橋梁監(jiān)控中的GPS－RTK技術(shù)研究

禹鵬，謝勇(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

橋梁監(jiān)控中的GPS－RTK技術(shù)研究

禹鵬，謝勇
(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

摘要:主要研究橋梁監(jiān)控中的GPS－RTK技術(shù)。對(duì)橋梁控制測(cè)量中的GPS技術(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)應(yīng)用GPSRTK技術(shù)的橋梁監(jiān)控工作展開(kāi)了討論，GPS－RTK技術(shù)充分發(fā)揮了GPS技術(shù)與RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)了相互間的不足，在橋梁監(jiān)控中的應(yīng)用彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的缺陷，獲得了更高的測(cè)量精度和效率，成本也有所下降，實(shí)際應(yīng)用中需要重視對(duì)橋梁控制網(wǎng)的布置設(shè)計(jì)以及基準(zhǔn)線(xiàn)的確定，從而有效保證橋梁監(jiān)控質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:橋梁監(jiān)控; GPS－RTK;測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào):U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

文章編號(hào):1008－3383(2015)06－0079－01

收稿日期:2015－03－31

作者簡(jiǎn)介:禹鵬(1988－)，男，重慶墊江人，從事橋梁檢測(cè)方面的研究。

1　橋梁控制測(cè)量

1.1橋梁控制網(wǎng)

對(duì)比常規(guī)工程控制網(wǎng)，橋梁控制網(wǎng)范圍更小，但點(diǎn)位密度大，對(duì)精度要求比較苛刻。橋梁平面控制網(wǎng)布測(cè)范圍通常在0.2～10.0 km，橫向在0.1～2.0 km，測(cè)量范圍比較小，在這么小的區(qū)域內(nèi)須進(jìn)行橋墩、承臺(tái)、梁等構(gòu)件的施工，所以橋梁控制網(wǎng)點(diǎn)的布置是比較稠密的。

從施工初期到工程竣工，橋梁施工控制點(diǎn)從軸線(xiàn)放樣、墩臺(tái)基礎(chǔ)開(kāi)挖以及澆筑再到上部結(jié)構(gòu)安裝，橋梁施工控制點(diǎn)往往需要多次重復(fù)使用，因此在布置點(diǎn)位時(shí)要充分考慮點(diǎn)位的穩(wěn)定性和使用的方便性，同時(shí)要注意做好護(hù)樁工作，并進(jìn)行經(jīng)常性檢查。

1.2橋梁控制網(wǎng)的布置

控制網(wǎng)布置質(zhì)量好壞對(duì)橋梁工程施工控制有著重要意義，主要體現(xiàn)在精度、可靠度、靈敏度和施工費(fèi)用等幾個(gè)方面。精度主要是對(duì)網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)位的精確程度描述，可靠度則是指在一定顯著水平下對(duì)粗差的發(fā)現(xiàn)與抵抗能力，靈敏度則是給定顯著水平與校驗(yàn)功效下，進(jìn)過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)獲得某一方面變形下界值，用以衡量變形監(jiān)測(cè)質(zhì)量。設(shè)計(jì)控制網(wǎng)時(shí)需要根據(jù)控制網(wǎng)的用途對(duì)其質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，橋梁控制網(wǎng)的主要目的在于滿(mǎn)足橋梁施工放樣與變形監(jiān)測(cè)需要，著重考慮精度、可靠性、費(fèi)用。

1.3控制網(wǎng)施測(cè)

