港珠澳大橋主體工程測量關鍵技術淺析

吳迪軍，熊 偉，姚 靜

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，湖北武漢430050)

港珠澳大橋主體工程測量關鍵技術淺析

吳迪軍，熊 偉，姚 靜

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，湖北武漢430050)

介紹港珠澳大橋主體工程開工前，由測量控制中心負責完成的三大測控關鍵技術，包括港珠澳大橋主體工程高精度測量基準的建立與維護技術、GNSS連續運行參考站系統和測繪信息管理系統。

港珠澳大橋;首級控制網;CORS;測繪信息管理系統

港珠澳大橋海中橋隧工程起自香港大嶼山石散石灣，經香港水域，穿(跨)越珠江口，止于珠海/澳門口岸人工島，總長約35.6 km。其中，粵港澳三地共同建設的主體工程長約29.6 km，由東、西人工島、約6.7 km長的海底隧道及總長約22.9 km的橋梁組成。該橋具有跨海距離長(超過30 km)、工程規模大、建設條件復雜、結構型式多樣、技術難度大、施工周期長、地理位置特殊及政治意義重大等突出特點。同時，其海底隧道采用沉管法施工，管節沉放及水下對接的難度大、精度要求高。因此，相對于杭州灣大橋［1］、東海大橋［2］等其他已建成的跨海大橋而言，港珠澳大橋主體工程建設期間的測量工作更加復雜、技術難度更大。本文重點介紹主體工程開工前，由港珠澳大橋主體工程測量控制中心負責完成的三大測量關鍵技術，即港珠澳大橋主體工程高精度測量基準的建立與維護技術、港珠澳大橋GNSS連續運行參考站系統和測繪信息管理系統。

一、港珠澳大橋高精度測量基準的建立與維護

港珠澳大橋主體工程測量基準由首級控制網和在此基礎上逐級加密建成的首級加密網及一、二級施工加密網組成。其中，首級控制網是港珠澳大橋的基礎控制網，自2008年建網至今，目前已經完成了三期復測。工程建設期間，測控中心將對首級控制網進行一年一次的復測，對測量基準進行持續的維護和管理，確保其穩定性、可靠性和準確性以滿足工程施工的需要。首級平面控制網示意圖如圖1所示;首級高程控制網示意圖如圖2所示。

圖1 港珠澳大橋首級平面控制網示意圖

圖2 港珠澳大橋首級高程控制網示意圖

首級控制網集成了GNSS衛星定位、精密水準測量、高精度跨江三角高程測量、現代重力場、精化大地水準面與工程坐標系等測繪及相關學科的先進技術和方法，是長距離跨海橋隧工程高精度控制網的典型范例。主要的關鍵技術成果如下。

1)首級GPS平面控制網由14個首級GPS控制點和3個GNSS連續運行參考站構成，并按國家B級GPS網精度施測，以科學先進的數據處理方法，獲得了高精度的坐標成果，統一了港、珠、澳三地的坐標基準。

2)首級高程控制網由59個一等水準點和52個二等水準點構成。其中，一等水準路線總長約260 km;二等水準路線總長約100 km。實施了多處跨江(海)高程傳遞測量，獲得了高精度的高程成果，統一了港、珠、澳三地的高程基準。

3)設計和建立了滿足主體工程建設要求的港珠澳大橋工程坐標系，研究和確立了工程坐標系與WGS-84坐標系、1954北京坐標系、1983珠海坐標系、香港1980方格網及澳門坐標系之間精確的坐標轉換模型。

4)依據最新的地球重力場理論和方法，建立了高精度的港珠澳大橋地區的局部重力似大地水準面，與GPS水準聯合求解后，獲得了高精度的似大地水準面成果。

二、港珠澳大橋GNSS連續運行參考站系統

港珠澳大橋 GNSS連續運行參考站系統(HZMB-CORS)由3個參考站、1個監測站和1個數據中心構成，參考站分布圖如圖3所示。該系統包括參考站網子系統、數據中心子系統、數據通信子系統、用戶服務子系統和實時監測子系統共5個子系統。參考站的GNSS觀測數據首先通過專線通信網匯集到數據中心，在中心服務器上使用GPSNet軟件進行數據統一解算和原始數據存儲，并通過GPRS/CDMA網絡向流動站用戶GNSS接收機發送差分數據，提供厘米級的實時定位服務。同時，在珠海野貍島和香港虎山兩個參考站上架設無線電臺，發送傳統的差分信號，作為網絡RTK的一種輔助方式，為流動站用戶提供常規RTK定位服務。該系統于2009年開工建設，2010年11月12日通過驗收并投入運行。目前，該系統已用于主體工程勘察、島隧工程施工及海中試樁工程施工中，系統運行正常，定位精度可靠。

港珠澳大橋 GNSS連續運行參考站系統(HZMB-CORS)是我國首個獨立的基于VRS的工程CORS，也是首個用于工程施工的跨境CORS。相對于國內其他CORS系統而言［3-4］，該系統的主要關鍵技術成果如下。

1)系統設計合理，使用了先進的儀器設備和參考站網系統軟件，其性能穩定、可靠。網絡RTK定位精度：平面優于±2 cm，高程優于±3 cm。系統的總體技術處于國內領先水平。

