一种上承式钢管拱安装监测定位方法与流程

1.本发明涉及钢管拱安装监测定位技术领域，尤其涉及一种上承式钢管拱安装监测定位方法。


背景技术：

2.拱肋线形控制测量是拱桥主拱安装施工过程中的重要内容，定位精度要求高、施工难度大，安全风险高，在拱肋安装施工控制测量中，需结合不同工程实际地形地貌特点及施工条件并考虑外界环境对测量精度的影响予以研究。
3.对于钢管拱桥，主拱肋的成桥线形对桥梁结构的受力状态起决定性影响。由于主拱肋合龙后线形调整非常困难，因此，主拱肋安装过程中的线形控制非常重要，其中，扣索索力和拱肋控制节点的预抬高值是主拱肋安装线形控制的两个重要指标。目前，扣索索力的优化计算主要有力矩平衡法、零位移法、零弯矩法、定长扣索法、弹性-刚性支承法和影响矩阵法等方法，这些方法在工程实践中应用时，扣索索力和拱肋预抬高值是基于理想合龙温度计算得到的，现场也按理想状态对应的指标进行控制，索力优化计算过程和现场施工过程相对独立。但是由于拱桥主拱安装施工过程需要的精度非常的高，因此，需要设计一种安装过程中实时的定位检测方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种上承式钢管拱安装监测定位方法，解决现有钢管拱安装过程中定位难，容易出现偏差的技术问题。
5.实现了拱肋节段之间的安装定位准确度，钢管拱首节段拱脚预定位技术，拱肋拼装相对位移检测情况。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种上承式钢管拱安装监测定位方法，所述方法包括如下步骤：
8.步骤1：利用数理统计及对比分析法对拱肋线形整体温度数据室全天候连续监测；
9.步骤2：首级控制网的精度分析，确定精度符合安装要求；
10.步骤3：建立加密控制网，并对加密控制网精度进行优化；
11.步骤4：通过加密控制网实现对拱肋线形三维坐标的自动采集；
12.步骤5：将采集数据进行传输、储存和云平台展示。
13.进一步地，步骤1的具体过程为：
14.对拱肋温度进行监测，对温度数据进行分析，白天从早上6点至下午2点，拱肋温度逐渐升高，至下午2点至6点达到峰值，平均在30c
°
～50c
°
之间，线形变化幅度大，监测点纵向x值偏位向跨中逐增，并在下午2点达到峰值，横向y值向路线左幅偏移增大，高程z值逐渐降低；
15.下午6点至夜晚12点温度逐渐降低，至次日凌晨1点至6点温度最低，平均在24c
°
～26c
°
之间，拱肋监测点纵向x偏位向边跨偏移回正，并在晚上12点达到峰值,高程z值增量逐
渐回正，横向y向路线右幅偏移回正；
16.主拱安装精调及测量时间应控制在没有日照、构件温度均匀的时段，为晚22：00-6：00，避免日照导致的温度梯度荷载对主桥横向y值的影响，整体温度变化对纵向x、高程z值的影响，有效提高拱肋定位质量和效率。
17.进一步地，步骤2的具体过程为：
18.根据工程设计图纸乌江特大桥首级控制网共由8个控制点组成，即d021、wj02、wj03、wj04、d032、wj05、wj06、wj08，平面及高程控制点等级均为公路三等，以d021作为固定点，以d032作为定向点建立施工坐标系，由于首级控制点间因跨江特殊地形通视条件受限制，为避免边角观测法多转点观测误差并实现同等条件下观测精度，采用gps控制测量方法进行复测，在控制网的平差解算与精度评定中，结合主拱设计位置、控制网等级、边角形状的因素选取3个(即d021、d032、wj08)控制点数据作为起算点，3个控制点为d021、d032、wj08，其余5个控制点作为检核点；
19.控制网采用irtk2仪器进行gps控制测量，由2维约束平差计算得到控制网最弱边中误差0.8mm，irtk2仪器的标称精度为静态(
±
2.5+1ppm*d)mm，d为被测点间距离，最弱点点位中误差为0.8mm，最弱边相对中误差1/477718，小于卫星定位三等技术指标最弱边相对中误差1/70000，高程控制网采用dini03电子水准仪进行三等水准测量，电子水准仪的标称精度为铟钢尺每公里往返测中误差
±
0.3mm，采用精密跨河三角高程方法进行联测，总测段长度5.87km,经过严密平差计算，全程闭合差为3.8mm，小于允许误差29.1mm。
