專利名稱：大型橋梁凈空高度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及一種大型橋梁凈空高度測量方法。
背景技術(shù)：
大型橋梁作為連接通航河流兩岸交通網(wǎng)的重要樞紐，其數(shù)量在不斷增加，逐步使內(nèi)陸的公路網(wǎng)及鐵路網(wǎng)聯(lián)成整體，對我國的交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。但是，大橋的建設(shè)也會對船舶通航形成障礙，無形中增加了船舶航行難度，甚至引起船舶與橋梁碰撞，發(fā)生船毀橋損的重大事故，使國家和人民生命財(cái)產(chǎn)遭受損失，同時也給水上安全監(jiān)督管理帶來巨大壓力。為了最大限度地減小大橋?qū)竭\(yùn)業(yè)的負(fù)面影響、保障船舶在橋區(qū)的安全航行，在橋梁運(yùn)營階段，對橋梁的凈空高度進(jìn)行定期的監(jiān)測便顯得格外重要。橋梁的通航凈空高度是指橋區(qū)河道最高通航水位以上至橋梁結(jié)構(gòu)物上部結(jié)構(gòu)底緣的距離，應(yīng)符合《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ139-90)。不同等級的航道所要求的通航凈空高度是不同的。以長江為例，在橋梁建設(shè)期或建成后嚴(yán)重影響船舶通航的現(xiàn)象屢見不鮮，并且對長江航運(yùn)產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。例如南京長江大橋由于凈空高度偏低，以至于大型海輪被阻擋在南京長江大橋以下，在一定程度上阻礙了長江航運(yùn)業(yè)的發(fā)展。為了保障船舶在橋區(qū)的安全航行，應(yīng)對橋梁的凈空高度進(jìn)行定期的監(jiān)測。目前在我國與橋梁凈空測量相關(guān)的研究成果不多，觀測凈空高度主要有精密三角高程測量法與GPS測量法兩種。1、高精度三角高程測量方法三角高程測量是根據(jù)兩點(diǎn)間的水平距離和垂直角計(jì)算出兩點(diǎn)間的高差。它觀測方法簡單，不受地形條件限制，是測定大地控制點(diǎn)高程的基本方法。設(shè)地面上兩點(diǎn)為A、B，在點(diǎn)A安置經(jīng)緯儀，在點(diǎn)B設(shè)置覘 標(biāo)，測得垂直角α，量得儀器高i和覘標(biāo)高V，并已知Α、Β兩點(diǎn)間的水平距離D，則可確定出Α、Β之高差hAB，具體如圖1所示。Iiab=D.tana +1-v (I)目前一般采用全站儀進(jìn)行三角高程測量。設(shè)測出的斜距為S，三角高程的計(jì)算公式為:Iiab=S.sin a +1-v (2)當(dāng)A、B兩點(diǎn)較遠(yuǎn)(大于300m)時，三角高程需顧及地球曲率和大氣折光對高差的影響,經(jīng)球氣差改正后的公式為:.D2= I).tail cz + i — V + (一灸)(3)式中，R為地球曲率半徑汰為大氣折光系數(shù)，可由對向觀測得到，也可在兩已知高程點(diǎn)之間由三角高程觀測求得。三角高程對向同時觀測可以極大地提高精度，消除或減弱儀器高誤差、大氣垂直折射差、地球曲率誤差等多項(xiàng)誤差。對向觀測所求得的高差較差不應(yīng)大于D/10000 (米)，若符合要求，則取兩次高差的平均值。
2、GPS 測量法與三角高程測量方法相比，GPS測量的主要特點(diǎn)是:自動化程度高、點(diǎn)間無需通視、全天候、高精度、定位速度快、布點(diǎn)靈活和操作方便等。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時動態(tài)差分法(realtime kinematic，RTK)是實(shí)現(xiàn)中長距離高精度實(shí)時動態(tài)GPS定位的有效手段。當(dāng)前較成熟的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是虛擬參考站(virtual reference station, VRS)技術(shù)和主輔站(master-auxiliary concept,MAC)技術(shù),其中又以VRS應(yīng)用最為成功,市場占用率最高。VRS的基本原理就是綜合利用各參考站的觀測數(shù)據(jù)，通過建立精確的誤差模型來修正空間距離相關(guān)誤差，在用戶移動站附近產(chǎn)生一個物理上不存在的虛擬參考站，由于虛擬參考站一般通過流動站用戶接收機(jī)的單點(diǎn)定位解來建立，故該點(diǎn)與用戶站構(gòu)成的基線長度一般在十幾米之內(nèi)，這樣就可以在用戶站與虛擬參考站之間形成超短基線，即可按照常規(guī)差分解算的模式來進(jìn)行定位。