GPS技術在橋梁測量控制中的應用

摘要：本文以GPS技術在橋梁測量控制中的應用為研究對象，深入探討了GPS在我國的應用現(xiàn)狀，以H大橋為例簡要介紹GPS的數(shù)據(jù)處理，另外又探討了GPS技術在橋梁測量中出現(xiàn)的問題。對相關工作者提供重要的參考依據(jù)。

關鍵詞：GPS技術；橋梁工程；測量應用

引言：

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，現(xiàn)階段正修建或擬建很多大型甚至特大型橋梁，因其很多都規(guī)模大型化，結構新穎化，又處在特別的地理位置，因而工程量大，施工工藝復雜，則許多常規(guī)的測量控制手段已經(jīng)不能滿足需要。而應用飛速發(fā)展的GPS技術的橋梁測量控制技術革命，引領橋梁工程測量進入了嶄新的時代。GPS技術的應用已經(jīng)非常廣泛，可以解決很多以前無法解決的問題，其地位越來越重要。

一、國內外研究的現(xiàn)狀

GPS靜態(tài)定位系統(tǒng)不斷發(fā)展并幾近完善，已經(jīng)普遍用于測量各種控制點，并用各種控制網(wǎng)逐步取代常規(guī)測量方法。

我國新采用的GPS技術利用大地測量控制方法，城市中也利用GPS建立起城市測量控制網(wǎng)。以近期國內建設的大橋來講，如上海楊浦大橋，虎門大橋等工程，利用GPS全球定為技術測試首級平面測試網(wǎng)，不僅縮短了施工時間，減輕了勞動強度，增強了控制強度和空間定為能力，實現(xiàn)了控制網(wǎng)測試的高精度化。

針對橋位高程控制測量，GPS技術打破了按照常規(guī)方法進行的測量準則，在范圍不大的平攤區(qū)域內，以高等水準點為高程擬合起點算起，選用適度的高程異常處理模型，達到國家高等標準。因此其關鍵問題在于如何精確確定高程異常處理模型。將GPS技術平面控制和常規(guī)精密水準測量同時進行，提高精確性和準確性。

國際上在橋梁測量測量控制中的研究也取得了喜人成績，美國利用GPS定為技術成功完成了對斯坦福粒子加速器的工程測量；歐洲海底隧道工程橫跨英吉利海峽，采用GPS進行控制測量修正了經(jīng)典打底測量法的隧道縱橫向誤差，減少了工程經(jīng)費支出，提高了工程進度和質量。

GPS技術在橋梁測量控制中的應用主要體現(xiàn)在以下幾方面，以GPS靜態(tài)定位作為精密的定位模式，可以解決長距離測量控制的精確度的難題；GPS實時動態(tài)測量信號接收機分別放在動態(tài)和基準載體上，同事適用于流向測量等一般精度要求的測量活動中；利用GPS靜態(tài)、動態(tài)、快速靜態(tài)測量中的解算方獲得厘米精度測量和控制；GPS定位在得到各空間點高精度的大地高差，通過平差可求各G PS點的大地高，再利用各點的高程異常值，經(jīng)過公式即可算出各點的正常高度。

二、GPS技術的特點

相比較于常規(guī)方法，GPS在控制測量方面有諸多優(yōu)點，例如：

（1）測量精度有所提高，經(jīng)國外研究表明，在長度為50-450km的基線上，南北、東西、垂直分量上的平均精度分別為1.9㎜、2.1㎜和17㎜，并且與距離無關，測量事后實行解算方可獲得厘米級精度。

（2）經(jīng)費少，選點靈活，GPS不需要測量站間相互通視，因此不需要建設站標，大大減低布網(wǎng)費用，主要被應用在各種橋梁工程的平面控制測量或變形監(jiān)測中。

（3）觀測時間段，一般在GPS一等控制測量中，每個觀測站上觀測時間一般為1-2小時左右，而靜態(tài)定位技術中，觀測時間更短。

（4）作業(yè)全天候不間斷，GPS幾乎可以在任何時間、地點、條件下進行觀測，大大方便了測量作業(yè)，有利于高校完成測量任務。

（5）觀測處理數(shù)據(jù)自動化，減少處理誤差發(fā)生的可能性。

（6）數(shù)學模型簡單

（7）可同時測定點的三維坐標，當前常用的計算高程異常方法為，利用測區(qū)里的若干個已知水準點，利用解析內插、曲線擬合等確定測區(qū)的似大地水準面，從而求出各待定點的高程異常。

