GPS技術(shù)在橋梁測量控制中的應(yīng)用探究

甘善文 張虎

摘要 當(dāng)前橋梁建設(shè)對測量控制要求極高，傳統(tǒng)的測繪方式已經(jīng)無法滿足建造的需要，應(yīng)當(dāng)引進(jìn)GPS技術(shù)，應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)采集，施工過程及運(yùn)營階段的實(shí)時(shí)監(jiān)測，獲取更加精確和完整的信息，為橋梁的順利建造提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞 GPS；橋梁；測量

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，尤其是商業(yè)貿(mào)易的迅速繁榮，對物流的效率要求越來越高，也就對交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展提出了新的更高的要求。自從金融危機(jī)以來，我國提出了擴(kuò)大內(nèi)需的政策，對交通方面的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入了非常大的力度。由于我國國土面積大，地勢情況極其復(fù)雜，多大山大河，給道路建設(shè)造成了很大的困難。無論是跨越大河還是大山，建造橋梁成為道路建設(shè)中的普遍工程。路橋在公路建設(shè)中發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用，積極地做好路橋工程，已經(jīng)成為公路建設(shè)者突破自然地理環(huán)境限制，所采取的最為重要的一項(xiàng)措施。由于道路橋梁建設(shè)的難度越來越大，傳統(tǒng)的橋梁建造技術(shù)已經(jīng)很難滿足新時(shí)期復(fù)雜地理環(huán)境下橋梁建設(shè)的需要。

在橋梁建設(shè)工程中，測繪是一切活動(dòng)的基礎(chǔ)。無論是橋梁的設(shè)計(jì)還是施工的過程，都要以測量的數(shù)據(jù)為依據(jù)，由于現(xiàn)在越來越多的跨海大橋，跨河大橋等施工難度極大，地勢環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工實(shí)地測繪方式很難展開工作，即使勉強(qiáng)展開實(shí)地測繪，也有很多必要的數(shù)據(jù)無法采集，或是數(shù)據(jù)采集精度不能滿足工程建設(shè)的需要。因此必須要引進(jìn)更加先進(jìn)的測繪工具，首選的就是GPS技術(shù)。隨著衛(wèi)星技術(shù)的迅速發(fā)展，以之為基礎(chǔ)的GPS技術(shù)由于其測量數(shù)據(jù)精確，可以輕松應(yīng)對復(fù)雜地理?xiàng)l件等優(yōu)勢，已經(jīng)日益廣泛的運(yùn)用到民用工程領(lǐng)域。因此，將GPS技術(shù)引入橋梁測繪工作中，是一項(xiàng)有益且有效的嘗試。下面筆者就GPS技術(shù)在橋梁測繪中的應(yīng)用提出自己的認(rèn)識(shí)。

一、GPS原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

1、GPS 技術(shù)簡介

GPS中文名稱為全球定位系統(tǒng)，是美國軍隊(duì)研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。他利用發(fā)送到太空的衛(wèi)星對地面目標(biāo)進(jìn)行定位，并獲取各類地理信息數(shù)據(jù)，經(jīng)綜合處理后根據(jù)用戶的需要向用戶提供定位，成像等服務(wù)。該系統(tǒng)可以不受天氣，地貌等不利因素的影響，全天候不間斷地對地面目標(biāo)進(jìn)行定位和三維成像。

2、GPS 技術(shù)原理

GPS 系統(tǒng)是由24顆分布于地球表面的人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，這些衛(wèi)星分布在相距60°的軌道上對地表信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，再把每顆衛(wèi)星采集到的數(shù)據(jù)傳回地面控制中心，集中在一起，通過計(jì)算得出三維位置以及方向等信息。（如圖1所示）

GPS 技術(shù)在橋梁測繪方面的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是靜態(tài)的通過GPS技術(shù)提供的測量技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)，確定地面目標(biāo)的位置，大小，三維坐標(biāo)等信息。二是動(dòng)態(tài)的通過衛(wèi)星系統(tǒng)，把測得的數(shù)據(jù)做成與實(shí)體物等大的數(shù)字模型，然后實(shí)地放樣在地面上，從而指引地面施工。下面從兩方面著手，探討其基本原理。

1）單點(diǎn)定位。

單點(diǎn)定位就是以地球?yàn)閰⒖键c(diǎn)，確定目標(biāo)物在地球表面的具體位置。由于只需要確定目標(biāo)物在地球上的點(diǎn)，所以整個(gè)定位過程只需要一顆衛(wèi)星。因此，又叫做絕對定位。這種定位方式檢測較為方便并且可以在很短的時(shí)間就完成對目標(biāo)物的定位。但是由于時(shí)間少及所調(diào)動(dòng)的衛(wèi)星數(shù)量少，導(dǎo)致定位精度較低、誤差較大。

2）立體定位。

立體定位就是動(dòng)用多顆衛(wèi)星，對目標(biāo)物的詳細(xì)情況進(jìn)行測量，它需要以地球?yàn)閰⒄瘴铮貌煌恢玫男l(wèi)星獲取目標(biāo)物不同方位的數(shù)據(jù)，綜合成像。這種方式動(dòng)用的衛(wèi)星多，采集的數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，計(jì)算難度大，因此步驟較繁瑣，定位速度較慢。但是這種方法測量出來的數(shù)值相對較為準(zhǔn)確。

二、橋梁建設(shè)中的測量技術(shù)

