探究GPS在路橋工程測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

張婷婷 袁紹慶

摘 要：隨著GPS定位技術(shù)的快速發(fā)展， 它也為高速公路和橋梁控制測(cè)量提供了更先進(jìn)、更有效的測(cè)量手段。目前的GPS相對(duì)定位測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于橋梁控制測(cè)量工作的高度， 不僅能極大地促進(jìn)GPS技術(shù)過程的發(fā)展， 同時(shí)對(duì)公路橋梁建設(shè)和控制措施的發(fā)展具有重要意義。本文根據(jù)筆者工作實(shí)踐，對(duì)進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：GPS；路橋工程；測(cè)量；應(yīng)用；趨勢(shì)

1 引言

近年來， 路橋工程施工技術(shù)以及測(cè)量的方法已經(jīng)越來越高級(jí)， 而且在建造路橋的地點(diǎn)的地理位置非常復(fù)雜， 測(cè)量數(shù)據(jù)也需要非常精準(zhǔn)， 因此傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)和定位技術(shù)已經(jīng)基本不能滿足路橋建設(shè)的需求。而GPS定位的發(fā)展為路橋工程測(cè)量提供了更加精準(zhǔn)高效的測(cè)量方式。

2 在路橋工程測(cè)量中GPS表現(xiàn)出的特點(diǎn)

目前GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠覆蓋地球， 地球上任意一處位置、任意一個(gè)時(shí)間段都能同時(shí)觀測(cè)到至少四顆衛(wèi)星， 如此看來， GPS的定位系統(tǒng)就不會(huì)受到時(shí)間地點(diǎn)的限制而且在定位和定時(shí)的服務(wù)中也是非常精準(zhǔn)的。

GPS定位服務(wù)系統(tǒng)不會(huì)受到氣候的制約， 因此， 即使環(huán)境非常惡劣GPS也能高效準(zhǔn)確的完成它的定位服務(wù)任務(wù)。

而實(shí)時(shí)定位這個(gè)功能主要用于需要導(dǎo)航業(yè)務(wù)的用戶， 因此使用GPS定位會(huì)比使用子午衛(wèi)星定位更加高效， 因?yàn)樽游缧l(wèi)星定位需要等待一段時(shí)間才可以， 但是GPS實(shí)時(shí)定位這個(gè)功能可是隨時(shí)過去結(jié)果， 與子午線定位系統(tǒng)相比具有實(shí)時(shí)性。

通常， 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量要通視才能正常進(jìn)行， 但是GPS在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試時(shí)不用通視， 只要這兩個(gè)點(diǎn)能夠收到信號(hào)就能進(jìn)行定位， 節(jié)省時(shí)間， 簡(jiǎn)單也易操作， 而且準(zhǔn)確度很高。因?yàn)镚PS的優(yōu)勢(shì)在導(dǎo)航領(lǐng)域和測(cè)量領(lǐng)域地位都很高， 因此也帶動(dòng)了社會(huì)效益的發(fā)展， 因?yàn)樗趯?dǎo)航和測(cè)量這一方面都比普通、傳統(tǒng)的測(cè)量方法要快， 而精確度也會(huì)很高。

3 GPS技術(shù)在道路橋梁施工過程中的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)

GPS的控制網(wǎng)不僅對(duì)邊長(zhǎng)有著嚴(yán)格規(guī)定， 而且對(duì)網(wǎng)形也有限制。在專業(yè)的工程測(cè)量規(guī)范中已經(jīng)明確指出， 在GPS三角網(wǎng)技術(shù)定位的三角形中， 內(nèi)角一定要大于30°， 如果在測(cè)量的時(shí)候受到了地形的限制， 這個(gè)內(nèi)角也一定要保證大于25°。不過在實(shí)際中， 在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)會(huì)受到很大的地理環(huán)境的影響， 三角網(wǎng)的三角形內(nèi)角角度根本達(dá)不到規(guī)范的要求， 這樣就必須考慮使用GPS定位和測(cè)量的功能而不再使用以往常規(guī)的定位和測(cè)量的方法?，F(xiàn)在已有的GPS定位系統(tǒng)已經(jīng)具有全天等候以及直接的待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)這些優(yōu)勢(shì)， 這樣它在路橋施工測(cè)量時(shí)也就能夠發(fā)揮它自身的優(yōu)勢(shì)。2.2 GPS定位精度高。通用雙頻GPS接收機(jī)的基本分辨率5mm+1ppm， 精度為5mm±5ppm， 和GPS定位精度相當(dāng)于紅外精度。此外， GPS的操作不受環(huán)境和距離的限制， 非常適合地形復(fù)雜和局部關(guān)鍵工程領(lǐng)域。它已被證明， 相對(duì)定位精度可達(dá)12×10-6在基線小于50km上， 并且可以在100～500公里的基線達(dá)到10-6～10-7。