20.进一步地，步骤3的具体过程为：
21.在完成首级平面控制网精度验证后，在首级控制网形基础上采用高精度插点法进行控制点加密布设，共加密布设4个点，即wj0a、wj0c、wj0d、wj0f，所增设控制点均采用强制归心观测墩，控制网布设为长短边相结合的三角形方式的边角网，通过gps静态模块实施加密点的平面控制测量，在加密控制点的静态数据处理过程中，结合基线残差序列图对网形中基线向量进行精化处理,控制各基线的方差比ratio，确定各基线的整周模糊度的可靠性，控制均方根误差rms，确保基线数据观测值的质量合格，空间位置精度因子pdop满足要求，加密平面控制网按照三等有效观测时段技术指标进行连续观测，由2维约束平差得到加密控制网最弱边中误差0.7mm,最弱点中误差1.2mm，最弱边相对误差1/86764；
22.考虑大地测量坐标系转换到实际局部工程坐标坐标系的投影变形、gps在静态测量在跨江区域实施中多路径效应影响、山区地形中gps信号非直线传播产生的误差及加密控制网长短边差异的因素影响，在gps控制测量方案基础之上，采用全站仪边角观测方法进行加密点坐标成果复核，设置温度气压、距离投影、球气差的自动改正，外业边长观测值经过加常数改正、乘常数改正和气象改正，平差计算选择一点一方向的最小约束平差，组成该控制网的4个三角形，经平差计算后角度中误差为0.89
″
，利用加密控制点对主拱肋进行安装定位中最大斜距不超过470m，最大竖直角不超过30
°
，按照测距精度公式
23.md＝a+b
·dꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)
24.式中，md、a、b、d分别为测距中误差、全站仪标称的测距固定误差、全站仪标称的测距比例误差系数、测距长度，通过全站仪边角网测量数据与gps测边数据进行综合平差分析，加密平面控制网可达到设计测量精度。
25.进一步地，步骤4的具体过程为：
26.拱肋线形上安装360mini小棱镜，采用全新光斑分析法对棱镜进行优化验证，自动识别360mini小棱镜，在通视条件不好或者强光下，锁定棱镜完成测量，连续绝对编码配合atr plus技术实现高效数据传输，建立以拱轴中心线为x轴、垂直横向为y轴的独立坐标系，以设计单位给定首级控制点wj04坐标和wj04和wj05直线坐标方位角，作为控制网平差计算的坐标和方位基准；
27.大地测量坐标系与独立坐标系间按式(1.2)～式(1.5)进行坐标转换
28.x
p
＝xo+x
p
×
cosα-y
p
×
sinα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)
29.y
p
＝yo+x
p
×
sinα-y
p
×
cosα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.3)
30.x
p
＝(x
p-xo)
×
cosα+(y
p-yo)
×
sinα
ꢀꢀꢀ
(1.4)
31.y
p
＝-(x
p-xo)
×
sinα+(y
p-yo)
×
cosα
ꢀꢀꢀ
(1.5)
32.式中，x
p
、y
p
为p点在大地测量坐标系中的坐标，x
p
、y
p
为p点在独立坐标系中的坐标，xo、yo为独立坐标系原点在大地测量坐标系中的坐标值，α为独立坐标系的x轴在测量坐标系中的坐标方位角，通过转换后独立坐标系成果完成拱肋监控测点数据的自动采集。
33.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
34.本发明通过对拱桥施工控制网的布设加密与精度分析，以高精度独立控制网为基准搭配云平台实现拱肋安装线形自动化监测的方法，以自动采集、储存、展示的监测数据分析了结构温度变化对拱肋三维线形的影响，实现拱桥主拱线形自动化监测，实现高精度检测，避免出现偏差，为钢管拱安装提供高精度数据支撑。
附图说明
35.图1是本发明桥的控制点布设和控制网形状图；
36.图2是本发明拱肋线形自动监测数据图；
37.图3是本发明同时段拱肋结构温度曲线图；
38.图4是本发明实施例中乌江特大桥立面布置图。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