VRS數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中三角高程測量法受通視條件影響較大，以及GPS測量法的高程方向無檢核條件造成結(jié)果可靠性較差等橋梁凈空高度測量技術(shù)存在不足，本發(fā)明提供一種精度高、可靠性強(qiáng)的大型橋梁實(shí)時凈空高度測量新方法。技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:大型橋梁凈空高度測量方法，包括如下步驟:(I)在大橋橋面一端的人行道上，針對每一個橋跨布置若干待測點(diǎn)；(2)以RTK量取實(shí)時水面水位，并設(shè)定臨時水尺，獲取水面高程H。；(3)在大橋的上游岸邊用RTK布置控制點(diǎn)，獲取控制點(diǎn)高程；(4)在控制點(diǎn)上安置全站儀，使用全站儀分別測定待測點(diǎn)的水平距離及垂直角，獲得相應(yīng)聞差，根據(jù)獲得的相應(yīng)聞差計(jì)算待測點(diǎn)的聞程；(5)在橋面上利用GPS實(shí)時動態(tài)測量方法獲得待測點(diǎn)的高程Heps ；(6)對和Heps進(jìn)行比較，若差值小于δ，則取兩者的平均值為最終高程，否則返回步驟(4);(7)根據(jù)大橋設(shè)計(jì)資料，在設(shè)計(jì)圖紙上量出測量點(diǎn)的橋梁厚度及軌道梁尺寸，顧及橋梁橫坡改正、梁厚改正及檢修車的軌道改正后，獲得相應(yīng)測量點(diǎn)的梁底高程HpHi與Htl之差即為相應(yīng)測量點(diǎn)的實(shí)時凈空高度。優(yōu)選的,所述步驟(6)中，δ =5cm。—般來說，所述步驟(I)中，針對大橋其中一個橋跨的所有待測點(diǎn)，需覆蓋該橋跨中間的2/3部分。一般來說，所述步驟(I)中，針對大橋其中任意一個橋跨的所有待測點(diǎn)，相鄰兩個待測點(diǎn)之間的水平間距為50m。一般來說，所述步驟(I)中，針對大橋其中任意一個橋跨的所有待測點(diǎn)，其中一個待測點(diǎn)位于橋跨的中央點(diǎn)。一般來說，所述步驟(I)中，針對大橋其中任意一個橋跨的所有待測點(diǎn)，數(shù)目為7。本發(fā)明使用GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)結(jié)合全站儀精密三角高程測量技術(shù)測量橋面點(diǎn)高程，經(jīng)橋梁橫坡、橋梁厚度及軌道梁改正后，與水面高程相減得到相應(yīng)點(diǎn)的凈空高度。
有益效果:本發(fā)明提供的大型橋梁凈空高度測量方法，對大型橋梁這類較復(fù)雜的工程載體來說，采用GPS測量和三角高程測量可以解決點(diǎn)位相互不通視和高差較大的問題，既提高了作業(yè)速度，又保證了數(shù)據(jù)的可靠性和可信度；本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測量大型橋梁的梁底標(biāo)高，保證橋梁凈空高程數(shù)據(jù)的可靠性與可信度，可廣泛應(yīng)用于大型橋梁的實(shí)際通航凈空高度測量，確保船舶安全通行。


圖1為全站儀三角高程測量示意圖；圖2為GPS網(wǎng)絡(luò)RTK測量VRS數(shù)據(jù)處理流程；圖3為本發(fā)明中橋面待測點(diǎn)布置示意圖；圖4為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。一種大型橋梁凈空高度測量方法，包括如下步驟:(I)如圖1所示，在大橋橋面一端的人行道上，針對每一個橋跨布置若干待測點(diǎn)；針對大橋其中任意一個橋跨，按如下方式選擇待測點(diǎn)，橋跨的中央點(diǎn)A點(diǎn),距離A點(diǎn)50m處的B點(diǎn)和C點(diǎn)，距離A點(diǎn)IOOm處的D點(diǎn)和E點(diǎn)，距離A點(diǎn)190m處的F點(diǎn)和G點(diǎn)；相鄰待測點(diǎn)之間的間距可根據(jù)橋體實(shí)際大小做改動，一般要求待測點(diǎn)需覆蓋該橋跨中間的2/3部分(2)以RTK量取實(shí)時水面水位，并設(shè)定臨時水尺，獲取水面高程H。