對(duì)于傳統(tǒng)橋梁控制網(wǎng)多選擇三角測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，近些年GPS技術(shù)的不斷發(fā)展與在橋梁工程施工控制中的應(yīng)用，使得導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)等建網(wǎng)方式也逐漸普及，根據(jù)既往工程經(jīng)驗(yàn)，想要使控制網(wǎng)中某觀測(cè)元素達(dá)到設(shè)計(jì)精度級(jí)別，選擇測(cè)距方式比較理想。對(duì)于特大型新型橋梁控制網(wǎng)，多數(shù)都采用了測(cè)邊網(wǎng)，但是橋梁是典型的線(xiàn)狀建筑，橋梁控制網(wǎng)的橫縱比例往往失調(diào)，所以測(cè)邊網(wǎng)并不能獲得理想的橫向精度，對(duì)于高精度大型橋梁，更多采用了全測(cè)邊部分測(cè)角邊角網(wǎng)。

2　GPS測(cè)量技術(shù)

2.1GPS靜態(tài)相對(duì)定位

是一種經(jīng)典的定位模式，從上世紀(jì)90年代開(kāi)始就應(yīng)用到特大型橋梁平面工程中，對(duì)比傳統(tǒng)三角測(cè)量方法，有著更高的精度與效率，并且能夠有效節(jié)省測(cè)量成本，在橋梁工程平面控制測(cè)量與變形監(jiān)測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用，近些年，GPS相對(duì)靜態(tài)定位、快速靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)在大型橋梁工程施工測(cè)量定位中都發(fā)揮出了關(guān)鍵性的作用，有效解決了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)不能進(jìn)行長(zhǎng)距離施工測(cè)量定位的問(wèn)題。

2.2GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位測(cè)量

該項(xiàng)技術(shù)使用安裝在運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)與安裝在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)進(jìn)行GPS衛(wèi)星的同步跟蹤，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)差分處理之后確定運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行軌跡，能夠獲得優(yōu)于±1 m的定位精度。橋梁工程中使用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)配合數(shù)字回聲探測(cè)技術(shù)，能夠快速獲得區(qū)域內(nèi)江河湖海地形圖，解決了特大跨海橋梁工程橋址水下地形圖的繪制問(wèn)題。

2.3GPS－RTK定位測(cè)量

RTK是一種能夠在野外獲得厘米級(jí)測(cè)量精度的測(cè)量方法，使用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，在橋梁施工測(cè)量中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)在于能夠解決超長(zhǎng)距離施工定位問(wèn)題，獲得了比較理想的測(cè)量精度，通過(guò)專(zhuān)門(mén)定制的海上GPS打樁定位系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，減少了施工測(cè)量耗費(fèi)的時(shí)間。

3　應(yīng)用GPS－RTK技術(shù)的大型橋梁施工監(jiān)控

3.1控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

(1)精度設(shè)計(jì)

根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)要求確定控制網(wǎng)精度級(jí)別，對(duì)于精密工程，盡量選擇小的測(cè)量范圍，大型橋梁控制網(wǎng)絡(luò)通常要求橋墩中心在橋軸線(xiàn)方向上位置中誤差不超過(guò)2.0 cm，計(jì)算獲得點(diǎn)位中誤差不能超過(guò)8 mm，這相當(dāng)于C級(jí)GPS控制網(wǎng)精度。

(2)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

選擇足夠的地面坐標(biāo)系起算數(shù)據(jù)和GPS測(cè)量數(shù)據(jù)重合，選擇足夠的地方控制點(diǎn)，獲得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，選擇連測(cè)點(diǎn)要充分考慮舊資料，保持資料額定連續(xù)性，同時(shí)要注意避免舊資料造成的測(cè)量精度下降以及起算點(diǎn)之間的兼容性問(wèn)題。

(3)網(wǎng)型設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)主要有跟蹤站式、會(huì)戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)式、同步圖形拓展以及單基準(zhǔn)站式。高精度橋梁控制網(wǎng)為了進(jìn)一步提高網(wǎng)精度，可選擇布置為三角網(wǎng)的形式，獨(dú)立環(huán)與附合路線(xiàn)坐標(biāo)閉合差需要滿(mǎn)足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2控制網(wǎng)布置

