GPS技術在橋梁測量控制中的應用

摘要：本文以GPS技術在橋梁測量控制中的應用為研究對象，深入探討了GPS在我國的應用現狀，以H大橋為例簡要介紹GPS的數據處理，另外又探討了GPS技術在橋梁測量中出現的問題。對相關工作者提供重要的參考依據。

關鍵詞：GPS技術；橋梁工程；測量應用

引言：

隨著我國經濟社會的發展，現階段正修建或擬建很多大型甚至特大型橋梁，因其很多都規模大型化，結構新穎化，又處在特別的地理位置，因而工程量大，施工工藝復雜，則許多常規的測量控制手段已經不能滿足需要。而應用飛速發展的GPS技術的橋梁測量控制技術革命，引領橋梁工程測量進入了嶄新的時代。GPS技術的應用已經非常廣泛，可以解決很多以前無法解決的問題，其地位越來越重要。

一、國內外研究的現狀

GPS靜態定位系統不斷發展并幾近完善，已經普遍用于測量各種控制點，并用各種控制網逐步取代常規測量方法。

我國新采用的GPS技術利用大地測量控制方法，城市中也利用GPS建立起城市測量控制網。以近期國內建設的大橋來講，如上海楊浦大橋，虎門大橋等工程，利用GPS全球定為技術測試首級平面測試網，不僅縮短了施工時間，減輕了勞動強度，增強了控制強度和空間定為能力，實現了控制網測試的高精度化。

針對橋位高程控制測量，GPS技術打破了按照常規方法進行的測量準則，在范圍不大的平攤區域內，以高等水準點為高程擬合起點算起，選用適度的高程異常處理模型，達到國家高等標準。因此其關鍵問題在于如何精確確定高程異常處理模型。將GPS技術平面控制和常規精密水準測量同時進行，提高精確性和準確性。

國際上在橋梁測量測量控制中的研究也取得了喜人成績，美國利用GPS定為技術成功完成了對斯坦福粒子加速器的工程測量；歐洲海底隧道工程橫跨英吉利海峽，采用GPS進行控制測量修正了經典打底測量法的隧道縱橫向誤差，減少了工程經費支出，提高了工程進度和質量。

GPS技術在橋梁測量控制中的應用主要體現在以下幾方面，以GPS靜態定位作為精密的定位模式，可以解決長距離測量控制的精確度的難題；GPS實時動態測量信號接收機分別放在動態和基準載體上，同事適用于流向測量等一般精度要求的測量活動中；利用GPS靜態、動態、快速靜態測量中的解算方獲得厘米精度測量和控制；GPS定位在得到各空間點高精度的大地高差，通過平差可求各G PS點的大地高，再利用各點的高程異常值，經過公式即可算出各點的正常高度。

二、GPS技術的特點

相比較于常規方法，GPS在控制測量方面有諸多優點，例如：

（1）測量精度有所提高，經國外研究表明，在長度為50-450km的基線上，南北、東西、垂直分量上的平均精度分別為1.9㎜、2.1㎜和17㎜，并且與距離無關，測量事后實行解算方可獲得厘米級精度。

（2）經費少，選點靈活，GPS不需要測量站間相互通視，因此不需要建設站標，大大減低布網費用，主要被應用在各種橋梁工程的平面控制測量或變形監測中。

（3）觀測時間段，一般在GPS一等控制測量中，每個觀測站上觀測時間一般為1-2小時左右，而靜態定位技術中，觀測時間更短。

（4）作業全天候不間斷，GPS幾乎可以在任何時間、地點、條件下進行觀測，大大方便了測量作業，有利于高校完成測量任務。

（5）觀測處理數據自動化，減少處理誤差發生的可能性。

（6）數學模型簡單

（7）可同時測定點的三維坐標，當前常用的計算高程異常方法為，利用測區里的若干個已知水準點，利用解析內插、曲線擬合等確定測區的似大地水準面，從而求出各待定點的高程異常。

