地球空间环境与大地测量教育部重点实验室

高精度三维工程环境构建理论、方法及公路勘察设计成套技术

传统测定海拔高程的水准作业模式,高度受制于自然条件,作业周期长、劳动强度大、工作效率低、工程成本高,在西部地形复杂山区,更是难以作业。其离散点观测数据,也无法满足在真三维工程环境构建中格网数据的要求。精密高程的快速测定成为复杂山区公路、隧道勘测建设和真三维工程环境构建中的瓶颈问题之一。通过区域大地水准面精化建立数字高程基准为这一问题的解决提供了有效途径。

项目攻克了长距离、带状、复杂区域数字高程基准建立的关键技术,解决了公路建设中传统高程基准建立和维持模式所存在的建立难、维持难、统一难等问题,建立了最高精度达0.90cm的带状似大地水准面模型,联合卫星定位技术确保了任意点海拔高程均具有等级水准精度,满足了三维工程环境构建所需的基础数据质量要求。主要创新技术和成果有:

(1)复杂带状区域高精度数字高程基准确定。西部山区重力数据稀少、分布不均匀,且存在空白区,在长带状区域内更是无法保证均匀分布,这不满足大地水准面计算对重力数据的理论要求。针对这一客观现实,通过在弹性薄板弯曲方程中引入张力参数的格网化方法,获得更符合实际分布的格网重力数据,相比简单平均法和其它常用内插推估法(例如Shepard方法)更能反映拟合函数的局部特征以及位场和地形数据的空间自相关性;提出了适用于西部重力资料匮乏区域建模的地形均衡归算的严密解,通过引入高分辨率高精度地形模型,处理精细地形效应,实现短波重力资料等效恢复的严密处理,精度提高显著。

(2)基于数字高程基准的隧道洞口高程实时测定与传递。传统公路建设中隧道洞口高程传递,一直沿用低效的水准作业模式。在蓝家岩隧道工程(长约8公里)高程贯通测量中,地形极其复杂,处于无人区,无公路可走,余震不断、泥石流频发,国家高等级控制点破坏殆尽,采用传统的水准测量和依赖地面标石维持基准的方式已不可能。本项目利用数字高程基准取代地面标石高程基准,并联合GPS技术实时测定的大地高获得了隧道洞口的海拔高程,实现了跳跃式的海拔高程传递。该成果为我国公路、隧道建设中高程测量和传递提供一种经工程验证的全新技术手段。

这种数字高程基准彻底解决了传统水准测量依赖地面标石高程基准所存在的建立难、维持 难、统一难等问题。基于构建的亚厘米级高精度似大地水准面模型,结合卫星定位技术,建立了新型公路勘察设计地面控制测量方案,解决了复杂地区高等级公路建设中高程测量难题,使数字高程模型中任意点的高程精度均达到相应等级水准要求,确保了三维工程环境构建对所需基础数据质量要求,在整个工程勘察、设计、施工和后期运营维护中均可持续发挥效用。

成果获2012年国家科技进步二等奖

上一篇:没有了

下一篇:全球及局部高分辨率大地水准面的研究