測繪技術為港珠澳大橋“標定”精度
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站在港珠澳大橋珠海口岸人工島上,輕柔的海風扑面而來。車輛正從口岸魚貫而出,駛向香港和澳門。這座全長55公裡的跨海通道,是粵港澳大灣區最繁忙的交通紐帶之一。
大橋通車已有八年。很少有人知道,在40多米深的海底,33節巨型沉管是如何一節一節“嚴絲合縫”對接上的,最終接頭的安裝誤差,最小處隻有0.8毫米,比一枚硬幣的厚度還小。
近日,記者跟隨自然資源部走進港珠澳大橋,探訪測繪地理信息技術如何支撐港珠澳大橋從藍圖變為現實。
港珠澳大橋跨越粵港澳三地,開工之際就遇到問題:香港、澳門、珠海,各自用著不同的坐標系統和高程基准,大橋建設該“聽”誰的?
珠海市測繪院總工程師黎彬向記者介紹說,香港、澳門、珠海三地各自使用不同的坐標系統和高程基准體系,但大橋需要在同一把“標尺”下建設。解決工程測繪基准和三地坐標系統統一、跨海高程高精度傳遞問題,成為測繪工作的首要任務。
如何讓衛星導航定位系統測出的“高度”與水准儀測出的“高差”在同一個體系裡對話?為此,建設方構建了工程衛星定位A級平面控制網和一等水准控制網,同時聯測港珠澳三地的地方測繪基准,精化了工程區域似大地水准面,建成了我國首個基於虛擬參考站技術的工程連續運行參考站系統HZMB-CORS,實時定位精度達到厘米級,成果達國際先進水平。
“相當於在大橋施工范圍內布下了一張無形的坐標網,每一根樁、每一段梁、每一節沉管,都在這個網裡迅速找到自己的准確位置。”黎彬說。
與此同時,珠海市本地的測繪力量也在同步發力。2014年,珠海市自然資源局構建了珠海市現代測繪基准體系,建成了國內首個海域面積最大、覆蓋面積達8000平方公裡的陸海統一似大地水准面模型,精度達8毫米,同步建成國內首個城市級的珠海北斗CORS系統,以北斗為主、兼容其他衛星導航定位系統,基准站已覆蓋陸域和所有海島。
更大的挑戰來自海底。港珠澳大橋擁有世界上最長的海底沉管隧道,33節巨型沉管需要在海底逐一沉放、精准對接,該如何在40多米的海底“穿針引線”?
珠海市自然資源局測繪科溫光東介紹,建設方採用沉管沉放對接技術,綜合運用無線聲吶測控、測量塔定位、精密陀螺定向等技術手段,構建多模式融合的動態定位系統。“聲吶系統通過發射超聲波穿透水體,在100多米范圍內對沉管進行不間斷的三維定位測控﹔通過建設方同步構建的信息化可視平台,在控制室裡就能實時追蹤沉管的姿態和位置。”
溫光東說,“最終接頭安裝誤差、對接沉管側偏北縮小至0.8毫米,實現了‘海底穿針’級別的精准對接,隧道‘滴水不漏’。”
為什麼要追求這麼極致的精度?“大橋的設計使用壽命是120年,比一般大橋的100年多20年,要求特別高。”黎彬說。
在人工島建設環節,測繪技術同樣功不可沒。港珠澳大橋的東西兩座人工島,是用120個巨型鋼圓筒圍成的——每個圓筒直徑22米,高約50米,重達500噸。把它們從海面上“釘”進海底,位置稍有偏差,人工島的輪廓就會變形。
測繪人員採用GNSS、RTK、精密全站儀測量,為每一個鋼圓筒精確定位,快速成島。這項技術后來被稱為“快速筑島技術”,也是港珠澳大橋的“世界之最”之一。
作為“技術最為復雜、施工難度最大、建設體量最大”的橋梁之一,大橋主體和配套設施需要大量測繪技術支持。黎彬介紹,大橋建設至今,珠海地方測繪力量累計提供百余項測繪技術服務,包括大橋橋面鋪裝等級水准控制測量,口岸人工島平面高程等級控制測量,珠澳口岸人工島應急檢測等,涵蓋工程測量、用海用地、征地拆遷、規劃監督、竣工驗收、應急檢測等環節,全流程信息化測繪和跟蹤服務,極大地縮短了項目建設和審批監管周期。
大橋通車后,測繪技術並未退場。
“在運營維護階段,測繪技術持續護航。”溫光東補充,針對伶仃洋海域低緯度、電離層干擾嚴重的環境特點,測繪人員研發了新型北斗形變監測模型,將復雜電離層環境下的形變監測精度提升21.5%,實現了低緯度海域高精度定位突破,對大橋開展全天候沉降與變形監控。
可以看到,港珠澳大橋上多個位置布設了以北斗為主的GNSS形變監測點,實時監測大橋的位移和沉降。
溫光東說,“一個GNSS接收系統,像手機定位一樣,但比手機精確得多。它的位置變化,控制中心實時掌握。”這些監測點,配合其他信息化監測設備,共同構成了全天候的形變監測網絡,有效應對台風、船舶撞擊等風險,保障大橋長期運營安全。
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