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跨海大桥及连接线工程建设用地竣工复测以浙江省“三湾工程”为例

时间:2022年05月10日 所属分类:科学技术论文 点击次数:

摘要: 对建设用地重新规划是缓解经济发展压力, 提高经济发展速度的一种方式, 对建设用地的重新规划需要竣工复测, 而跨海大桥及连接线工程由于线形复杂且长、 受气候影响大、 安全系数低导致竣工复测更为不易。 本文以浙江省三门湾、 台州湾、 乐清湾大桥及接线工程

  摘要: 对建设用地重新规划是缓解经济发展压力, 提高经济发展速度的一种方式, 对建设用地的重新规划需要竣工复测, 而跨海大桥及连接线工程由于线形复杂且长、 受气候影响大、 安全系数低导致竣工复测更为不易。 本文以浙江省三门湾、 台州湾、 乐清湾大桥及接线工程(“三湾工程” )项目为例, 详细介绍了 GNSS、 无人机倾斜摄影测量及三维建模等现代测量技术在跨海大桥及连接线工程建设用地竣工复测中的应用, 期望为其他同类项目竣工复测提供参考。

  关键词: GNSS; 倾斜摄影测量; 三湾工程; 竣工测量

工程测量

  引言

  近几年, 道路、 桥梁等交通基础设施的建设连通了全国, 促进了各地的城市化建设, 实现了经济的巨大飞跃。 但是随着城市化道路的不断发展, 原有道路桥梁的质量与能力等已不能满足经济发展的需求[1,2], 因此需要对其建设用地进行竣工复测,进而重新规划。 竣工测量是指各种工程建设竣工、验收时所进行的测绘工作, 竣工测量的最终成果就是竣工总平面图, 它包括反映工程竣工时的地形现状、 地上与地下各种建筑物以及各类管线平面位置与高程的总现状地形图和各类专业图等。 相对于内陆而言, 位于沿海地区的跨海大桥, 测量条件更为艰苦, 由于海域宽阔, 控制点只能布设在已施工完成的承台上, 制约了控制网的设计[3,4]。

  两向接线工程中则需要同时负责双向工程, 跨海大桥的双向连接工程难度更是大大增加。跨海大桥及连接线工程存在以下技术难点: ①传播误差大。 水准高程控制测量误差传播存在累计属性, 与距起算点的距离呈正相关, 跨海大桥及连接线工程等线形工程累计误差惊人[5]; ②投影变形严重。 在高斯投影中, 测区离中央子午线越远, 高度越大, 投影长度变形越大。 跨海大桥及连接线工程由于线路长、 范围广导致投影变形严重[6]; ③地形复杂, 气候恶劣。 跨海大桥处于陆海相交的海域环境中, 地质情况复杂, 海上风浪等自然气候条件恶劣[7]。随着无人机航摄、 全球卫星导航系统( GlobalNavigation Satellite System, GNSS)、 三维建模等现代测量技术在测绘及竣工测量中的广泛应用[8~ 15], 跨海大桥及连接线工程的问题也有了更好的解决方法。

  文献[8~ 10]分别探究了三维激光扫描技术在现代几何式立面结构建筑、 地铁车站线形建筑及异形建筑中的应用, 但是由于跨海大桥所处环境的特殊性, 对于站载式激光扫描仪而言, 其站点难以选择, 无法对跨海大桥的全面结构进行描绘; 文献[11~13] 探究了无人机倾斜摄影技术在城市建筑中的应用, 城市建筑大多属于现代几何式立面结构建筑, 而跨海大桥及接线工程属于线形结构工程, 可选特征较为稀少, 相较于城市建筑而言, 倾斜摄影技术应用难度更大; 文献 [14, 15] 则探究了无人机技术在道路测量与管线测量等线形结构建筑中的应用, 但是仅仅利用了无人机技术, 无法对无人机倾斜摄影在线形结构产生的累计误差进行消除。

