GPS技術(shù)在橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用

摘要：本文以GPS技術(shù)在橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用為研究對(duì)象，深入探討了GPS在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以H大橋?yàn)槔?jiǎn)要介紹GPS的數(shù)據(jù)處理，另外又探討了GPS技術(shù)在橋梁測(cè)量中出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)相關(guān)工作者提供重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；橋梁工程；測(cè)量應(yīng)用

引言：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)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(guī)模大型化，結(jié)構(gòu)新穎化，又處在特別的地理位置，因而工程量大，施工工藝復(fù)雜，則許多常規(guī)的測(cè)量控制手段已經(jīng)不能滿足需要。而應(yīng)用飛速發(fā)展的GPS技術(shù)的橋梁測(cè)量控制技術(shù)革命，引領(lǐng)橋梁工程測(cè)量進(jìn)入了嶄新的時(shí)代。GPS技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，可以解決很多以前無(wú)法解決的問(wèn)題，其地位越來(lái)越重要。

一、國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀

GPS靜態(tài)定位系統(tǒng)不斷發(fā)展并幾近完善，已經(jīng)普遍用于測(cè)量各種控制點(diǎn)，并用各種控制網(wǎng)逐步取代常規(guī)測(cè)量方法。

我國(guó)新采用的GPS技術(shù)利用大地測(cè)量控制方法，城市中也利用GPS建立起城市測(cè)量控制網(wǎng)。以近期國(guó)內(nèi)建設(shè)的大橋來(lái)講，如上海楊浦大橋，虎門大橋等工程，利用GPS全球定為技術(shù)測(cè)試首級(jí)平面測(cè)試網(wǎng)，不僅縮短了施工時(shí)間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)了控制強(qiáng)度和空間定為能力，實(shí)現(xiàn)了控制網(wǎng)測(cè)試的高精度化。

針對(duì)橋位高程控制測(cè)量，GPS技術(shù)打破了按照常規(guī)方法進(jìn)行的測(cè)量準(zhǔn)則，在范圍不大的平攤區(qū)域內(nèi)，以高等水準(zhǔn)點(diǎn)為高程擬合起點(diǎn)算起，選用適度的高程異常處理模型，達(dá)到國(guó)家高等標(biāo)準(zhǔn)。因此其關(guān)鍵問(wèn)題在于如何精確確定高程異常處理模型。將GPS技術(shù)平面控制和常規(guī)精密水準(zhǔn)測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，提高精確性和準(zhǔn)確性。

國(guó)際上在橋梁測(cè)量測(cè)量控制中的研究也取得了喜人成績(jī)，美國(guó)利用GPS定為技術(shù)成功完成了對(duì)斯坦福粒子加速器的工程測(cè)量；歐洲海底隧道工程橫跨英吉利海峽，采用GPS進(jìn)行控制測(cè)量修正了經(jīng)典打底測(cè)量法的隧道縱橫向誤差，減少了工程經(jīng)費(fèi)支出，提高了工程進(jìn)度和質(zhì)量。

GPS技術(shù)在橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面，以GPS靜態(tài)定位作為精密的定位模式，可以解決長(zhǎng)距離測(cè)量控制的精確度的難題；GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量信號(hào)接收機(jī)分別放在動(dòng)態(tài)和基準(zhǔn)載體上，同事適用于流向測(cè)量等一般精度要求的測(cè)量活動(dòng)中；利用GPS靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、快速靜態(tài)測(cè)量中的解算方獲得厘米精度測(cè)量和控制；GPS定位在得到各空間點(diǎn)高精度的大地高差，通過(guò)平差可求各G PS點(diǎn)的大地高，再利用各點(diǎn)的高程異常值，經(jīng)過(guò)公式即可算出各點(diǎn)的正常高度。

二、GPS技術(shù)的特點(diǎn)

相比較于常規(guī)方法，GPS在控制測(cè)量方面有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：

（1）測(cè)量精度有所提高，經(jīng)國(guó)外研究表明，在長(zhǎng)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(wú)關(guān)，測(cè)量事后實(shí)行解算方可獲得厘米級(jí)精度。

（2）經(jīng)費(fèi)少，選點(diǎn)靈活，GPS不需要測(cè)量站間相互通視，因此不需要建設(shè)站標(biāo)，大大減低布網(wǎng)費(fèi)用，主要被應(yīng)用在各種橋梁工程的平面控制測(cè)量或變形監(jiān)測(cè)中。

（3）觀測(cè)時(shí)間段，一般在GPS一等控制測(cè)量中，每個(gè)觀測(cè)站上觀測(cè)時(shí)間一般為1-2小時(shí)左右，而靜態(tài)定位技術(shù)中，觀測(cè)時(shí)間更短。

（4）作業(yè)全天候不間斷，GPS幾乎可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)、條件下進(jìn)行觀測(cè)，大大方便了測(cè)量作業(yè)，有利于高校完成測(cè)量任務(wù)。

（5）觀測(cè)處理數(shù)據(jù)自動(dòng)化，減少處理誤差發(fā)生的可能性。

（6）數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單

（7）可同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)，當(dāng)前常用的計(jì)算高程異常方法為，利用測(cè)區(qū)里的若干個(gè)已知水準(zhǔn)點(diǎn)，利用解析內(nèi)插、曲線擬合等確定測(cè)區(qū)的似大地水準(zhǔn)面，從而求出各待定點(diǎn)的高程異常。