；(3)在大橋的上游岸邊用RTK布置控制點(diǎn)，獲取控制點(diǎn)高程；(4)在控制點(diǎn)上安置全站儀，使用全站儀分別測定待測點(diǎn)的水平距離及垂直角，獲得相應(yīng)聞差，根據(jù)獲得的相應(yīng)聞差計(jì)算待測點(diǎn)的聞程；(5)在橋面上利用GPS實(shí)時動態(tài)測量方法獲得待測點(diǎn)的高程Heps ；(6)對H全站儀和Heps進(jìn)行比較，若差值δ < 5cm，則取兩者的平均值(H全站儀+Heps)/2為最終高程，否則返回步驟(4);(7)根據(jù)大橋設(shè)計(jì)資料，在設(shè)計(jì)圖紙上量出測量點(diǎn)的橋梁厚度及軌道梁尺寸，顧及橋梁橫坡改正、梁厚改正及檢修車的軌道改正后，獲得相應(yīng)測量點(diǎn)的梁底高程HpHi與Htl之差即為相應(yīng)測量點(diǎn)的實(shí)時凈空高度。上述方法具體實(shí)現(xiàn)流程圖如4所示。實(shí)施例算例數(shù)據(jù)采用某城市長江大橋通航范圍內(nèi)的大橋梁底標(biāo)高測量數(shù)據(jù)，得到準(zhǔn)確的通航凈空高度。測量所得數(shù)據(jù)，經(jīng)過初步處理，得表1:表I某城市長江大橋梁底標(biāo)高計(jì)算表(單位:米)
權(quán)利要求
1.大型橋梁凈空高度測量方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)在大橋橋面一端的人行道上，針對每一個橋跨布置若干待測點(diǎn)； (2)以網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測量實(shí)時水面水位，并設(shè)定臨時水尺，獲取水面高程Htl； (3)在大橋的上游岸邊用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)布置控制點(diǎn)，獲取控制點(diǎn)高程； (4)在控制點(diǎn)上安置全站儀，使用全站儀分別測定待測點(diǎn)的水平距離及垂直角，獲得相應(yīng)聞差，根據(jù)獲得的相應(yīng)聞差計(jì)算待測點(diǎn)的聞程； (5)在橋面上利用GPS實(shí)時動態(tài)測量方法獲得待測點(diǎn)的高程Heps； (6)對和Heps進(jìn)行比較，若差值小于δ，則取兩者的平均值為最終高程，否則返回步驟(4)； (7)根據(jù)大橋設(shè)計(jì)資料，在設(shè)計(jì)圖紙上量出測量點(diǎn)的橋梁厚度及軌道梁尺寸，顧及橋梁橫坡改正、梁厚改正及檢修車的軌道改正后，獲得相應(yīng)測量點(diǎn)的梁底高程HpHi與Htl之差即為相應(yīng)測量點(diǎn)的實(shí)時凈空高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁凈空高度測量方法，其特征在于:所述步驟(6)中，δ=5cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁凈空高度測量方法，其特征在于:所述步驟(I)中，針對大橋其中任意一個橋跨的所有待測點(diǎn)，覆蓋該橋跨中間的2/3部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁凈空高度測量方法，其特征在于:所述步驟(I)中，針對大橋其中任意一個橋跨的所有待測點(diǎn)，相鄰兩個待測點(diǎn)之間的水平間距為50m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁凈空高度測量方法，其特征在于:所述步驟(I)中，針對大橋其中任意一個橋跨的所有待測點(diǎn)，其中一個待測點(diǎn)位于橋跨的中央點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型橋梁凈空高度測量方法，其特征在于:所述步驟(I)中，針對大橋其中任意一個橋跨的所有待測點(diǎn)，數(shù)目為7。
全文摘要
本發(fā)明公開了大型橋梁凈空高度測量方法，使用GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)結(jié)合全站儀精密三角高程測量技術(shù)實(shí)時得到橋面點(diǎn)高程，經(jīng)橋梁橫坡、橋梁厚度及檢修軌道梁改正后得到軌道梁底的高程，再與實(shí)時水面高程相減得到相應(yīng)點(diǎn)的凈空高度。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確測量大型橋梁的梁底標(biāo)高，保證了橋梁凈空高程數(shù)據(jù)的可靠性與可信度，可廣泛應(yīng)用于大型橋梁的實(shí)際通航凈空高度測量，確保船舶安全通行。
文檔編號G01C5/00GK103175506SQ201310071918
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者高成發(fā), 生仁軍, 陳偉榮, 廈炎, 時小飛 申請人:東南大學(xué)