GPS技術(shù)在道路橋梁工程測量中的應(yīng)用分析

李新明

摘要：隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的GPS技術(shù)發(fā)展已經(jīng)逐步成熟，GPS技術(shù)可以精準(zhǔn)定位，被廣泛地應(yīng)用在了各個(gè)領(lǐng)域。GPS技術(shù)具有操作便利、不受天氣等環(huán)境影響的優(yōu)點(diǎn)，在道路橋梁工程測量中，GPS的定位技術(shù)和測算模型可以明顯提高測量的工作效率。隨著我國道路橋梁工程測量工作發(fā)展的逐漸深入，GPS技術(shù)將具有更廣闊的發(fā)展前景。因此，本文將系統(tǒng)性地介紹GPS技術(shù)和道路橋梁工程測量，并分析如何將二者有機(jī)結(jié)合，有效提高工程測量效率。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);道路橋梁;工程測量

在我國道路橋梁事業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，一直在積極與現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)相融合，以求得到更高層次的進(jìn)步。GPS技術(shù)是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種定位系統(tǒng)，具有十分優(yōu)秀的抗干擾能力，在道路橋梁工程測量中能夠發(fā)揮巨大的價(jià)值。道路橋梁工程測量的長度長、范圍廣、經(jīng)歷的環(huán)境較復(fù)雜，如果依靠人工測量的方式，其結(jié)果的準(zhǔn)確性不能得到保證。專家們發(fā)現(xiàn)，GPS技術(shù)能夠?qū)Φ孛孢M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，其測量結(jié)果精度很高，可以為工程建設(shè)提供可靠的參考依據(jù)。

一、GPS技術(shù)概述

GPS技術(shù)是在上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的，隨著這些年來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)也在不斷提升。GPS技術(shù)也被稱為全球定位系統(tǒng)，能夠利用衛(wèi)星技術(shù)和通信技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。GPS系統(tǒng)包括了衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控和GPS信號(hào)接收器[1]。GPS技術(shù)的測量過程是通過21顆空間衛(wèi)星對(duì)地面的各種情況進(jìn)行監(jiān)測;地面監(jiān)測站是1個(gè)主控站和5個(gè)監(jiān)測站組成;GPS信號(hào)接收器是指各種不同的終端設(shè)備，如手機(jī)、計(jì)算機(jī)等。其工作過程是借助空間衛(wèi)星得到相關(guān)數(shù)據(jù)，并發(fā)送到地面監(jiān)測站，再通過信號(hào)的分析處理，建立出直觀的三維模型圖。

GPS技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)中，包括軍事、偵測和精準(zhǔn)定位等，人們?nèi)粘Ｉ钪械氖謾C(jī)定位就是依靠GPS技術(shù)。GPS技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，包括高精度、高抗干擾性、和高效率等。由于GPS技術(shù)受外界干擾很小，可以在各種天氣狀況下表現(xiàn)良好，因此，也被應(yīng)用在了建筑工程測量中，尤其是道路橋梁工程。

二、道路橋梁工程測量的重要性

由于我國幅員遼闊，地理情況變化較大，在進(jìn)行道路橋梁工程測量時(shí)有較高的難度。在傳統(tǒng)的工程測量中，主要依靠人工測量和一些簡單的測量工具，測量的結(jié)果存在較大的誤差，在工程建設(shè)中不能很好地提供數(shù)據(jù)支持。尤其是在修建橋梁工程時(shí)，因?yàn)樗虑闆r比較復(fù)雜，依靠人力無法進(jìn)行有效測算。而道路橋梁建設(shè)是國家的基礎(chǔ)建設(shè)，對(duì)民生、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)都有著十分重要的影響，且修建道路橋梁的工程量較大，如果沒有準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，就無法設(shè)計(jì)科學(xué)合理的施工方案，不能保證工程質(zhì)量和使用壽命。因此，道路橋梁工程測量有十分重要的作用，應(yīng)該引起相關(guān)施工單位和設(shè)計(jì)單位的重視。一方面，工程測量可以為施工方案設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，能夠有效保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。另一方面，通過有效測量，可以得知所建設(shè)工程的工程量，在招投標(biāo)工作中有重要的影響。

