GPS定位技術(shù)在橋梁施工測(cè)量中的應(yīng)用

許昌波　楊麗香

摘要 ：本論文首先對(duì)GPS定位系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明，然后分析并闡述了GPS定位技術(shù)在橋梁施工測(cè)量中的具體方法和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 ：GPS定位 橋梁施工 測(cè)量

一、前言

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)國(guó)防部研制的借助于分布在空中很多個(gè)GPS衛(wèi)星確定地球表面點(diǎn)位置的一種新型定位系統(tǒng)。GPS定位技術(shù)建立控制網(wǎng)與常規(guī)方法相比：自動(dòng)化程度高、全天候、高精度、定位塊、靈活、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，而得以廣泛應(yīng)用。

二、GPS定位系統(tǒng)組成與應(yīng)用特點(diǎn)

1、GPS系統(tǒng)組成

（一）空間部分

GPS空間部分由24顆GPS工作衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)傾角為55°的軌道上做繞地球運(yùn)行，確保從地球的任何地點(diǎn)、時(shí)刻都能觀測(cè)到至少4顆衛(wèi)星；GPS衛(wèi)星發(fā)射有用戶用來(lái)定位、導(dǎo)航的導(dǎo)航電文及測(cè)距碼等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（二）用戶部分

用戶設(shè)備（氣象儀、計(jì)算機(jī)等）、數(shù)據(jù)處理軟件、GPS接收機(jī)是GPS用戶組成部分，作用是接收并利用GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位。我們所說(shuō)的GPS就是指用戶部分。

（三）地面控制部分

主控站（1個(gè)）、監(jiān)測(cè)站（5個(gè)）、注入站（3個(gè)）是地面控制的組成部分。監(jiān)測(cè)站主要負(fù)責(zé)連續(xù)跟蹤觀測(cè)接收到的衛(wèi)星訊號(hào)，提供主控站觀測(cè)數(shù)據(jù)；主控站主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，并將處理后的數(shù)據(jù)傳送至注入站；注入站負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)衛(wèi)星存儲(chǔ)器。

2、GPS定位技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

GPS系統(tǒng)定位技術(shù)具有全天候、高效率、高精度、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化快速定位，應(yīng)用廣泛，具有多功能等特點(diǎn)。實(shí)踐證明：GPS-RTK技術(shù)僅需幾秒鐘獲取固定解算精度的前提下，就可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度作業(yè)。隨著GPS系統(tǒng)解算軟件的不斷改進(jìn)和更新，GPS能同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)站點(diǎn)三維坐標(biāo)的精確測(cè)定；GPS接受機(jī)也越來(lái)越小，更加輕便，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

三、GPS定位技術(shù)在橋梁施工測(cè)量中應(yīng)用的具體方法

1、準(zhǔn)備工作

（一）對(duì)待測(cè)區(qū)進(jìn)行勘察，并收集相關(guān)資料

主要調(diào)查當(dāng)?shù)氐目刂泣c(diǎn)分布情況、交通情況、水文分布情況、植被情況、以及當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗民情等。相關(guān)資料包括待測(cè)區(qū)的地形圖，各類控制點(diǎn)成果以及與之有關(guān)的地質(zhì)、交通、氣象、通信等方面的資料。

（二）選擇接收機(jī)型號(hào)并檢驗(yàn)

一般小于20公里點(diǎn)位情況良好，宜采用單頻接收機(jī)，反之，選用雙頻接收機(jī)。接收機(jī)性能的檢驗(yàn)主要有：一般檢驗(yàn)，主要檢查接收機(jī)各部件及其附件是否完好，使用手冊(cè)等相關(guān)資料是否齊全等；通電檢驗(yàn)，主要是檢驗(yàn)接收機(jī)通電后有關(guān)信號(hào)燈、按鍵、顯示系統(tǒng)和儀表的工作情況；實(shí)測(cè)檢驗(yàn)，主要檢驗(yàn)方法為標(biāo)準(zhǔn)基線檢驗(yàn)。

2、外業(yè)測(cè)量工作

（一）合理選點(diǎn)

每點(diǎn)最好能與其中某一點(diǎn)通視，應(yīng)選擇在上空開(kāi)闊、視場(chǎng)內(nèi)周圍障礙物的高度角小于15°，以免信號(hào)被遮擋或吸收，影響觀測(cè)質(zhì)量。要遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源和高壓電線等，其距離應(yīng)大于200m，以免電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾。

（二）埋設(shè)標(biāo)志

GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)具有標(biāo)志的標(biāo)石，以精確標(biāo)志點(diǎn)位，點(diǎn)的埋設(shè)必須堅(jiān)固以利于長(zhǎng)久保存與利用，并做好記錄。

（三）外業(yè)觀測(cè)