  鉴于此, 本文以浙江省三门湾、 台州湾、 乐清湾大桥及接线工程(以下简称“三湾工程” ) 项目为例, 综合运用 GNSS 控制测量与无人机倾斜摄影等现代测量技术, 探究了现代测量技术在跨海大桥及连接线工程建设用地竣工复测中的应用, 解决了跨海大桥及连接线工程中在地形复杂的情况下传播误差大、 变形严重等问题, 而且本次项目无人机倾斜摄影的三维建模成果能够满足 1∶500 大比例尺竣工复测地形测图精度要求。

  1 工程概况

  三湾工程位于东经 121° 00′至 121° 40′, 北纬27°50′至 29°40′, 沿线地形复杂多样, 地处沿海滩涂、 低山丘陵, 地类多以鱼塘、 旱地、 园地、 林地等为主。 三湾工程全长 147. 31km, 连接线 18. 71km,分为三部分。 三门湾大桥及接线工程起于宁波象山戴港, 止于三门县六敖互通, 全长 38. 15km, 其中台州段境内 6. 73km (均属三门县)。

  台州湾大桥及接线工程起自三门县六敖镇, 接三门湾大桥及接线工程, 途经三门县、 临海市、 椒江区、 路桥区和温岭市 5 个县(市、 区), 终点与乐清湾大桥及接线工程相接, 路线主线长 102. 43km, 连接线长 13. 8km。共设桥梁 92 座、 隧道 10 座。 浙乐清湾大桥及接线工程起点接台州湾大桥及接线的终点, 止于乐清市南塘镇, 路线主线长 38. 15km, 连接线长 4. 91km。本着 “权属合法、 界址清楚、 面积准确” 的原则, 依据相关技术标准, 充分利用已有成果, 以全球卫星导航系统进行控制测量, 采用无人机倾斜摄影测量的方法完成 1∶500 竣工复测地形图测制, 结合权属核查情况, 复核本项目的批准用地面积、 安置用地面积和新增用地面积, 为土地专项验收提供基础数据, 同时对服务区等单体工程的绿地、 人防等进行测量。

  2 控制测量基于水准测量与 GNSS 测量的互补性, 采取大范围使用 GNSS 测量控制, 小范围使用水准测量细化的方法。 GNSS 测量不受地形影响, 能够精确测量控制点的空间位置, 因此适用于大范围的控制点测量, 也能够将测量区域进行划分, 减小长距离、大范围的线形工程在传播过程中测量误差的累计,小范围采用水准测量细化控制测量。

  利用从浙江省测绘资料档案馆收集的沿线 14个高等级 GNSS 控制点为起算点, 其平面坐标为2000 国家大地坐标系, 高程基准为 1985 国家高程基准(二期)。 全线统一布设 D 级 GNSS 网, 在 D 级GNSS 网下布设 E 级 GNSS 控制点, 作为整个项目框架性的控制, 以满足像控点和图根点及界桩测设需求。 其中 D 级 GNSS 控制点 32 个, 平均边长约5km, E 级 GNSS 控制点约 110 个, 平均边长为 1km(隧道部分除外)。 本文中 D、 E 级 GNSS 控制网采用静态相对定位模式测量, 沿线路形成带状网, 全网拟采用边连、 网连式构网, 利用 ZJ CORS 或 TZCORS 采集 D、 E 级控制点的大地高, 其中 D、 E 级GNSS 控制网观测包括外业观测、 基线解算与检核以及 GNSS 网平差计算、 验算及精度评定。 将大地高成果导入坐标转换平台, 选择独立似大地水准面精化模型, 求出每个点的精化高程。

  3 基于倾斜摄影的 1∶500 地形测图相较于一般地形图而言, 1∶500 竣工测量地形图更加详细, 图面内容更加复杂, 图根控制点更加密集, 测量精度更高。 传统测绘方法在图面内容测量上存在遗漏问题, 无法对地形进行完全测绘。 无人机倾斜摄影测绘完整、 快速、 详细, 是外业测绘的理想手段。 但是在线形工程中, 大比例地形图在同一图幅中覆盖范围小, 受地形影响严重, 而且由于存在禁飞区等特殊区域影响, 无人机倾斜摄影测量存在漏洞。

