公路橋梁施工控制測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用

楊永

摘要：通常情況下，道路橋梁有著較為復(fù)雜的建設(shè)環(huán)境，在具體勘測(cè)過(guò)程中，即使選擇的儀器較為合理，但是卻沒(méi)有地方安放，這樣測(cè)量的準(zhǔn)確性就可能出現(xiàn)偏差。GPS 技術(shù)具有一系列的優(yōu)勢(shì)，因此得到了較為廣泛的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)踐研究表明，將其應(yīng)用到公路橋梁施工控制測(cè)量中，可以顯著提升測(cè)量效果。本文首先對(duì)GPS 技術(shù)做了概述，然后詳細(xì)闡述了GPS 技術(shù)在公路橋梁測(cè)量中的應(yīng)用，最后探討了GPS 技術(shù)應(yīng)用于公路控制測(cè)量的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；施工控制測(cè)量；GPS技術(shù)；RTK；精度

一、GPS 技術(shù)概述

（一）GPS 技術(shù)的技術(shù)機(jī)理

GPS 的技術(shù)基礎(chǔ)是衛(wèi)星系統(tǒng)的三維定位功能，其系統(tǒng)組成可以分為兩部分，分別是天空中 24 顆 GPS 衛(wèi)星組成的衛(wèi)星群和地面上主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站、通信輔助系統(tǒng)共同構(gòu)成的地面監(jiān)控系統(tǒng)。用戶可以通過(guò) GPS 接收機(jī)、專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件等設(shè)備連接上述系統(tǒng)，獲取公路控制測(cè)量所必須的坐標(biāo)。由于這些用戶設(shè)備的體積相當(dāng)小，而且基本沒(méi)有太多的使用限制就能獲得精確的數(shù)據(jù)，所以能極大地優(yōu)化公路控制測(cè)量的過(guò)程和結(jié)果。

（二）GPS 技術(shù)的技術(shù)特征

GPS 技術(shù)應(yīng)用于控制測(cè)量時(shí)具有多方面的技術(shù)特征，總體來(lái)說(shuō)可以分為如下七種：

第一特征是極高的定位精度，目前常用的雙頻 GPS 接收機(jī)在短距離內(nèi)的測(cè)

量精度不輸傳統(tǒng)的紅外儀，而且在長(zhǎng)距離下的測(cè)量精度遠(yuǎn)勝紅外儀；第二特征是能提供的坐標(biāo)具有三維特征，能應(yīng)用于高程測(cè)量；第三特征是能實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)，不受氣候變化影響；第四特征是測(cè)站要求低，不需要彼此通視；第五特征是觀測(cè)速度快，觀測(cè)時(shí)間通常只有半小時(shí)左右；第六特征是操作簡(jiǎn)單，只要完成選點(diǎn)定位和天線對(duì)中，其他如觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理等步驟都可以通過(guò)電子系統(tǒng)自動(dòng)完成；第七特征是功能全面，除定位導(dǎo)航外還能實(shí)現(xiàn)測(cè)時(shí)、測(cè)速等功能，有助于公路工程多方面作業(yè)的聯(lián)動(dòng)化。

二、GPS 技術(shù)在公路橋梁測(cè)量中的應(yīng)用

（一）在控制測(cè)量中的應(yīng)用

因?yàn)楣泛蜆蛄鹤陨矸矫娴奶攸c(diǎn)，公路橋梁施工控制網(wǎng)邊長(zhǎng)通常比較長(zhǎng)，尤其是跨越一些大江大河時(shí)使用到的特大型公路和橋梁，其更是具有跨度非常大的主要特點(diǎn)，那么這個(gè)特點(diǎn)也就給相對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法增加了很大難度。伴隨跨海大橋的研發(fā)和出現(xiàn)，GPS技術(shù)更能夠體現(xiàn)其不可替代的優(yōu)越性，因此運(yùn)用 GPS 定位方法要比用傳統(tǒng)定位方法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)更加具有優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用 GPS 定位技術(shù)的靜態(tài)定位法，在進(jìn)行公路橋梁控制網(wǎng)的測(cè)量作業(yè)中，因?yàn)槠洳⒉皇艿酵饨绛h(huán)境的干擾，因此可以大大縮短了室外作業(yè)的觀測(cè)時(shí)間，最終顯著提高了工作效率。

（二）在施工測(cè)量中的應(yīng)用

1、水中墩交會(huì)定位

依照相對(duì)傳統(tǒng)的施工技術(shù)手段，對(duì)于水中墩的定位測(cè)量通常需要采用前方交會(huì)技術(shù)進(jìn)行。但是對(duì)于一些有的大橋，其中一些橋址所處的江面比較開(kāi)闊，因此這會(huì)無(wú)形中給交會(huì)測(cè)量帶來(lái)了比較大的困難。那么在這種情況之下，采用 GPS 動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（RTK 技術(shù)）便能夠很好地發(fā)揮出了其不可估量的顯著優(yōu)勢(shì)。

在此基礎(chǔ)上，RTK（RealTimeKinematic）定位技術(shù)是現(xiàn)階段一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的測(cè)量與定位技術(shù)，其是以載波相位觀測(cè)量技術(shù)為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分 GPS 定位技術(shù)。在公路與橋梁測(cè)量作業(yè)中采用上述方法，需要在水中墩定位之時(shí)于基準(zhǔn)站上安置好一臺(tái) GPS 定位接收機(jī)，對(duì)于其所有能夠觀測(cè)到的 GPS 定位衛(wèi)星還需要進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并且將其觀測(cè)到的數(shù)據(jù)最終通過(guò)無(wú)線電傳輸?shù)皆O(shè)備中，實(shí)時(shí)地發(fā)送到在定位船上進(jìn)行移動(dòng)觀測(cè)（1～3s），最終再傳至 GPS 接收機(jī)中，這樣也就