GPS定位技術(shù)可以實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)。在GPS測(cè)量中， 可以準(zhǔn)確地確定觀測(cè)站的地面高程， 觀測(cè)站的平面位置是準(zhǔn)確的。這種技術(shù)非常適用于線路、橋梁和隧道?？捎糜趯?shí)時(shí)測(cè)量、中樁測(cè)量、點(diǎn)測(cè)量等。GPS接收器相對(duì)穩(wěn)定， 可以在任何地方和所有天氣下工作。在運(yùn)行中測(cè)量方便， 有利于及時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)布局。GPS定位測(cè)量系統(tǒng)可自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、自動(dòng)調(diào)整計(jì)算、跟蹤和觀測(cè)等， 全部由儀器自動(dòng)完成。操作簡(jiǎn)單， 大大提高了工作質(zhì)量和效果。

4 GPS技術(shù)在公路橋梁工程測(cè)量時(shí)的應(yīng)用

4.1 利用GPS換算平面點(diǎn)位的關(guān)系

一般我們?nèi)绻艿酵ㄒ晽l件限制那么就是因?yàn)槿緝x測(cè)量， 但是有時(shí)會(huì)因?yàn)橐恍┤藶橐蛩禺a(chǎn)生計(jì)算錯(cuò)誤。使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)GPS就能夠直接確定點(diǎn)位坐標(biāo)。GPS在測(cè)量施工時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)為：不管是以一個(gè)國家坐標(biāo)系統(tǒng)還是以一個(gè)地方獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)， GPS測(cè)量只要將坐標(biāo)系統(tǒng)的換算參數(shù)計(jì)算好就可以， 而且只需要計(jì)算一次就可以為在整個(gè)的工期中進(jìn)行服務(wù)。因此我們可以知道， GPS平面點(diǎn)位的關(guān)系換算與全站儀相比較工作效率更高， 一來可以節(jié)省時(shí)間， 二來對(duì)操作人員的要求也不是很高， 不需要特殊培訓(xùn)以及專業(yè)人才， 這就節(jié)省了大量人力投資的成本。

4.2 GPS中導(dǎo)線的測(cè)量

在施工過程中進(jìn)行放樣工作時(shí)， 如果想要用全站儀測(cè)量那么就需要好的通視效果， 要在施工過程中要提供GPS控制點(diǎn)之間的布設(shè)導(dǎo)線， 然后再把提供的布設(shè)導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量和平差以后再進(jìn)行放樣工作。但是使用GPS測(cè)量只要提供一次控制點(diǎn)， 就能根據(jù)這次提供的控制點(diǎn)在WGS84左邊系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)得求解， 而且也不需要花費(fèi)時(shí)間來布設(shè)導(dǎo)線， 但是得到的精準(zhǔn)度卻是相同的。在一般的導(dǎo)線測(cè)量工作中， 使用GPS可以節(jié)省布設(shè)導(dǎo)線的時(shí)間， 這樣就很大程度的節(jié)約了成本。

4.3 橋位放樣和斷面的測(cè)量

在路橋測(cè)量工程中， 最關(guān)鍵的是精準(zhǔn)運(yùn)用GPS測(cè)量的橋段。因?yàn)槲覀冎溃?一般GPS在累計(jì)測(cè)量功能的精準(zhǔn)度這方面是很高的， 而且這個(gè)功能能夠極大地滿足道路橋梁施工時(shí)所要求的精準(zhǔn)度。但是如果使用全站儀， 那么測(cè)量會(huì)受到上下角度的度數(shù)限制， 有時(shí)候會(huì)讓一些放樣工作變得更加繁復(fù)， 這樣對(duì)比下來可以知道GPS的放樣點(diǎn)位操作其實(shí)是更加簡(jiǎn)單方便的。那么我們?cè)诼窐蚴┕さ臅r(shí)候， 斷面測(cè)量也十分重要。如果將全站儀測(cè)量技術(shù)使用到測(cè)量施工中的話， 在每一次測(cè)量結(jié)束后就需要再搬一次站點(diǎn)， 然后重新再定一次后視， 而GPS可以節(jié)省這些時(shí)間、人力。