40.如图1-4所示，该实施例通过德余高速乌江特大桥主拱拱肋安装施工实例总结拱桥高精度测量控制网的建立与徕卡ts60配置云端平台实现拱桥主拱线形自动化监测相关的经验。
41.如图1所示，乌江特大桥全长1834m，主桥为桥长504m(计算跨径475m)上承式钢管混凝土变截面桁架拱桥。拱轴线采用悬链线，拱轴线系数2.2，矢高90m，矢跨比1/5.278，为拱、梁、柱刚结协同受力体系。弦管外径φ1400mm，全桥共60个节段，最大节段吊重为157.8t。工程场地为典型“u”型河谷地形，地势高差大。拱肋安装精度要求为：节段中心线与设计轴线的偏位≤10mm,相邻节段之间中心线偏差≤5mm，对称点的相对高差≤10mm。主拱合龙前，最大悬臂237m，线形控制受结构温度等多因素影响；构件均为栓接，安装定位精度
要求高。
42.首级控制网的精度分析
43.步骤1：利用数理统计及对比分析法对全天候连续监测数据综合分析，拱肋线形整体呈现如下变化规律：
44.(1)白天从早上6点至下午2点，拱肋温度逐渐升高，至下午2点至6点达到峰值，平均在30c
°
～50c
°
之间，线形变化幅度较大，监测点纵向x值偏位向跨中逐增，并在下午2点达到峰值；横向y值向路线左幅(日照背光面)偏移增大，高程z值逐渐降低；
45.下午6点至夜晚12点左右温度逐渐降低，至次日凌晨1点至6点温度最低，平均在24c
°
～26c
°
之间，拱肋监测点纵向x偏位向边跨偏移回正，并在晚上12点达到峰值,高程z值增量逐渐回正，横向y向路线右幅偏移回正，如图2-3所示。
46.主拱安装精调及测量时间应控制在没有日照、构件温度均匀的时段(宜为晚22：00-6：00)，避免日照导致的温度梯度荷载对主桥横向y值的影响，整体温度变化对纵向x、高程z值的影响，可有效提高拱肋定位质量和效率。
47.温度监测数据，乌江特大桥温度监测系统以表贴式温度传感器为主要组成部分，布设在每段拱肋外侧上下弦杆及拱肋扣索处，采集频率为10分钟/次。
48.拱肋与钢绞线温度的变化趋势基本一致，均呈现出近似余弦函数的周期性。在24小时内，都会经历降温-升温-降温的过程，并且极大值与极小值出现的时间基本相同。从数据对比情况看，钢绞线的温升温降较拱肋变化快，呈现出明显的升温快降温也快的特点。由传热学相关知识可知，温度的变化与结构自身的相对表面积有关，相对表面积越小，自身温度变化越慢，由物体体积与表面积计算公式可知，物体体积越小，相对表面积越大，所以钢绞线的温度变化较拱肋快。
49.温度对线形影响的分析及修正
50.原因分析
51.温度对结构的影响分为整体温度影响与温度梯度影响两部分。整体温度的变化会引起结构沿轴线方向发生位移，温度梯度会引起结构发生挠曲变形。结合温度与线形数据，对合龙前后线形变化的原因展开分析。
52.(1)合龙前
53.对于纵向位移而言，0点至7点，温度在降低，导致拱肋缩短向边跨移动；随着太阳的辐射作用，引起拱肋整体温度升高，所以在7点至16点，拱肋伸长向跨中方向移动；16点后，随着太阳辐射作用的减弱，拱肋开始缩短。
54.对于横向偏位而言，根据乌江桥的地理位置，太阳从桥梁的下游侧升起，在7点至11点左右，照射拱肋的下游侧，引起拱肋从下游侧到上游侧的温度梯度，导致拱肋向上游侧挠曲；随着太阳的移动，11点至16点左右，照射拱肋上游侧，引起从上游侧到下游侧的温度梯度，拱肋向下游侧挠曲；16点后，随着太阳辐射引起的温度梯度的减弱，拱肋同一断面上温度分布趋于均匀，偏向下游侧的拱肋开始回弹直至太阳升起。
55.对于高程而言，整体温度变化与温度梯度均会引起拱肋高程的变化。7点至16点左右，随着温度的升高，钢绞线开始伸长，同时，由于太阳辐射作用，会产生由上到下的温度梯度，导致拱肋标高降低。16点至22点左右，随着温度降低，钢绞线缩短，温度梯度效应减弱，拱肋回弹；22点至次日7点左右，环境温度变化幅度较小，钢绞线变化趋于平稳，但钢管内部
的空气温度高于外部环境温度，在同一拱肋断面上，热空气聚集在拱肋上方，产生自上而下的温度梯度，导致拱肋高程降低。
56.(2)合龙后