應(yīng)GPS觀測(cè)要求，需要減少其他信號(hào)干擾，保證能夠正常接收信號(hào)，為了保證信號(hào)傳輸正常，要選擇四周開(kāi)闊的位置布設(shè)控制點(diǎn)，并且地面超過(guò)15°范圍內(nèi)不能存在障礙物，也要考慮避免多路徑效應(yīng)，要求控制點(diǎn)周?chē)荒艽嬖趶?qiáng)反射面，遠(yuǎn)離高壓線(xiàn)，為了保證網(wǎng)點(diǎn)精度，不能出現(xiàn)支點(diǎn)，并要將點(diǎn)位布置在穩(wěn)固，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期保存的地點(diǎn)。

3.3實(shí)測(cè)

(1) GPS設(shè)備選擇

選擇GPS設(shè)備需要按照作業(yè)控制網(wǎng)精度要求進(jìn)行，并且選擇接收機(jī)參加作業(yè)之前需要檢驗(yàn)設(shè)備的性能與可靠性，通常GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)工作主要有一般檢驗(yàn)、通電檢驗(yàn)、實(shí)測(cè)檢驗(yàn)等步驟。

(2)外業(yè)實(shí)施

首選選點(diǎn)埋石。根據(jù)上述網(wǎng)點(diǎn)布置原則選擇合適位置，便于進(jìn)行長(zhǎng)期利用。在GPS點(diǎn)位置布置必要的中心標(biāo)志標(biāo)石，并保證標(biāo)石穩(wěn)定堅(jiān)固，方便長(zhǎng)期保存利用，尤其是大型橋梁有著相對(duì)較長(zhǎng)的建設(shè)周期，GPS測(cè)點(diǎn)應(yīng)用頻繁，要充分考慮測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性，可選擇施工強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩作為基準(zhǔn)。

(3)作業(yè)模式選擇

GPS技術(shù)不斷發(fā)展，兩點(diǎn)間相對(duì)位置確定有著多種技術(shù)方法，形成了多種作業(yè)模式，不同的作業(yè)模式有著不同的觀測(cè)時(shí)間與作業(yè)方式，應(yīng)用范圍也存在著一定的差別?，F(xiàn)階段常見(jiàn)的作業(yè)模式主要有靜態(tài)相對(duì)定位、快速相對(duì)靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位等技術(shù)，而GPS控制網(wǎng)可用的只有靜態(tài)/動(dòng)態(tài)相對(duì)定位兩種工作模式。

對(duì)于橋梁施工控制GPS控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)控制網(wǎng)的精度要求需要并不是很高，無(wú)需選擇高精度但是觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)的靜態(tài)相對(duì)定位模式，選用快速靜態(tài)定位就能夠快速并且高精度的完成控制觀測(cè)。

3.4數(shù)據(jù)處理

(1)基線(xiàn)解算

通常都選擇相位觀測(cè)值雙差分技術(shù)進(jìn)行外業(yè)基線(xiàn)解算，配合隨機(jī)軟件應(yīng)用廣播星歷進(jìn)行解算。

(2)外業(yè)檢核

每天將觀測(cè)數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)應(yīng)用隨機(jī)軟件進(jìn)行基線(xiàn)解算，應(yīng)用同步環(huán)、獨(dú)立環(huán)等外業(yè)數(shù)據(jù)檢核，存在不合格數(shù)據(jù)要重測(cè)或者補(bǔ)測(cè)。

4　結(jié)束語(yǔ)

GPS－RTK技術(shù)在橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用對(duì)比傳統(tǒng)的測(cè)量方式有著很高的優(yōu)越性，尤其是實(shí)時(shí)性與高采樣性能數(shù)據(jù)方便了橋梁狀態(tài)的分析研究，為橋梁建設(shè)與管理部門(mén)的決策提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，保證了橋梁建設(shè)與使用的安全性能，是一種優(yōu)秀的橋梁監(jiān)控測(cè)量技術(shù)。

參考文獻(xiàn):

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