  因此本文采用无人机倾斜摄影建模与传统测绘的组合方法完成 1∶500 大比例尺竣工复测地形图的绘制。首先进行无人机倾斜摄影建模, 对测绘内容进行核查, 对不满足 1∶500 竣工测量地形图要求的区域使用传统测绘方法进行复测, 在禁飞区等无法航测的区域也需要传统测绘方法进行查漏补缺。 无人机倾斜摄影测量与传统测绘之间需要通过像控点进行拼接, 采用 ZJ CORS 或 TZ CORS 系统进行像控点测量, 利用各种方式采集到的数据制作测区真正射影像, 完成 1∶500 大比例尺竣工复测地形图的绘制。其中, 像控点的选择较为严格, 应选择在航摄像片上影像清晰、 目标明显的像点, 实地选点时,也应考虑侧视相机是否会被遮挡。

  对于弧形地物、阴影、 狭窄沟头、 水系、 高程急剧变化的斜坡、 圆山顶、 跟地面有明显高差的房角、 围墙角等以及航摄后有可能变迁的地方, 均不应当做选择目标。 目标成像不清晰、 与周围环境色差小、 与地面有明显高差的目标会影响空三内业的刺点误差, 因此均不能用作像控点, 而且由于是跨海大桥这种线形工程,对于像控点的选择更为严格, 需避免像控点选择处于近似直线上, 因为在三维建模中需要连续影像的拼接, 不处于同一直线上的三个点才能恢复一个平面, 完成连续影像的拼接, 无形中对线形工程像控点的选择更为苛刻。 在合理控制视距差的前提下,采用中视法测量部分测点, 科学规划观测顺序, 以分层次、 从局部到整体、 再从整体到局部的数据处理思路, 保证了测量精度, 提高了测量效率, 取得了良好的测量成果。

  无人机倾斜摄影系统配备了五个不同朝向的相机, 倾斜摄影角度为 45°。 在拍摄曝光的瞬间, 五个相机所拍摄的角度不一致, 那么就必然会出现光线反差、 强度等的不一致, 这样就有可能导致同一地物影像在不同相机下的色彩、 明暗程度出现差异, 最终影响到三维真实场景的精度和效果。 因此影像预处理是航摄影像从不可见到可见、 实现其色彩还原的重要步骤。 在数码航摄中, 影像预处理对后期成果的影响在于处理速度和匀光匀色的调校。为了获得最好的数据, 在影像质量检查阶段和Mosaic 阶段对影像颜色进行调整, 改善摄区局部因为天气影响导致的有雾、 反差较大等颜色问题, 以消除因为雾气、 反差等因素的影像。

  最后根据实景三维模型与空三成果文件, 以Tile 为单位进行格网正射与贴图匹配处理, 制作测区真正射影像(TDOM)。 而 1∶500 竣工复测地形图的绘制则是采用测图软件对测区实景三维模型、 空三成果、 纠正畸变差影像等数据进行导入,制作工程文件, 由作业员在工程中进行点、 线、 面测图, 并按照国标要求赋予图层与属性信息。 测图成果为初级线划图, 经软件导出为 DWG 格式, 采用 CASS 9. 1 软件进行图形数据编辑, 绘制 1∶500 竣工复测地形图。

  4 总结

  现代测量技术对跨海大桥及连接线工程有着重大影响, 跨海大桥及连接线工程跨度大、 环境恶劣、 控制点选择困难, 只有深刻认识现代测量技术, 充分发挥现代测量技术在工程应用中的优势,才能确保其在跨海大桥及接线工程中应用水平的提升, 推进跨海大桥及连接线工程测量技术的发展。

  参 考 文 献

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  作者:江 瑞1, 胡晓亮∗2