1、設(shè)計(jì)階段的測量

橋梁的設(shè)計(jì)需要以實(shí)地測量數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，只有詳細(xì)掌握施工地的詳細(xì)地理地貌，才能具體了解到所建橋梁的大小，跨度，基座，力學(xué)設(shè)計(jì)等信息，從而合理地設(shè)計(jì)出橋梁。

2、建設(shè)階段的測量

施工階段的測量工作首先要根據(jù)地形、工程性質(zhì)以及施工組織與計(jì)劃等，將設(shè)計(jì)好的橋梁模型“安放”在施工地，引導(dǎo)施工工作的進(jìn)行，及時(shí)糾正施工過程中可能出現(xiàn)的偏差。此外還要對橋梁建造的整個(gè)過程中的施工質(zhì)量、變形情況以及設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。

3、運(yùn)營階段的監(jiān)測

橋梁建造好投入使用后，在運(yùn)營期間，任然需要對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證橋梁運(yùn)營的安全。要實(shí)時(shí)監(jiān)控橋梁運(yùn)行中地表受力狀況，形變程度，建筑體本身的狀況等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，綜合考量，評(píng)估橋梁是否在安全可控的范圍內(nèi)。此外，為了對橋梁進(jìn)行有效的管理、維護(hù)和日后改、擴(kuò)建的需要，還應(yīng)建立工程信息監(jiān)測系統(tǒng)。

三、GPS技術(shù)在橋梁測量控制中的應(yīng)用

1、GPS技術(shù)應(yīng)用于橋梁測量的優(yōu)勢

1）操作簡單、效率高

GPS 技術(shù)是自動(dòng)化操作的，工作人員只是需要安裝調(diào)試好接收設(shè)備，向衛(wèi)星提供需要測量的目標(biāo)位置的大致坐標(biāo)即可，具體的測量，數(shù)據(jù)的取得以及數(shù)據(jù)的處理都是衛(wèi)星和計(jì)算機(jī)終端自動(dòng)完成的。不需要人力去操作。這一方面降低了人力資源成本，另一方面避免了人工操作中可能會(huì)產(chǎn)生的錯(cuò)誤。

2）數(shù)據(jù)更加精確

傳統(tǒng)的人工測量需要人力手持儀器實(shí)地勘測，增加了測量過程中的不確定性。而利用GPS技術(shù)進(jìn)行測量采用的是大分辨率的衛(wèi)星，測量的數(shù)據(jù)更加精確也更加全面，同時(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，整個(gè)過程無需人員參與，計(jì)算結(jié)果也更加準(zhǔn)確。

3）受外部影響較小。

利用傳統(tǒng)方式進(jìn)行測繪時(shí)，地理特征，氣候等的變化都會(huì)對測量工組有所阻礙，導(dǎo)致測量工作無法展開或是無法得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。而利用GPS技術(shù)進(jìn)行測量，由于衛(wèi)星處在對流層以上的空間，采用的是無線電等方式傳送數(shù)據(jù)，因此它不會(huì)受天氣、氣候、溫度、地勢等影響，可以連續(xù)工作。這樣既不會(huì)浪費(fèi)大量的人力，又可以迅速完成測量工作。

2、GPS技術(shù)在橋梁測量中的應(yīng)用

1）設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)作業(yè)，尤其是對大型橋梁工程，可以進(jìn)行分部分開展設(shè)計(jì)工作，由于通過GPS獲取的信息一是全方位的，二是各點(diǎn)都有詳細(xì)的坐標(biāo)，因此在大型橋梁的施工時(shí)，利用傳統(tǒng)測繪技術(shù)很難整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，而分解設(shè)計(jì)又很難將成果無誤差的組合在一起。而利用GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量，構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息，在室內(nèi)即可由繪圖軟件成圖，而且采集速度快，可以大大降低測圖的難度，既省時(shí)又省力。

2）施工階段的應(yīng)用，

利用GPS技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測施工的具體情況，再與設(shè)計(jì)稿進(jìn)行對比。其實(shí)就是將設(shè)計(jì)稿制作成虛擬的三維模型安放在施工現(xiàn)場，這樣一來，施工的情況是否與設(shè)計(jì)完全吻合，以及施工對現(xiàn)場造成了什么影響，是否要調(diào)整等等問題就會(huì)一目了然了。

3、仍然存在的問題

1）GPS測量的精度不夠理想

大型橋梁尤其是跨越山谷的大型橋梁，施工難度極大，技術(shù)要求極高，這就要求測量數(shù)據(jù)一定要十分準(zhǔn)確，而當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜，地勢起伏大時(shí)，GPS信號(hào)接收效果不理想，測量數(shù)據(jù)會(huì)存在一定誤差，無法滿足橋梁工程精密測量的要求。因此有必要加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，提高克服復(fù)雜地形條件的能力。

2）函數(shù)處理復(fù)雜，容易產(chǎn)生

與類似的測繪手段比較來看，GPS 定位系統(tǒng)所需要運(yùn)用的函數(shù)關(guān)系較為復(fù)雜，由衛(wèi)星、信號(hào)傳遞過程以及接收機(jī)中造成的誤差難以避免，針對這種現(xiàn)象，工作人員要仔細(xì)處理好每一個(gè)可能造成誤差的環(huán)節(jié)，才能保證最終計(jì)算結(jié)果與理論數(shù)據(jù)相近。

結(jié)語

橋梁建設(shè)對測繪技術(shù)要求越來越高，傳統(tǒng)的測繪方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前橋梁建設(shè)的需要，因此，要引進(jìn)GPS技術(shù)，用于前期數(shù)據(jù)采集和對施工進(jìn)行指引，確保橋梁建設(shè)的順利進(jìn)行。

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