2)采用高精度GPS數據處理軟件，優化數據處理方法，并應用精化大地水準面模型，有效地提高了系統實時定位的高程精度。

3)建立了系統監測站，研發了專門的系統監測軟件，實現了對系統精度和可靠性的實時監控。

4)系統具有數據自動采集和傳輸、遠程監控和報警等自動化功能，系統的數據安全性能良好。

5)建立了基于HZMB-CORS參考站的工程坐標基準，確定了WGS-84坐標系到1954北京坐標系、橋梁工程坐標系和隧道工程坐標系的實時定位坐標轉換參數。

圖3 HZMB-CORS系統參考站分布示意圖

三、港珠澳大橋測繪信息管理系統

近十余年來，一些工程建設項目進行了測繪信息(管理)系統建設的嘗試，如杭州灣大橋、江蘇潤揚長江大橋工程建設中建立了測繪信息系統［5-6］。然而，這些系統多為單機版的(非網絡版)，且系統功能僅限于測繪數據存儲、查詢管理等最基本功能，缺少測量業務管理等功能。目前，國內尚無具備測量管理功能的完整意義上的工程施工測繪信息管理系統。

港珠澳大橋主體工程建設期間不僅產生的測繪資料(信息)形式多樣、內容豐富、信息量較大，而且參建單位多，施工測量協調管理難度大。為了提高施工測量管理的效率和質量，測控中心負責建立了一個具備測繪信息管理、測量業務流轉、測量計算及統計分析功能的工程測繪信息管理系統——港珠澳大橋測繪信息管理系統(HZMB-SMIS)。

如圖4所示，HZMB-SMIS由五大功能模塊組成：信息管理模塊能夠安全、有序、集中地保存施工測量資料，使復雜、龐大的測量數據不丟失、不被閑置，實現測繪資料的信息化管理;查詢統計模塊用于對測繪數據的及時分析和高效處理，輔以各類統計圖形、報表的可視化輸出，滿足工程使用的需要;電子公務模塊是對測量信息的傳遞、報送、抽查、審批等現實工作流程的信息化模擬，也是實現無紙化辦公的重要途徑;運算分析模塊針對測量放樣、竣工檢測和變形監測數據，按照一定模型進行分析預測，以輔助管理者決策;系統管理模塊是系統角色權限指配、數據備份恢復、日志查詢等系統管理工作的工具，保證了系統的正常和安全運行。

圖4 HZMB-SMIS的總體功能結構

該系統采用的關鍵技術主要包括：基于工作流引擎的流程控制技術、基于 MVC(model view controller)的系統設計模式和基于活動目錄的用戶身份認證系統。工作流引擎是本系統實現測繪信息管理的核心組成部分，它能根據系統的角色、分工和業務規則等決定測繪信息的傳遞路由，以及決定報驗、抽檢、審批等業務的互操作解決方案。HZMB-SMIS的工作流引擎主要實現施工、監理、測控中心管理等過程定義工具及工作流客戶調用功能，由解析加載模塊、流程執行模塊、數據庫持久化模塊、安全模塊、事務管理模塊等組成。基于MVC模式具有功能耦合分離的特點，該系統在B/S體系結構中引入了新的思想——MVC設計模式，以實現前端頁面顯示與后臺數據的分離。通過這種模式，可以開發出具有伸縮性、便于擴展、便于整個流程維護的平臺。活動目錄(active directory)是一種分布式數據庫，用于存儲與網絡資源有關的信息，便于查詢和管理。活動目錄中的每一個用戶對象都有一個訪問控制表(ACL)，在其中有資源列表及訪問權限。通過活動目錄，本系統將網絡資源的使用權限和網絡的安全性通過登錄身份驗證以及目錄對象的訪問控制集成在一起，經過授權的網絡用戶可以訪問網絡指定位置的資源。

四、結束語

本文重點介紹了港珠澳大橋主體工程正式開工前測控中心完成的三大測控關鍵技術，在工程建設全過程中還涉及諸多測量關鍵技術難題，如沉管隧道沉放定位及水下對接測量，東、西人工島高程貫通測量及海中結構物沉降監測等，測控中心將配合施工單位開展相關課題研究，解決施工測量中的技術難題。

［1］ 潘國榮，劉紹堂，車建仁，等.橋梁工程測量技術現狀及其發展方向——以杭州灣跨海大橋為例［J］.橋梁建設，2009(1)：33-36.

［2］ 朱鶴，葉云.GPS與重力測量在東海大橋高程控制測量中的應用［J］.鐵道勘察，2005，31(3)：19-21.

［3］ 過靜珺，王麗，張鵬.國內外連續運行基準站網新進展和應用展望［J］.全球定位系統，2008(1)：1-10，35.

［4］ 韓守信，賴增先，王新文，等.青島海灣大橋GPS參考網站的設計與實施［J］.山東科技大學學報：自然科學版，2007，26：1-3.

［5］ 岳建平，劉軍.大型橋梁施工測量信息管理系統研制［J］.測繪通報，2004(8)：44-46.

［6］ 葛世超.大型橋梁施工測量信息管理系統中信息可視化的實現［J］.黑龍江工程學院學報：自然科學版，2004，18(4)：26-28.

Key Surveying Techniques of the Main Project Engineering of HongKong-Zhuhai-Macao Bridge

WU Dijun，XIONG Wei，YAO Jing

0494-0911(2012)09-0058-03

TU198.6

B

2011-09-14

吳迪軍(1964—)，男，湖南漣源人，博士，教授級高級工程師，主要從事GPS應用研究和工程測量技術管理工作。