57.合龙后，拱肋纵向位移受到限制，所以位移几乎为0，但温度的变化，依然会引起拱肋轴线方向的收缩与膨胀，由于纵向的限制及拱形结构的特点，温度升高，拱肋膨胀，发生向上的位移，温度降低，拱肋收缩，发生向下的位移。对于横向位移，与合龙前的变化趋势相同，此处不再叙述。
58.线形修正
59.根据前面的分析，对数据整理分析，得到合龙前后线形的修正值，式(1.0)为修正值计算原理，其意义为在时间段t内，结束时间与开始时间线形差值与温度差值的比值。
[0060][0061]
式中：
[0062]
—某时段内的修正值；
[0063]
—某时段开始、结束线形值；
[0064]
—某时段开始、结束温度值；
[0065]
步骤2：乌江特大桥工程平面坐标系采用cgcs2000椭球，高斯投影，中央子午线108
°
00
′
00
″
，投影面高程570m，高程异常-32m，以椭球面为高程基准面的大地高538m，1985国家高程基准。根据工程设计图纸乌江特大桥首级控制网共由8个控制点组成(即d021、wj02、wj03、wj04、d032、wj05、wj06、wj08)，平面及高程控制点等级均为公路三等，以d021作为固定点，以d032作为定向点建立施工坐标系。由于首级控制点间因跨江等特殊地形通视条件受限制，为避免边角观测法多转点观测误差并实现同等条件下观测精度，采用gps控制测量方法进行复测，在控制网的平差解算与精度评定中，结合主拱设计位置、控制网等级、边角形状等因素选取3个(即d021、d032、wj08)控制点数据作为起算点，其余5个控制点作为检核点。
[0066]
本工程平面控制网采用irtk2仪器(标称精度：静态(
±
2.5+1ppm*d)mm，d为被测点间距离)进行gps控制测量，由2维约束平差计算得到控制网最弱边中误差0.8mm，最弱点点位中误差为0.8mm，最弱边相对中误差1/477718，小于卫星定位三等技术指标最弱边相对中误差1/70000。高程控制网采用dini03电子水准仪(标称精度：铟钢尺每公里往返测中误差
±
0.3mm)进行三等水准测量，采用精密跨河三角高程方法进行联测，总测段长度5.87km,经过严密平差计算，全程闭合差为3.8mm，小于允许误差29.1mm。以此，确定首级施工控制网精度满足技术要求，如表1。
[0067]
表1乌江特大桥首级控制点二维约束平差计算成果表
[0068]
控制点名n(m)e(m)中误差n(mm)中误差e(mm)点位中误差(mm)d0213061493.0420491411.93700.00.00.0d0323059344.4930491767.27600.00.00.0wj023061169.1250490932.52440.50.50.7wj033060861.9477491174.41310.50.60.8
wj043060390.5930491143.57420.30.40.5wj053059730.2677491320.48020.30.30.4wj063059645.7499491624.07960.30.40.5wj083059003.2650491134.18100.00.00.0
[0069]
步骤3：加密控制网的建立与精度优化
[0070]
为满足本工程主拱结构施工测量需要，在完成首级平面控制网精度验证后，根据主拱结构位置、实际地形、施工场地布置及施工作业方案等具体情况在首级控制网形基础上采用高精度插点法进行控制点加密布设，共加密布设4个点(即wj0a、wj0c、wj0d、wj0f)，所增设控制点均采用强制归心观测墩。控制网布设为长短边相结合的三角形方式的边角网，控制点布设和控制网形状见图1。
[0071]
通过gps静态模块实施加密点的平面控制测量，在加密控制点的静态数据处理过程中，严格结合基线残差序列图对网形中基线向量进行精化处理,控制各基线的方差比ratio，确定各基线的整周模糊度的可靠性，控制均方根误差rms，确保基线数据观测值的质量合格，空间位置精度因子pdop满足要求。加密平面控制网按照三等有效观测时段技术指标进行连续观测，由2维约束平差得到加密控制网最弱边中误差0.7mm,最弱点中误差1.2mm；最弱边相对误差1/86764。同时，考虑大地测量坐标系cgcs2000转换到实际局部工程坐标坐标系的投影变形、gps在静态测量在跨江区域实施中多路径效应影响、山区地形中gps信号非直线传播产生的误差及加密控制网长短边差异等因素影响，在gps控制测量方案基础之上，采用全站仪边角观测方法进行加密点坐标成果复核，本项目使用徕卡ts60，测角精度0.5