三、H大橋常規(guī)測量數(shù)據(jù)處理

H大橋首級平面控制網(wǎng)作為橋梁專用控制網(wǎng)，能勘察階段的設計服務，也為施工階段的放樣和營運階段的變形監(jiān)測提供數(shù)據(jù)。大橋橋位跨海寬30km，共布設22個點，采用雙頻GPS接收系統(tǒng)利用精密光電測距儀和經(jīng)緯儀等精密儀器來觀測。觀測時段長度：小于30公里基線≥2hour；大于30公里基線（跨海）≥6hour；與IOGS跟蹤站聯(lián)測基線≥24hour。平均重負設站數(shù)≥3。

四、GPS技術的應用情況分析

1、GPS高程測量的精度不夠理想，尤其在起伏大的地形中，GPS信號接收不理想，高程擬合僅達到四等或以下水準測量精度，不能完全滿足橋梁工程對精密測量的要求。高精度橋梁施工高程控制網(wǎng)中通常只用一個已知點的高程作為起算點，因此從一岸水準點高程傳遞到對岸的GPS高程擬用方法很難正確使用。

2、GPS技術在橋梁施工或變形監(jiān)測中的發(fā)揮主要受以下四點的影響。

第一，施工現(xiàn)場條件多變化，會對GPS信號的接收形成明顯的遮擋和干擾，甚至使能觀測到的數(shù)據(jù)變少，幾何圖形變小，衛(wèi)星信號變弱。

第二，多路徑效應將導致施工過程中GPS定位精度降低。

第三，觀測時間與定位精度相矛盾，尤其在施工干擾大、信號接收弱的狀況下，矛盾更為突出。

第四，橋梁GPS測量控制的實時系統(tǒng)難以實現(xiàn)。

為了提高GPS定位測量控制的精確性與可靠性，可以采用以下措施。首先選用有效減弱干擾和多路徑效應的接收機設備；實行適宜改進的施工方案，為GPS測量控制提供更有利的觀測條件；采取GPS與常規(guī)地面測量技術相結合，進行優(yōu)勢互補；利用建立在地面的偽距觀測設備獲取偽距觀測值，增強衛(wèi)星幾何圖形強度，也能在一定程度上提高GPS定位測量的精度。

3、RTK利用載波相位動態(tài)實時差分方法，提高了工程放樣、地形測圖、各種較低等級控制測量的作業(yè)效率，它的出現(xiàn)在野外實時即可得到厘米級定位精度。但是當它被用于數(shù)字地形測繪與橋址定線與中時，必須加大研究以建立符合標準要求的數(shù)字測圖軟件，全面發(fā)揮GPS系統(tǒng)的優(yōu)勢，充分體現(xiàn)橋址地形圖測繪的數(shù)字化和一體化。

4、橋梁工程水文測量定位主要在橋址流向測量與航跡線測量中，跟蹤測定水面浮標或過往船舶位置的動態(tài)變化線。目前采用動態(tài)GPS技術跟蹤測定水面浮標的位置，也存在怎樣使GPS流動站與浮標保持同步，如何測算跟測船只和流動站的最佳距離，每臺流動站僅可跟蹤一個浮標，如此低效率需要采取有效措施盡快解決。

5、橋梁工程測繪具有交通干擾大、地物較多、測繪范圍較小但相對精度要求高等特點。由于GPS系統(tǒng)本身存在著不足，所以在某些特殊情況下，一旦衛(wèi)星信號受到削弱或阻礙時，GPS技術將無法正常使用。經(jīng)過大量工程實踐證明，在現(xiàn)在技術前提下，GPS測量控制技術還需要與常規(guī)地面測量技術相結合，不能完全將其取代。

總結：

GPS技術自誕生以來，一直在發(fā)展中完善，特別是當GPS技術進行了現(xiàn)代化改造之后，其在橋梁測量控制中的應用也日益深入，發(fā)揮著其特有的優(yōu)勢。并且在目前及將來很長一段時間內，GPS技術還會與常規(guī)地面測繪技術相互結合，相互補充。GPS技術可以為大型橋梁提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)控制結果，綜合效果優(yōu)良。可以達到施工需求。在過程中需要建立連續(xù)運行的GPS參考站而構成連續(xù)統(tǒng)一的測量基準，以保證效率和效益。GPS技術與電子測序技術的集成技術將會是未來橋梁測量控制發(fā)展的重要方向之一。而當下橋梁工程過程中面臨的主要難題是GPS高程測量技術的應用，這個問題的解決將會有相當重要的現(xiàn)實意義。GPS定位技術的技術之路還將哦組的更長更遠，遠非如此而已，我們一定要去發(fā)掘更加先進的功能，探索更多的奧秘，翻開更多的新篇章。

參考文獻：

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