#桥墩、358#桥墩、379#桥墩，相邻两个测站墩1之间的桥墩作为测点墩2。

在桥两端的岸基上分别设置一个GNSS参考站3，GNSS参考站3上设置第一GNSS接收机31，在每个测站墩1上均设置第二GNSS接收机13；

在岸基上还设置计算单元，计算单元接收每个测站墩1上的第二GNSS接收机13和两个第一GNSS接收机31接收的卫星数据计算得到该测站墩1的绝对沉降高程值。

步骤S2，对每相邻的两个测站墩1，任选一个作为基准测站墩，测量另一测站墩1的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，再测量该相邻两个测站墩1之间的每个测点墩2的基准点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角，以计算该相邻两个测站墩1之间每个测点墩2的绝对沉降高程值。

具体地，在每个测站墩1的基准点上均设置第一棱镜1，每个测站墩1上还设置全站仪11，对每相邻的两个测站墩1，使用基准测站墩上的全站仪11测量另一测站墩1的第一棱镜1相对基准测站墩的第一棱镜1的距离和竖直角。

在每个测点墩2的基准点上均设置第二棱镜21，使用基准测站墩上的全站仪11测量相邻两个测站墩1之间的每个测点墩2的第二棱镜21相对于基准测站墩的第一棱镜1的距离和竖直角。

参见2所示，通过公式：

计算每个测点墩2的绝对沉降高程值；其中，H_i+n表示每个测点墩2的绝对沉降高程值，H_i、H_j分别表示相邻的两个测站墩1中基准测站墩和另一测站墩1的绝对沉降高程值，S_ij、a_ij分别表示另一测站墩1的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，S_i,i+n、a_i,i+n分别表示相邻两个测站墩1之间的每个测点墩2的基准点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角。具体地，第一测量装置将测量数据发送至计算单元，计算单元根据上述公式计算得到每个测点墩2的绝对沉降高程值。

步骤S3，多次重复S1～S2，以第一次所有测站墩1和测点墩2的绝对沉降高程值为基准，将后续每次得到的测站墩1和测点墩2绝对沉降高程值与基准比较，以得到该次所有测站墩1和测点墩2的绝对沉降量。

与现有技术相比，本发明实施例中的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法，采用“测站墩1+测点墩2”的方式，化整为零，将跨海长桥的多个桥墩的绝对沉降高程值转化为多个短桥桥墩的少个桥墩的绝对沉降高程值，只需在每个短桥桥墩的两端的测站墩1设置GNSS接收机，减少GNSS接收机使用量，降低测量的成本。同时，由于测站墩1是使用GNSS接收机得到测站墩1的绝对沉降高程值，测量结果精度高，该测量结果作为后续测量和计算的测点墩2的基准，确保所有测站墩1的测点墩2绝对沉降高程值的测量精度，最后得到的所有测站墩1和测点墩2的绝对沉降量必然也能够保证测量精度。

每个短桥桥墩的少个桥墩通过距离和竖直角，采用差分三角高程原理测量，通过减少使用以我们研制的海中GNSS沉降测量技术作为基准，控制远距离差分三角高程测量，使其满足沉降测量要求。

需要指出的是，本发明实施例在测量和计算所有测站墩1和测点墩2的绝对沉降高程值和绝对沉降量时，应消除测量装置的安装高度以及自身高度对最后结果的影响。

另外，本发明实施例中的所有测站墩1、两个GNSS参考站3以及计算单元都设有无线通信设备，便于所有测站墩1和两个GNSS参考站3将相关的数据输送至计算单元，同时计算单元也设有显示设备，将接收的数据和计算的结果实时显示，有益于工作人员观测。

参见3所示，本发明实施例还提供一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统，包括：数据接收处理模块、位于每个测站墩1的第一测量装置以及位于每个测点墩2的第二测量装置。