三、H大橋常規(guī)測(cè)量數(shù)據(jù)處理

H大橋首級(jí)平面控制網(wǎng)作為橋梁專用控制網(wǎng)，能勘察階段的設(shè)計(jì)服務(wù)，也為施工階段的放樣和營(yíng)運(yùn)階段的變形監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)。大橋橋位跨海寬30km，共布設(shè)22個(gè)點(diǎn)，采用雙頻GPS接收系統(tǒng)利用精密光電測(cè)距儀和經(jīng)緯儀等精密儀器來(lái)觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)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(lián)測(cè)基線≥24hour。平均重負(fù)設(shè)站數(shù)≥3。

四、GPS技術(shù)的應(yīng)用情況分析

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

2、GPS技術(shù)在橋梁施工或變形監(jiān)測(cè)中的發(fā)揮主要受以下四點(diǎn)的影響。

第一，施工現(xiàn)場(chǎng)條件多變化，會(huì)對(duì)GPS信號(hào)的接收形成明顯的遮擋和干擾，甚至使能觀測(cè)到的數(shù)據(jù)變少，幾何圖形變小，衛(wèi)星信號(hào)變?nèi)酢?/p>

第二，多路徑效應(yīng)將導(dǎo)致施工過(guò)程中GPS定位精度降低。

第三，觀測(cè)時(shí)間與定位精度相矛盾，尤其在施工干擾大、信號(hào)接收弱的狀況下，矛盾更為突出。

第四，橋梁GPS測(cè)量控制的實(shí)時(shí)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)。

為了提高GPS定位測(cè)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(yīng)的接收機(jī)設(shè)備；實(shí)行適宜改進(jìn)的施工方案，為GPS測(cè)量控制提供更有利的觀測(cè)條件；采取GPS與常規(guī)地面測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；利用建立在地面的偽距觀測(cè)設(shè)備獲取偽距觀測(cè)值，增強(qiáng)衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度，也能在一定程度上提高GPS定位測(cè)量的精度。

3、RTK利用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，提高了工程放樣、地形測(cè)圖、各種較低等級(jí)控制測(cè)量的作業(yè)效率，它的出現(xiàn)在野外實(shí)時(shí)即可得到厘米級(jí)定位精度。但是當(dāng)它被用于數(shù)字地形測(cè)繪與橋址定線與中時(shí)，必須加大研究以建立符合標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)字測(cè)圖軟件，全面發(fā)揮GPS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，充分體現(xiàn)橋址地形圖測(cè)繪的數(shù)字化和一體化。

4、橋梁工程水文測(cè)量定位主要在橋址流向測(cè)量與航跡線測(cè)量中，跟蹤測(cè)定水面浮標(biāo)或過(guò)往船舶位置的動(dòng)態(tài)變化線。目前采用動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)跟蹤測(cè)定水面浮標(biāo)的位置，也存在怎樣使GPS流動(dòng)站與浮標(biāo)保持同步，如何測(cè)算跟測(cè)船只和流動(dòng)站的最佳距離，每臺(tái)流動(dòng)站僅可跟蹤一個(gè)浮標(biāo)，如此低效率需要采取有效措施盡快解決。

5、橋梁工程測(cè)繪具有交通干擾大、地物較多、測(cè)繪范圍較小但相對(duì)精度要求高等特點(diǎn)。由于GPS系統(tǒng)本身存在著不足，所以在某些特殊情況下，一旦衛(wèi)星信號(hào)受到削弱或阻礙時(shí)，GPS技術(shù)將無(wú)法正常使用。經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐證明，在現(xiàn)在技術(shù)前提下，GPS測(cè)量控制技術(shù)還需要與常規(guī)地面測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，不能完全將其取代。

總結(jié)：

GPS技術(shù)自誕生以來(lái)，一直在發(fā)展中完善，特別是當(dāng)GPS技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)代化改造之后，其在橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用也日益深入，發(fā)揮著其特有的優(yōu)勢(shì)。并且在目前及將來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，GPS技術(shù)還會(huì)與常規(guī)地面測(cè)繪技術(shù)相互結(jié)合，相互補(bǔ)充。GPS技術(shù)可以為大型橋梁提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)控制結(jié)果，綜合效果優(yōu)良。可以達(dá)到施工需求。在過(guò)程中需要建立連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站而構(gòu)成連續(xù)統(tǒng)一的測(cè)量基準(zhǔn)，以保證效率和效益。GPS技術(shù)與電子測(cè)序技術(shù)的集成技術(shù)將會(huì)是未來(lái)橋梁測(cè)量控制發(fā)展的重要方向之一。而當(dāng)下橋梁工程過(guò)程中面臨的主要難題是GPS高程測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，這個(gè)問(wèn)題的解決將會(huì)有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。GPS定位技術(shù)的技術(shù)之路還將哦組的更長(zhǎng)更遠(yuǎn)，遠(yuǎn)非如此而已，我們一定要去發(fā)掘更加先進(jìn)的功能，探索更多的奧秘，翻開(kāi)更多的新篇章。

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