外業(yè)觀測(cè)工作主要包括：安裝天線、觀測(cè)作業(yè)和觀測(cè)記錄等。天線利用三腳架安置，天線底板上的圓水準(zhǔn)器氣泡必須居中，天線的定向標(biāo)志應(yīng)指北。觀測(cè)作業(yè)就是獲取所需要的定位信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)。觀測(cè)記錄由GPS接收機(jī)自動(dòng)進(jìn)行，觀測(cè)者應(yīng)做好記錄。在測(cè)量的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格限制高頻及對(duì)講機(jī)等無(wú)線電波的使用，避免環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾，從而提高GPS本身的定位精度。

四、GPS定位技術(shù)在橋梁施工測(cè)量中的應(yīng)用

1、在水中進(jìn)行橋墩交會(huì)的定位

在進(jìn)行橋梁施工前必須要進(jìn)行橋墩交會(huì)定位，按照傳統(tǒng)的施工方法普遍采用前方交會(huì)法進(jìn)行，然而有些大橋的施工處江面海面比較開(kāi)闊，無(wú)疑給橋墩交會(huì)增加了難度。GPS動(dòng)態(tài)定位（RTK定位技術(shù)），通過(guò)載波相位測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)揮了不可估量的優(yōu)勢(shì)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，其工作原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。采用這種方法進(jìn)行水中橋墩定位時(shí)，只需要在基準(zhǔn)站安裝一臺(tái)GPS接收機(jī)，這樣用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，精度可達(dá)1～2cm。

2、橋梁塔柱施工中的應(yīng)用

目前許多大型斜拉橋塔柱的高度也在不斷增加，這就使得控制斜拉橋塔柱的斜率成為了確保橋梁質(zhì)量的關(guān)鍵性問(wèn)題，而且橋梁索塔間的跨度大，水位深，如果要按照傳統(tǒng)方法很難進(jìn)行精確測(cè)量，過(guò)去采用常規(guī)的放樣方法很多，一般要放樣一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)，往往需要來(lái)回移動(dòng)目標(biāo)，需要2～3人共同進(jìn)行操作，而且有時(shí)在放樣過(guò)程中對(duì)于遇到的一些困難的情況還必須借助于很多方法解決后才能進(jìn)行放樣，因此需要在橋梁施工的過(guò)程中利用GPS定位技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)放樣。

GPS定位技術(shù)在泉州晉江大橋建設(shè)中進(jìn)行了嘗試和驗(yàn)證。大橋由主橋、南北引橋及南北互通立交組成。利用RTK技術(shù)放樣時(shí)，僅需要把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位坐標(biāo)輸入到微型計(jì)算機(jī)中，測(cè)量人員帶著GPS接收機(jī)，當(dāng)測(cè)量人員走到相應(yīng)的測(cè)量地點(diǎn)時(shí)，GPS接收機(jī)會(huì)自動(dòng)提醒，這樣既迅速又方便，由于GPS是通過(guò)坐標(biāo)來(lái)直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業(yè)放樣中效率會(huì)大大提高，且只需一個(gè)人操作。實(shí)踐證明，利用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量得到的結(jié)果是準(zhǔn)確可行的。

3、在控制測(cè)量中的具體應(yīng)用

根據(jù)橋梁自身的特點(diǎn)，橋梁施工控制網(wǎng)的范圍普遍很大，特別是一些跨江河跨海的特大型橋梁，其巨大的跨度給測(cè)量帶來(lái)了很大的困難，例如：福建莆田東吳大道羅嶼特大橋位于湄洲灣海域，跨越羅嶼海峽，橋梁設(shè)計(jì)為城市主干道海上特大橋，橋梁全長(zhǎng)749米，兩側(cè)引道394米，總長(zhǎng)1143米，最大水深約22.5米，設(shè)計(jì)為雙向四車道，其中橋面寬度為22.5米。規(guī)模浩大，海面遼闊，受潮汐影響，海峽中央無(wú)控制點(diǎn)，如按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行測(cè)量根本無(wú)法確保結(jié)果的精確性，所以應(yīng)推廣使用GPS定位技術(shù)的靜態(tài)定位法進(jìn)行橋梁控制網(wǎng)的測(cè)量。這種測(cè)量方法是通過(guò)GPS接收機(jī)在每一個(gè)流動(dòng)站進(jìn)行靜止的觀察測(cè)量。在進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，GPS接收機(jī)還能夠同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，而且計(jì)算精度能夠滿足設(shè)計(jì)要求，便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密；若采用常規(guī)測(cè)量方法，如使用全站儀測(cè)量，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而如果采用RTK技術(shù)可起到事半功倍的效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

GPS定位系統(tǒng)在公路工程、高速公路建設(shè)、跨越江河、大海特大型橋梁工程、市政建設(shè)等方面，已經(jīng)取得了大量成功的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)方面都具有十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉雙海.GPS定位技術(shù)在橋梁施工測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究.2011.