数据接收处理模块，其用于获取每个测站墩1的绝对沉降高程值，其中选择首尾两个桥墩及首尾两个桥墩之间间隔的若干桥墩作为测站墩1，相邻两个测站墩1之间的桥墩作为测点墩2。

具体地，参见2所示，假设跨海长桥长度35千米，每间隔20个桥墩设置19个测站墩1，第一号至第十九号测站墩1依次设置在跨海长桥1#桥墩、22#桥墩、43#桥墩、64#桥墩、85#桥墩、106#桥墩、127#桥墩、148#桥墩、169#桥墩、第190#桥墩、211#桥墩、232#桥墩、253#桥墩、274#桥墩、295#桥墩、316#桥墩、337#桥墩、358#桥墩、379#桥墩，相邻两个测站墩1之间的桥墩作为测点墩2。

数据接收处理模块包括两个分别设置在桥两端岸基的GNSS参考站3上的第一GNSS接收机31、多个分别设置在测站墩1上第二GNSS接收机13以及设置在岸基的计算单元；

计算单元获取两个第一GNSS接收机31和每个测站墩1上的第二GNSS接收机13接收的卫星数据计算得到该测站墩1的绝对沉降高程值。

对每相邻的两个测站墩1，任选一个作为基准测站墩，第一测量装置用于测量另一测站墩1的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角。

具体地，第一测量装置包括全站仪11和第一棱镜12，第一棱镜12位于每个测站墩1的基准点上，对每相邻的两个测站墩1，基准测站墩上的全站仪11用于测量另一测站墩1的第一棱镜12相对基准测站墩的第一棱镜12的距离和竖直角。

第二测量装置与第一测量装置用于测量相邻两个测站墩1之间的每个测点墩2的基准点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角，以计算该相邻两个测站墩1之间每个测点墩2的绝对沉降高程值。

具体地，第二测量装置包括第二棱镜21，第二棱镜21位于每个测点墩2的基准点上，基准测站墩上的全站仪11用于测量相邻两个测站墩1之间的每个测点墩2的第二棱镜21相对于基准测站墩的第一棱镜12的距离和竖直角。

数据接收处理模块通过公式：

计算每个测点墩2的绝对沉降高程值；其中，H_i+n表示每个测点墩2的绝对沉降高程值，H_i、H_j分别表示相邻的两个测站墩1中基准测站墩和另一测站墩1的绝对沉降高程值，S_ij、a_ij分别表示另一测站墩1的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，S_i,i+n、a_i,i+n分别表示相邻两个测站墩1之间的每个测点墩2的基准点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角。具体地，第一测量装置将测量数据发送至计算单元，计算单元根据上述公式计算得到每个测点墩2的绝对沉降高程值。

多次重复测量，以第一次所有测站墩1和测点墩2的绝对沉降高程值为基准，将后续每次得到的测站墩1和测点墩2绝对沉降高程值与基准比较，以得到该次所有测站墩1和测点墩2的绝对沉降量。

与现有技术相比，本发明实施例中的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统，采用“测站墩1+测点墩2”的方式，化整为零，将跨海长桥的多个桥墩的绝对沉降高程值转化为多个短桥桥墩的少个桥墩的绝对沉降高程值，只需在每个短桥桥墩的两端的测站墩1设置GNSS接收机，减少GNSS接收机使用量，降低测量的成本。同时，由于测站墩1是使用GNSS接收机得到测站墩1的绝对沉降高程值，测量结果精度高，该测量结果作为后续测量和计算的测点墩2的基准，确保所有测站墩1的测点墩2绝对沉降高程值的测量精度，最后得到的所有测站墩1和测点墩2的绝对沉降量必然也能够保证测量精度。

本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选择首尾两个桥墩及首尾两个桥墩之间间隔的若干桥墩作为测站墩，相邻两个测站墩之间的桥墩作为测点墩，获取每个测站墩的绝对沉降高程值；

