珠港澳

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港珠澳大桥跨海测量

大桥总长35.6km，东西人工岛以及6.7km的海底隧道及总长22.9km

的桥梁组成。

大桥涉及三大测控关键技术：1、主体工程高精度测量基准的建立与

维护技术；2、连续运行参考站系统建立与维护；3、测绘信息管理系统

建立与维护。

一、珠港澳大桥高精度测量基准的建立与维护珠港澳大桥工程测量基

准由首级控制网和在次基础上逐级加密建成的首级加密网及一、二级施工

加密网组成。首级控制网自2008年建网至今，一年一次复测。

首级控制网集成了GNSS卫星定位、精密水准测量、高精度跨江三角

高程测量、现代重力场、精化似大地水准面与工程坐标系等技术方法。

1）首级gps平面控制网由14个首级gps控制点和3个GNSScors站

构成，共布设16个gps观测墩，珠海8个，澳门2个，香港6个。并按

国家B级gps网精度施测，统一了港、珠、澳三地的坐标基准，基线精

度0.5ppm，点位精度2mm，2009年3月8日通过专家组验收。

2）首级高程控制网由59个一等水准点和52个二等水准点构成。其

中，一等水准路线260km；二等水准路线100km。实施了多处跨海高程

传递测量（测距三角高程测量最大观测距离极限3500，超过此距离需要

进行专项设计），项目共计12处跨海高程传递测量，获得了高精度的高

程成果，统一了三地的高程基准，每千米偶然中误差0.3mm，。

3）设计和建立了满足主体工程建设要求的大桥工程坐标系统，研究

确立了工程坐标系统与WGS84、北京54、1983珠海坐标系、香港1980

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方格网及澳门坐标系之间精确的坐标转换模型。

4）依据最新的地球重力场理论和方法（过渡曲面拟合法），建立了

高精度的大桥地区的局部重力似大地水准面，与gps水准联合求解后，

获得了高精度的似大地水准面成果精度：6mm。Gps拟合高程测量精度

2cm左右。

5）cors站建立与维护：大桥cors站由3个参考站、一个监测站和1

个数据中心组成。共有5个相关子系统构成。其提供两种信号：1、

GPRS/CDMA网络信号；2、传统无线电信号，供rtk差分定位，精度水

平±2cm，高程优于±3cm级。2010年11月12日通过验收投入运行。

系统先后用于主体工程勘察、岛隧工程施工及海中试桩工程施工，系统运

行正常，精度可靠。HZMB-cors是我国首个独立的基于VRS的工程

CORS，也是首个用于工程施工的跨境CORS。

二、国内首个工程测绘信息管理系统的建立。HZMB-SMIS信:息管理模

块，查询统计模块，电子公务模块，运算分析模块，电子公务模块。

三、关于勘测设计阶段的首级控制网

项目特点：1、桥跨越海面极宽31.5km，桥位区域无岛屿可利

用，难以通视。2、桥位在国家坐标系投影带的边缘，投影长度和方向变

形较大。3、工程周期长，两岸滩涂沉降明显。

首级网根据大桥长度36km，综合考虑采用B级网施测，首级网23

点组成，其中桥位区附近9个（包括两岸的参考点），为满足海上施工控

制测量的需要，每间隔1.8km，现行施工一个桥墩（共计21个优先墩）

以及B平台的海上参考点共同构成了海上加密网。

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两岸的高程联测，采用一等水准由南岸经杭州国家一等水准点到北

岸，海中高程控制先采用gps拟合高程控制优先墩承台施工，待优先墩

承台全部建成以后，用对向观测的三角高程导线进行高程贯通测量，用贯

通测量的成果修正优先墩gps拟合高程并用于后续高程控制。

3.1勘测设计阶段首级控制网布测在勘测、设计阶段，为了跨海桥梁

配套的道路工程、其他附属工程能在一个统一的控制网下控制，为了摸清

桥位附近控制点的位移和沉降，为了研究桥位附近的大地水准面形态为正

确选择gps高程拟合模型提供参考。首级网布测在桥位区周围东西宽约

24km，南北长约48km跨越杭州湾的广大地区，共23点组成，其中三

个点与国家控制网联测，有两个点与IGS站联测，经数据处理分别给出了

54、wgs84和54工程65m高程坐标系坐标。勘测、设计阶段的首级网

于2001年11月完成，2002年11月进行复测，2003年10进行了第二

次复测。用三期的观测成果进行了点位的稳定性分析，确定了桥位区内的

稳定点组，利用这些稳定点建立了大桥施工控制相对稳定的坐标框架，同

时研究了这些点的高程异常值分布规律，选定了桥位区最佳gps高程拟

合模型，建立了大桥控制网和国家坐标系的联系。这样，勘测设计阶段的

首级网完成了使命。2004年6月根据这些成果，重新布测了范围更小、

精度更高的gps首级控制网。为此，在原首级网中选择了稳定点作为起

算点，选择6个对大桥施工有直接作用的点（包括参考点在内），共九个

点组成新的首级大桥控制网，按B级施测。经平差，最弱点点位精度位

3mm，两岸联测边长相对中误差10-6。

四、独立施工控制网54工程65m工程坐标系的建立经计算分析杭州

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湾跨海大桥投影长度变形达4.559m，方向投影变形达8”，这是施工