″
，测距精度为
±
(0.6+1ppm*d)mm,仪器固化模块可设置温度气压、距离投影、球气差等项的自动改正；外业边长观测值经过加常数改正、乘常数改正、气象改正。平差计算选择一点一方向的最小约束平差，组成该控制网的4个三角形，经平差计算后角度中误差为0.89
″
。利用加密控制点对主拱肋进行安装定位中最大斜距不超过470m，最大竖直角不超过30
°
，按照标称测距精度公式
[0072]
md＝a+b
·dꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(0.1)
[0073]
式中，md、a、b、d分别为测距中误差、全站仪标称的测距固定误差、全站仪标称的测距比例误差系数、测距长度。可得，测距中误差md为0.6mm。由此可见，通过全站仪边角网测量数据与gps测边数据进行综合平差分析，乌江特大桥加密平面控制网可达到设计测量精度。
[0074]
高程加密控制网按照《工程测量标准》中数字水准仪及跨河水准观测技术要求实施三等水准测量，测段总长3.79km，闭合差6.2mm,按照每测段长度进行精密分配，满足技术规范要求。
[0075]
以此，建立乌江特大桥施工测量控制网，实现徕卡ts60拱肋线形自动监测的三维基准。
[0076]
步:4：徕卡ts60在高精度加密控制网基础上实现对拱肋线形三维坐标的自动采集、储存、云平台展示。采用全新光斑分析法对棱镜进行优化验证，自动识别360mini小棱镜(如图3)，在通视条件不好(雨雾天气)或者强光下，可长距离锁定棱镜完成测量，连续绝对编码配合atr plus技术实现高效数据传输，精准定位。
[0077]
为适应平台编码，进一步提高主拱结构控制精度，建立以拱轴中心线为x轴、垂直
横向为y轴(东向为正)的独立坐标系。以设计单位给定首级控制点wj04坐标和wj04和wj05直线坐标方位角，作为控制网平差计算的坐标和方位基准。
[0078]
大地测量坐标系与独立坐标系间按式(1.2)～式(1.5)进行坐标转换：
[0079]
x
p
＝xo+x
p
×
cosα-y
p
×
sinα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)
[0080]yp
＝yo+x
p
×
sinα-y
p
×
cosα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.3)
[0081]
x
p
＝(x
p-xo)
×
cosα+(y
p-yo)
×
sinα
ꢀꢀꢀ
(1.4)
[0082]yp
＝-(x
p-xo)
×
sinα+(y
p-yo)
×
cosα
ꢀꢀꢀ
(1.5)
[0083]
式中，x
p
、y
p
为p点在大地测量坐标系中的坐标，x
p
、y
p
为p点在独立坐标系中的坐标，xo、yo为独立坐标系原点在大地测量坐标系中的坐标值，α为独立坐标系的x轴在测量坐标系中的坐标方位角。
[0084]
徕卡ts60通过转换后独立坐标系成果完成拱肋监控测点数据的自动采集。
[0085]
步骤5：平台连接与数据传输，搭载idmos平台自动化监测技术在确保数据的准确与连续性上有力支撑，提高了拱肋节段安装的控制精度，有效保障了德余高速公路乌江特大桥主拱三维姿态高精度合龙。
[0086]
徕卡ts60自动采集数据平台连接与传输步骤：
[0087]
(1)leica captivate主页设站界面以加密控制点选择[已知后视点]方式完成坐标定向；
[0088]
(2)设定固定频次精准识别采集有效360mini棱镜，根据各节段监控测点编号建立目标点库；
[0089]
(3)数据通过rs-232线传输到dtu交互系统，并建立终端模块号；
[0090]
(4)新建服务端口，将数据上传到idmos自动化变形监测平台，并以通信网络上传云端；
[0091]
(5)统一建立idmos平台专用账户，完成数据展示。
[0092]