三、H大橋常規測量數據處理

H大橋首級平面控制網作為橋梁專用控制網，能勘察階段的設計服務，也為施工階段的放樣和營運階段的變形監測提供數據。大橋橋位跨海寬30km，共布設22個點，采用雙頻GPS接收系統利用精密光電測距儀和經緯儀等精密儀器來觀測。觀測時段長度：小于30公里基線≥2hour；大于30公里基線（跨海）≥6hour；與IOGS跟蹤站聯測基線≥24hour。平均重負設站數≥3。

四、GPS技術的應用情況分析

1、GPS高程測量的精度不夠理想，尤其在起伏大的地形中，GPS信號接收不理想，高程擬合僅達到四等或以下水準測量精度，不能完全滿足橋梁工程對精密測量的要求。高精度橋梁施工高程控制網中通常只用一個已知點的高程作為起算點，因此從一岸水準點高程傳遞到對岸的GPS高程擬用方法很難正確使用。

2、GPS技術在橋梁施工或變形監測中的發揮主要受以下四點的影響。

第一，施工現場條件多變化，會對GPS信號的接收形成明顯的遮擋和干擾，甚至使能觀測到的數據變少，幾何圖形變小，衛星信號變弱。

第二，多路徑效應將導致施工過程中GPS定位精度降低。

第三，觀測時間與定位精度相矛盾，尤其在施工干擾大、信號接收弱的狀況下，矛盾更為突出。

第四，橋梁GPS測量控制的實時系統難以實現。

為了提高GPS定位測量控制的精確性與可靠性，可以采用以下措施。首先選用有效減弱干擾和多路徑效應的接收機設備；實行適宜改進的施工方案，為GPS測量控制提供更有利的觀測條件；采取GPS與常規地面測量技術相結合，進行優勢互補；利用建立在地面的偽距觀測設備獲取偽距觀測值，增強衛星幾何圖形強度，也能在一定程度上提高GPS定位測量的精度。

3、RTK利用載波相位動態實時差分方法，提高了工程放樣、地形測圖、各種較低等級控制測量的作業效率，它的出現在野外實時即可得到厘米級定位精度。但是當它被用于數字地形測繪與橋址定線與中時，必須加大研究以建立符合標準要求的數字測圖軟件，全面發揮GPS系統的優勢，充分體現橋址地形圖測繪的數字化和一體化。

4、橋梁工程水文測量定位主要在橋址流向測量與航跡線測量中，跟蹤測定水面浮標或過往船舶位置的動態變化線。目前采用動態GPS技術跟蹤測定水面浮標的位置，也存在怎樣使GPS流動站與浮標保持同步，如何測算跟測船只和流動站的最佳距離，每臺流動站僅可跟蹤一個浮標，如此低效率需要采取有效措施盡快解決。

5、橋梁工程測繪具有交通干擾大、地物較多、測繪范圍較小但相對精度要求高等特點。由于GPS系統本身存在著不足，所以在某些特殊情況下，一旦衛星信號受到削弱或阻礙時，GPS技術將無法正常使用。經過大量工程實踐證明，在現在技術前提下，GPS測量控制技術還需要與常規地面測量技術相結合，不能完全將其取代。

總結：

GPS技術自誕生以來，一直在發展中完善，特別是當GPS技術進行了現代化改造之后，其在橋梁測量控制中的應用也日益深入，發揮著其特有的優勢。并且在目前及將來很長一段時間內，GPS技術還會與常規地面測繪技術相互結合，相互補充。GPS技術可以為大型橋梁提供穩定可靠的數據控制結果，綜合效果優良。可以達到施工需求。在過程中需要建立連續運行的GPS參考站而構成連續統一的測量基準，以保證效率和效益。GPS技術與電子測序技術的集成技術將會是未來橋梁測量控制發展的重要方向之一。而當下橋梁工程過程中面臨的主要難題是GPS高程測量技術的應用，這個問題的解決將會有相當重要的現實意義。GPS定位技術的技術之路還將哦組的更長更遠，遠非如此而已，我們一定要去發掘更加先進的功能，探索更多的奧秘，翻開更多的新篇章。

參考文獻：

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