三、GPS技術(shù)與工程測量

（一）應(yīng)用廣泛

GPS技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣泛的優(yōu)點(diǎn)。一方面，GPS技術(shù)可以和不同的行業(yè)不同的專業(yè)相結(jié)合，發(fā)展出新的研究方向。GPS技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合使原本靜態(tài)的監(jiān)測發(fā)展成了動(dòng)態(tài)的、全天候的監(jiān)測技術(shù)，能夠?yàn)槿藗兲峁└佑行У臄?shù)據(jù)資源。另一方面，GPS技術(shù)在監(jiān)測時(shí)不受天氣和地形條件的約束，可以在各種情況下為人們提高所需要的數(shù)據(jù)。如在道路橋梁工程測量中，能夠?qū)θ肆﹄y以監(jiān)測的高山、河流和洞穴進(jìn)行有效監(jiān)測。由于GPS技術(shù)在計(jì)算機(jī)中形成的模型是三維動(dòng)態(tài)模型，在不同的情況都能夠提供有利的數(shù)據(jù)。

（二）定位精度高

GPS技術(shù)的測量準(zhǔn)確性很高，經(jīng)過技術(shù)的不斷優(yōu)化和提升，目前已經(jīng)可以達(dá)到毫米級(jí)別的測量[2]。在過去的工程測量中，多依靠人工測量，且使用的設(shè)備比較簡單，面對(duì)一些復(fù)雜地形不能有效測量，存在較大的數(shù)據(jù)誤差。在道路橋梁工程測量中，GPS技術(shù)這種高精度的測量能夠很好地保證建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性，尤其是在一些細(xì)節(jié)處的規(guī)劃能夠得到很好的保證，對(duì)道路橋梁的建造質(zhì)量能夠有明顯提升。另外，由于GPS技術(shù)的廣泛性，能夠?qū)σ郧耙揽咳斯y得的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，規(guī)避了過去測量工作中的錯(cuò)誤之處，為后續(xù)的工程研究等工作提供了有力保障。

（三）測量效率高

過去的道路橋梁工程測量工作主要依靠人工測量，設(shè)備也較為簡單，測量誤差大，不能為建筑方案設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。但GPS技術(shù)的出現(xiàn)，有效彌補(bǔ)了這種不足，能夠在任何時(shí)間段和任何位置為人們的需要提供的數(shù)據(jù)。由于GPS系統(tǒng)在測量時(shí)都依據(jù)的是電子設(shè)備，GPS地面監(jiān)控、GPS信號(hào)接收器、計(jì)算機(jī)顯示等。其測量過程十分簡單，屬于自動(dòng)化測量，使用GPS測量系統(tǒng)可以直接得到監(jiān)測結(jié)果，測量效率很高。在測量操作過程中，先通過GPS系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)建立完整的三維地圖，當(dāng)需要在提取某個(gè)點(diǎn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)時(shí)，只需要將相關(guān)坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，就可以完成數(shù)據(jù)采集的工作，且對(duì)測量的結(jié)果能夠提供有力保障[4]。

四、實(shí)際應(yīng)用分析

（一）工程控制網(wǎng)

工程控制網(wǎng)是一種十分重要的控制測量方式，是一種從全局上對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于GPS系統(tǒng)在進(jìn)行監(jiān)測工作時(shí)，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)之間不會(huì)產(chǎn)生影響，能夠進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)測，并使用多臺(tái)顯示設(shè)備對(duì)同一個(gè)觀測圖像進(jìn)行同步觀測，可以將這些獨(dú)立的數(shù)據(jù)繪制成可靠性較高的工程控制網(wǎng)。工程控制網(wǎng)主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是點(diǎn)連式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另一種是邊連式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，差別主要是其連接部分存在明顯差異。點(diǎn)連式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只依靠一個(gè)公共點(diǎn)關(guān)聯(lián)，觀測效率很高，但呈現(xiàn)幾何性較弱，參考價(jià)值不大。邊連式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正好相反，是由一條公共邊聯(lián)系起了各個(gè)同步圖像，能夠呈現(xiàn)出較復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，但是由于復(fù)雜性，觀測效率較弱。為了彌補(bǔ)兩種工程控制網(wǎng)的不足，一般會(huì)將兩種結(jié)構(gòu)協(xié)同使用，以滿足觀測要求。

（二）動(dòng)態(tài)定位測量

在橋梁施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，橋墩支柱點(diǎn)的選擇十分重要，關(guān)系著橋梁的穩(wěn)定性和承受力。通過GPS技術(shù)，可以在橋墩交會(huì)進(jìn)行精確定位。一些河流的表面比較開闊，尤其是在匯流處有較大的測量困難。利用GPS中的動(dòng)態(tài)定位監(jiān)測有很大的測量優(yōu)勢。GPS的動(dòng)態(tài)定位監(jiān)測有基準(zhǔn)監(jiān)測站和流動(dòng)監(jiān)測站組成，以可以確定的、精度高的測量點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過衛(wèi)星全天候檢測，將存在變化的點(diǎn)標(biāo)記為一段連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)模擬將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，能夠得到動(dòng)態(tài)定位的測量結(jié)果[5]。這種有基準(zhǔn)站和流動(dòng)站共同得到監(jiān)測的方式所需要的設(shè)備較簡單，只需要一臺(tái)GPS信號(hào)接收器和計(jì)算機(jī)，就可以得到三維的坐標(biāo)點(diǎn)，測量精度可達(dá)厘米級(jí)別，為在水中的橋墩定位設(shè)計(jì)提供有力支持，有效保證橋梁設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量。