控制网精度是实现测量机器人对拱桥主拱线形监测的重要基准，加密平面施工控制网宜由大地四边形和三角形构成,同时对长短边相结合的基础网形进行优化设计，除gps静态控制测量方案外，利用高精度测量仪器结合常规边角网观测方案进行复核，可以进一步保障主拱线形监测精度。
[0093]
以德余高速乌江特大桥拱肋吊装施工为例，通过对拱桥施工控制网的布设加密与精度分析，阐述了徕卡ts60以高精度独立控制网为基准搭配云平台实现拱肋安装线形自动化监测的方法，以自动采集、储存、展示的监测数据分析了结构温度变化对拱肋三维线形的影响，总结了拱桥主拱安装过程中线形控制测量相关技术经验，为类似工程提供参考。
[0094]
搭载idmos平台自动化监测技术，提高了拱桥拱肋定位安装的控制精度；具有数据高效自动实时展示、高精度、全天候优势，通过实践研究，可在大跨径拱桥主拱线形控制中推广应用。
[0095]
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种上承式钢管拱安装监测定位方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1：利用数理统计及对比分析法对拱肋线形整体温度数据室全天候连续监测；步骤2：首级控制网的精度分析，确定精度符合安装要求；步骤3：建立加密控制网，并对加密控制网精度进行优化；步骤4：通过加密控制网实现对拱肋线形三维坐标的自动采集；步骤5：将采集数据进行传输、储存和云平台展示。2.根据权利要求1所述的一种上承式钢管拱安装监测定位方法，其特征在于：步骤1的具体过程为：对拱肋温度进行监测，对温度数据进行分析，白天从早上6点至下午2点，拱肋温度逐渐升高，至下午2点至6点达到峰值，平均在30c
°
～50c
°
之间，线形变化幅度大，监测点纵向x值偏位向跨中逐增，并在下午2点达到峰值，横向y值向路线左幅偏移增大，高程z值逐渐降低；下午6点至夜晚12点温度逐渐降低，至次日凌晨1点至6点温度最低，平均在24c
°
～26c
°
之间，拱肋监测点纵向x偏位向边跨偏移回正，并在晚上12点达到峰值,高程z值增量逐渐回正，横向y向路线右幅偏移回正；主拱安装精调及测量时间应控制在没有日照、构件温度均匀的时段，为晚22：00-6：00，避免日照导致的温度梯度荷载对主桥横向y值的影响，整体温度变化对纵向x、高程z值的影响，有效提高拱肋定位质量和效率。3.根据权利要求1所述的一种上承式钢管拱安装监测定位方法，其特征在于：步骤2的具体过程为：根据工程设计图纸乌江特大桥首级控制网共由8个控制点组成，即d021、wj02、wj03、wj04、d032、wj05、wj06、wj08，平面及高程控制点等级均为公路三等，以d021作为固定点，以d032作为定向点建立施工坐标系，由于首级控制点间因跨江特殊地形通视条件受限制，为避免边角观测法多转点观测误差并实现同等条件下观测精度，采用gps控制测量方法进行复测，在控制网的平差解算与精度评定中，结合主拱设计位置、控制网等级、边角形状的因素选取3个(即d021、d032、wj08)控制点数据作为起算点，3个控制点为d021、d032、wj08，其余5个控制点作为检核点；控制网采用irtk2仪器进行gps控制测量，由2维约束平差计算得到控制网最弱边中误差0.8mm，irtk2仪器的标称精度为静态(
±
2.5+1ppm*d)mm，d为被测点间距离，最弱点点位中误差为0.8mm，最弱边相对中误差1/477718，小于卫星定位三等技术指标最弱边相对中误差1/70000，高程控制网采用dini03电子水准仪进行三等水准测量，电子水准仪的标称精度为铟钢尺每公里往返测中误差
±
0.3mm，采用精密跨河三角高程方法进行联测，总测段长度5.87km,经过严密平差计算，全程闭合差为3.8mm，小于允许误差29.1mm。4.根据权利要求1所述的一种上承式钢管拱安装监测定位方法，其特征在于：步骤3的具体过程为：在完成首级平面控制网精度验证后，在首级控制网形基础上采用高精度插点法进行控制点加密布设，共加密布设4个点，即wj0a、wj0c、wj0d、wj0f，所增设控制点均采用强制归心观测墩，控制网布设为长短边相结合的三角形方式的边角网，通过gps静态模块实施加密点的平面控制测量，在加密控制点的静态数据处理过程中，结合基线残差序列图对网形中基线向量进行精化处理,控制各基线的方差比ratio，确定各基线的整周模糊度的可靠性，控