S2、对每相邻的两个测站墩，任选一个作为基准测站墩，测量另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，再测量该相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角，以计算该相邻两个测站墩之间每个测点墩的绝对沉降高程值；其中，通过公式

计算每个测点墩的绝对沉降高程值；其中，H_i+n表示每个测点墩的绝对沉降高程值，H_i、H_j分别表示相邻的两个测站墩中基准测站墩和另一测站墩的绝对沉降高程值，S_ij、a_ij分别表示另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，S_i,i+n、a_i,i+n分别表示相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角；

S3、多次重复S1～S2，以第一次所有测站墩和测点墩的绝对沉降高程值为基准，将后续每次得到的测站墩和测点墩绝对沉降高程值与基准比较，以得到该次所有测站墩和测点墩的绝对沉降量。

2.如权利要求1所述的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

在每个测站墩的基准点上均设置第一棱镜，每个测站墩上还设置全站仪，对每相邻的两个测站墩，使用基准测站墩上的全站仪测量另一测站墩的第一棱镜相对基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

3.如权利要求2所述的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法，其特征在于，步骤S2还包括以下步骤：

在每个测点墩的监测点上均设置第二棱镜，使用基准测站墩上的全站仪测量相邻两个测站墩之间的每个测点墩的第二棱镜相对于基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

4.如权利要求1所述的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：

在桥两端的岸基上分别设置一个GNSS参考站，GNSS参考站上设置第一GNSS接收机，在每个测站墩上均设置第二GNSS接收机；

在岸基上还设置计算单元，计算单元接收每个测站墩上的第二GNSS接收机和两个第一GNSS接收机接收的卫星数据计算得到该测站墩的绝对沉降高程值。

5.一种跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统，其特征在于，包括：

数据接收处理模块，其用于获取每个测站墩的绝对沉降高程值，其中选择首尾两个桥墩及首尾两个桥墩之间间隔的若干桥墩作为测站墩，相邻两个测站墩之间的桥墩作为测点墩；

位于每个测站墩的第一测量装置，对每相邻的两个测站墩，任选一个作为基准测站墩，所述第一测量装置用于测量另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角；

位于每个测点墩的第二测量装置，其与所述第一测量装置用于测量相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角，以计算该相邻两个测站墩之间每个测点墩的绝对沉降高程值；具体地，所述数据接收处理模块通过公式

计算每个测点墩的绝对沉降高程值；其中，H_i+n表示每个测点墩的绝对沉降高程值，H_i、H_j分别表示相邻的两个测站墩中基准测站墩和另一测站墩的绝对沉降高程值，S_ij、a_ij分别表示另一测站墩的基准点相对基准测站墩的基准点的距离和竖直角，S_i,i+n、a_i,i+n分别表示相邻两个测站墩之间的每个测点墩的监测点相对于基准测站墩的基准点的距离和竖直角。

6.如权利要求5所述的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统，其特征在于：

所述第一测量装置包括全站仪和第一棱镜，所述第一棱镜位于每个测站墩的基准点上，对每相邻的两个测站墩，基准测站墩上的全站仪用于测量另一测站墩的第一棱镜相对基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

7.如权利要求6所述的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统，其特征在于：

所述第二测量装置包括第二棱镜，所述第二棱镜位于每个测点墩的监测点上，基准测站墩上的全站仪用于测量相邻两个测站墩之间的每个测点墩的第二棱镜相对于基准测站墩的第一棱镜的距离和竖直角。

8.如权利要求5所述的跨海长桥桥墩绝对沉降量的测量系统，其特征在于：

所述数据接收处理模块包括两个分别设置在桥两端岸基的GNSS参考站上的第一GNSS接收机、多个分别设置在测站墩上第二GNSS接收机以及设置在岸基的计算单元；

所述计算单元获取两个第一GNSS接收机和每个测站墩上的第二GNSS接收机接收的卫星数据计算得到该测站墩的绝对沉降高程值。

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