4.4 高程控制測(cè)量

GPS的分布范圍是非常廣泛的， 而且可以使用GPS全方位的對(duì)一個(gè)地形進(jìn)行測(cè)量， 而且它還可以在數(shù)據(jù)方面對(duì)這個(gè)地形的寫偏差做出調(diào)整， 也就是根據(jù)地形改正的外部符合精度為±7mm， 曲面擬合法誤差為±8mm， 所有的數(shù)值都必須在規(guī)定的范圍之內(nèi)。如果將GPS水準(zhǔn)發(fā)高程與四等水準(zhǔn)相比較， 最大的誤差為-36mm， 中誤差為±9mm， 誤差值為-2mm， 而這些數(shù)值GPS都達(dá)到了施工的精準(zhǔn)度要求， 因此是可以在施工過程中使用的。

根據(jù)橋梁本身的特點(diǎn)， 橋梁施工控制網(wǎng)的范圍一般較大。規(guī)模巨大， 海面遼闊， 潮汐影響， 中央航道沒有控制點(diǎn)。如果傳統(tǒng)方法不能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性， 就需要采用GPS定位技術(shù)的靜態(tài)定位方法來測(cè)量橋梁控制網(wǎng)。這種測(cè)量方法是通過在每個(gè)移動(dòng)站上對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)。在觀測(cè)過程中， GPS接收機(jī)可以同時(shí)接收基站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)， 對(duì)模糊度和用戶站的三維坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算， 如果變化結(jié)果趨于穩(wěn)定， 精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求， 可以實(shí)時(shí)觀察到目的地。一般應(yīng)用于控制測(cè)量， 如控制網(wǎng)絡(luò)加密；常規(guī)測(cè)量方法， 如全站儀的使用， 受客觀因素的影響， 在自然條件下難以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較差的地區(qū)， 如果采用RTK技術(shù)可以起到事半功倍的效果。

5 GPS在道路橋梁工程中的應(yīng)用的趨勢(shì)

靜態(tài)的GPS定位技術(shù)伴隨著我國線路勘測(cè)技術(shù)的發(fā)展在實(shí)際的施工過程中也得到了非常廣泛的應(yīng)用， 不僅從隧道外控制到特大橋梁施工過程的控制測(cè)量， 而且從首級(jí)的控制到一二級(jí)導(dǎo)線的控制等等都使用了靜態(tài)GPS定位技術(shù)。如果我們想要用航空測(cè)量的定位來測(cè)量?jī)蓚€(gè)平面的位置、高度， 那么也就是就需要我們對(duì)每個(gè)對(duì)象都必須設(shè)4-6個(gè)控制點(diǎn)， 這樣一來就會(huì)花費(fèi)大量的物力財(cái)力；但是如果在這個(gè)作業(yè)當(dāng)中我們采用GPS的航測(cè)成圖的話， 就可以節(jié)省時(shí)間和金錢， 同時(shí)也可以利用GPS的三維空間坐標(biāo)進(jìn)行模型的建立。其次， RTK是實(shí)時(shí)載波相位測(cè)量的簡(jiǎn)稱， 使用這種測(cè)量方式的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量很高， 可以精確到厘米， 但是這個(gè)方法比較適用于采集野外的觀測(cè)數(shù)據(jù)、橫豎斷面的測(cè)量等。如果將兩者相結(jié)合， 那么我們就可以在各種環(huán)境中都可以測(cè)量， 這樣也會(huì)很大程度上提高檢測(cè)的質(zhì)量和效率， 這也是是新的一代線路勘測(cè)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。

6 結(jié)語

綜上所述， GPS在路橋測(cè)量中有很高的價(jià)值， 這相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)更加精準(zhǔn)， 耗時(shí)更短等優(yōu)點(diǎn)， 為路橋的測(cè)量工作提供良好的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉業(yè)坤.基于工程實(shí)例的GPS控制測(cè)量思路研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2010 （26）.