（三）變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要是指通過GPS監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)建立好或正在施工中的工程對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的形變進(jìn)行有效檢測，包括對(duì)地面沉降和建筑體位移等。這種專門的變形檢測也被稱為GPS-RTK技術(shù)[3]。變形監(jiān)測的主要過程是建立多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，并在可能出現(xiàn)變形的位置設(shè)置好參考點(diǎn)，借助基點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控得到的結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)，測算出精準(zhǔn)的變形數(shù)據(jù)。在GPS-RTK系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化變形監(jiān)測，通過與報(bào)警系統(tǒng)的搭建，當(dāng)數(shù)據(jù)變化幅度超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能夠及時(shí)進(jìn)行警報(bào)，使專業(yè)的測繪工作者對(duì)危險(xiǎn)情況進(jìn)行分析。道路橋梁建立實(shí)時(shí)的變形監(jiān)測有很強(qiáng)的必要性和現(xiàn)實(shí)性，當(dāng)出現(xiàn)變形時(shí)要及時(shí)對(duì)建筑體的承重性、使用壽命和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性時(shí)，要進(jìn)行必要的維護(hù)工作，保證道路橋梁的安全性。

（四）為方案設(shè)計(jì)提供支持

GPS技術(shù)的三維模型可以提供有效的地形監(jiān)測，在模型圖中可以得到監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過比對(duì)分析能夠使監(jiān)測點(diǎn)的平面位置和海拔高度被直觀地看到，避免了設(shè)計(jì)人員由于對(duì)空間預(yù)計(jì)的失誤產(chǎn)生設(shè)計(jì)問題，對(duì)判斷地形和具體施工工藝也有很好的幫助。在道路橋梁的具體施工過程中，方案設(shè)計(jì)是重要的施工標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，而不同的地質(zhì)條件，施工選用的設(shè)備、工藝和其他資源都有差異[6]。在過去，通過人力調(diào)研得到的資料精準(zhǔn)度低，在設(shè)計(jì)時(shí)還會(huì)存在一定的錯(cuò)誤，如果在前期能提高有效的數(shù)據(jù)，能夠以最高效的方式進(jìn)行建造，降低了施工企業(yè)不必要的投入支出，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

五、GPS技術(shù)發(fā)展應(yīng)用前景

GPS技術(shù)目前還在不斷發(fā)展的過程中，在人們的日常生活中可以用于交通導(dǎo)航、手機(jī)定位和休閑娛樂等;在軍事領(lǐng)域可以發(fā)展空間技術(shù)、偵測技術(shù)和武器研究;在工程行業(yè)里可以用來進(jìn)行工程測量、大地測量、攝影測量等。GPS技術(shù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測功能能夠在任意時(shí)段為研究人員提供有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)，為工程建設(shè)工作的開展帶來了極大的便利性。GPS技術(shù)的發(fā)展代表了國家在科技領(lǐng)域的進(jìn)步，但后續(xù)的發(fā)展仍然需要不同行業(yè)的人才充分發(fā)揮自己的能力，為推動(dòng)GPS技術(shù)發(fā)展的廣度和深度而努力，為推動(dòng)國家科技研究而努力。

六、結(jié)束語

總之，GPS技術(shù)的發(fā)展有十分廣闊的前景，可以與各行各業(yè)相互融合，開發(fā)出新的研究領(lǐng)域。在GPS技術(shù)與道路橋梁工程測量的結(jié)合上，GPS技術(shù)能夠充分發(fā)揮其適用環(huán)境廣、定位精度高、測量效率高和操作便捷的特點(diǎn)，在工程控制網(wǎng)絡(luò)、變形監(jiān)測和動(dòng)態(tài)定位測量中發(fā)揮作用，為發(fā)展我國的道路橋梁建設(shè)工作做出巨大貢獻(xiàn)。相關(guān)施工企業(yè)和設(shè)計(jì)單位應(yīng)該關(guān)注GPS技術(shù)的發(fā)展，并將其合理運(yùn)用在工作中，確保工程測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為發(fā)展建設(shè)提供可靠的參考依據(jù)。

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（作者單位：中交一公局廈門工程有限公司）