制均方根误差rms，确保基线数据观测值的质量合格，空间位置精度因子pdop满足要求，加密平面控制网按照三等有效观测时段技术指标进行连续观测，由2维约束平差得到加密控制网最弱边中误差0.7mm,最弱点中误差1.2mm，最弱边相对误差1/86764；考虑大地测量坐标系转换到实际局部工程坐标坐标系的投影变形、gps在静态测量在跨江区域实施中多路径效应影响、山区地形中gps信号非直线传播产生的误差及加密控制网长短边差异的因素影响，在gps控制测量方案基础之上，采用全站仪边角观测方法进行加密点坐标成果复核，设置温度气压、距离投影、球气差的自动改正，外业边长观测值经过加常数改正、乘常数改正和气象改正，平差计算选择一点一方向的最小约束平差，组成该控制网的4个三角形，经平差计算后角度中误差为0.89
″
，利用加密控制点对主拱肋进行安装定位中最大斜距不超过470m，最大竖直角不超过30
°
，按照测距精度公式m
d
＝a+b
·
d(1.1)式中，md、a、b、d分别为测距中误差、全站仪标称的测距固定误差、全站仪标称的测距比例误差系数、测距长度，通过全站仪边角网测量数据与gps测边数据进行综合平差分析，加密平面控制网可达到设计测量精度。5.根据权利要求1所述的一种上承式钢管拱安装监测定位方法，其特征在于：步骤4的具体过程为：拱肋线形上安装360mini小棱镜，采用全新光斑分析法对棱镜进行优化验证，自动识别360mini小棱镜，在通视条件不好或者强光下，锁定棱镜完成测量，连续绝对编码配合atr plus技术实现高效数据传输，建立以拱轴中心线为x轴、垂直横向为y轴的独立坐标系，以设计单位给定首级控制点wj04坐标和wj04和wj05直线坐标方位角，作为控制网平差计算的坐标和方位基准；大地测量坐标系与独立坐标系间按式(1.2)～式(1.5)进行坐标转换x
p
＝x
o
+x
p
×
cosα-y
p
×
sinα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)y
p
＝y
o
+x
p
×
sinα-y
p
×
cosα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.3)x
p
＝(x
p-x
o
)
×
cosα+(y
p-y
o
)
×
sinα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.4)y
p
＝-(x
p-x
o
)
×
sinα+(y
p-y
o
)
×
cosα
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.5)式中，x
p
、y
p
为p点在大地测量坐标系中的坐标，x
p
、y
p
为p点在独立坐标系中的坐标，x
o
、y
o
为独立坐标系原点在大地测量坐标系中的坐标值，α为独立坐标系的x轴在测量坐标系中的坐标方位角，通过转换后独立坐标系成果完成拱肋监控测点数据的自动采集。

技术总结
本发明提供一种上承式钢管拱安装监测定位方法，属于钢管拱安装监测定位技术领域，所述方法包括如下步骤：步骤1：利用数理统计及对比分析法对拱肋线形整体温度数据室全天候连续监测；步骤2：首级控制网的精度分析，确定精度符合安装要求；步骤3：建立加密控制网，并对加密控制网精度进行优化；步骤4：通过加密控制网实现对拱肋线形三维坐标的自动采集；步骤5：将采集数据进行传输、储存和云平台展示。本发明通过对拱桥施工控制网的布设加密与精度分析，以高精度独立控制网为基准搭配云平台实现拱肋安装线形自动化监测的方法，以自动采集、储存、展示的监测数据分析了结构温度变化对拱肋三维线形的影响，实现拱桥主拱线形自动化监测，实现高精度检测，避免出现偏差，为钢管拱安装提供高精度数据支撑。装提供高精度数据支撑。装提供高精度数据支撑。


技术研发人员：刘普阳 梁鑫 李维 黄常揆 毛李 许万里
受保护的技术使用者：中交一公局第四工程有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/9/14