所不允许的。

通过首级网与国家控制网和IGS站联测，经过多处测试，确定了

大桥的独立施工坐标系，称54工程65m高程坐标系坐标。

五、大桥相对稳定坐标框架的维护

由于大桥施工标段多，施工周期长，两岸控制点沉降严重，点位

使用频繁，易受施工干扰等。控制需要进行定期和不定期复测，以

此对点的稳定性进行分析，以确定稳定点组，研究不稳定点的变形速

率，以确定复测周期，和在施工过程中确定对不稳定点位的改正

值。

六、cors站的建立和维护

功能：服务于各阶段测绘工作和高精度的安全监测。

参考站与多个IGS站点联测，采用ITRF97框架并按其速度场归算

到本网平均历元，得到精度为0.1m的参考站点ITRF97框架下的坐

标，保证了rtk的测量精度。

七、用rtk和gps打桩定位系统解决海上打桩定位问题

Gps打桩定位系统用安置在船体上的三台gps接收机，测定打桩船

的实时位置和船体的实时姿态，用安置在船体上的多棱镜激光测距仪

或摄影测量系统测定桩位相对于船体的位置，通过坐标转换可以知道

桩体的大桥独立坐标系下的三维实时位置和倾斜度，用计算机自动控

制桩体的贯入度。

八、海中高程控制和高程贯通测量

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8.1指导思想：低精度到高精度，分阶段逐步优化

（1）、打钢管桩的阶段，rtk控制高程；

（2）在施工优先墩的承台阶段，承台高程用gps高程拟合；

（3）墩身施工阶段，对于施工进度快的单位，临时采用三角高

程配合gps拟合高程法进行高程贯通测量，提供相当于三等水准成果

进行控制；

（4）用三角高程法进行三等水准精度的高程贯通测量，用其结果

修正配合法完成的贯通高程测量结果，墩身、非优先墩施工承台和墩

身的施工高程用优先墩的高程进行控制。

（5）上部结构施工用二等水准高程贯通测量来控制。8.2测量机器

人三角高程法进行跨海高程贯通测量的实验

用边长1.8km左右的高精度三角高程测量代替跨海二、三等水准

测量，从严密的三角高程公式出发，分析了三角高程测量的系统误

差，制定了适合海上作业的测量细则。

依据以上制定的测量细则进行了23跨跨海三角高程测量，最短跨

距320m，最长跨距1820m，平均1356m。由实测统计数据可知：每

个双测回偶然中误差3mm/km。按国家一、二等水准测量规范，跨河

水准的测绘数、限差及各测回互差，可估算每个双测回每公里偶然中

误差为5.65mm/km。由此机器人按细则测9~16个双测回，可满足二

等跨河水准的精度；测2~4个双测回，可满足三等跨河水准的精度。

大桥由测量机器人实测四个双测回，23跨的跨海三角高程测量组

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成的31.52m长符合高程导线，其高程闭合差1mm，小于三等水准的

67mm，也小于二等水准的22mm限差。8.3海中gps高程拟合

精度要求：高程拟合精度需要到达3cm。经过大量的理论和实验分

析，得到如下两条重要结论：（1）、在大桥桥位区内，仅仅用南北

两岸的高程公共点的水准高程和gps大地高，用多项式曲面拟合法或

过渡曲面拟合法，所求得的海中gps拟合高程的中误差可达到

2.0cm。

（2）1.8km左右跨度的gps拟合高程差可达到三等水准测量高差

的精度。但是，拟合高程有一定的残留的系统误差，在附合高程路线

中会形成一定的积累，致使线路中间段的高程的高程精度较差。因

此，采用一种快速的复合高程贯通的方法，即部分采用三角高程测

量，部分采用拟合高差，这样避免了误差的积累，又能满足施工进度

对贯通高程的急需。

（3）例如用大桥实测的12跨三角高程高差和10跨拟合高差的复

合高程贯通测量，所得的结果与三角高程贯通测量结果进行比较，控

制点的最大高程差别为1.8cm，绝大部分点高差分别在三等水准限差

范围内，可用于墩身的控制。

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