可以實(shí)時(shí)得出了該點(diǎn)的三維定位坐標(biāo)，其精度可以達(dá)到 2～5cm。

2、在塔柱施工中的應(yīng)用

伴隨當(dāng)前建筑工程中大型斜拉橋的逐漸出現(xiàn)，因?yàn)槠湓煨头矫娴拿烙^和輕巧更加能夠適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展的需求，因此越來(lái)越多的斜拉橋建筑工程應(yīng)運(yùn)而生。但是伴隨而來(lái)的建筑施工難度也大大地增加了，這也是當(dāng)前一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。現(xiàn)階段公路橋梁建筑施工技術(shù)日新月異，那么斜拉橋塔柱建筑的高度也正在不斷地增長(zhǎng)，這時(shí)究竟怎樣控制好塔柱的斜率，也便成為了一個(gè)非常重要的問(wèn)題。

（三）GPS 高程控制測(cè)量

GPS 定位技術(shù)可以使用高精度來(lái)最終獲取點(diǎn)與點(diǎn)之間的大地高度之差。再一次將它們轉(zhuǎn)化成為適合于當(dāng)前施工測(cè)量作業(yè)的正高度差過(guò)程中，作業(yè)人員還需要重點(diǎn)注意大地水準(zhǔn)面的異常性更改現(xiàn)象。這類轉(zhuǎn)換由于其重力測(cè)量信息等方面因素的影響，一般都采取了 GPS 水準(zhǔn)法，運(yùn)用同名點(diǎn)中的相應(yīng)正高以及 GPS 大地高，通過(guò)一系列數(shù)學(xué)計(jì)算模型取得其相互之間的高度差轉(zhuǎn)換關(guān)系。

（四）工程實(shí)例

1、實(shí)際工程中的 GPS 平面測(cè)量

本文以某高架橋?yàn)槔Ｋ兄^為復(fù)雜的地質(zhì)條件，地勢(shì)低洼，主要是軟土層，厚度在50 m以上；在這樣特殊的地理環(huán)境下，對(duì)控制測(cè)量提出了較高的要求；利用 GPS 技術(shù)來(lái)測(cè)量施工地點(diǎn)，在對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)的過(guò)程中，就需要科學(xué)考察橋梁施工的特點(diǎn)以及施工便道以外的環(huán)境條件。我們利用邊連接的方式來(lái)設(shè)計(jì) GPS 控制網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合本工程的具體情況，將 20 對(duì)左右的 GPS 施工控制點(diǎn)布設(shè)于現(xiàn)場(chǎng)，在靜態(tài)相對(duì)定位中，采用的是接收機(jī)。在觀測(cè)過(guò)程中，有 4 顆以上的同步觀測(cè)衛(wèi)星，高度角在 15°以上。本次觀測(cè)一共持續(xù)了三天左右，獲得了 400 多條基線。粗差探測(cè)過(guò)所獲得的觀測(cè)基線之后，粗差問(wèn)題就不會(huì)存在。會(huì)有幾何圖形形成于衛(wèi)星星座和觀測(cè)站之間，強(qiáng)度在 5°以內(nèi)，這樣在 GPS 控制網(wǎng)

中，先驗(yàn)和后驗(yàn)獲得基本相等的誤差。

2、GPS 高程控制測(cè)量

在測(cè)量大地高差時(shí)，采用的是 GPS技術(shù)，可以對(duì)搞定杜點(diǎn)進(jìn)行獲取，然后對(duì)其轉(zhuǎn)化，就可以將正高值求出來(lái)，那么就需要結(jié)合具體情況，來(lái)更正大地水準(zhǔn)面。

三、GPS 技術(shù)應(yīng)用于公路控制測(cè)量的發(fā)展前景

GPS 控制測(cè)量在公路工程中的發(fā)展前景是多方面的。

首先，GPS 測(cè)量高精度、全天候、無(wú)距離限制、無(wú)環(huán)境限制的特征令其可以滿足復(fù)雜地形和植被茂密地形的測(cè)量作業(yè)，這對(duì)山區(qū)公路的控制測(cè)量是極為有利的，有助于我國(guó)公路網(wǎng)的進(jìn)一步拓展。

其次，GPS 控制測(cè)量全程基本都依賴儀器作業(yè)，這大大抑制了公路控制測(cè)量工作中人為因素引起的誤差。只要針對(duì)這方面進(jìn)行進(jìn)一步的自動(dòng)化發(fā)展，令放點(diǎn)布網(wǎng)、觀測(cè)記錄、數(shù)據(jù)預(yù)處理、平差計(jì)算等步驟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，完全消除人為誤差就有可能實(shí)現(xiàn)，令測(cè)量質(zhì)量更加完美。

第三，GPS 控制測(cè)量的 RTK 技術(shù)模式有很大的應(yīng)用價(jià)值，值得進(jìn)一步應(yīng)用普及。這種技術(shù)應(yīng)用對(duì)特定位置的三維空間定位非常準(zhǔn)確，能得出精確化、動(dòng)態(tài)化的空間三維坐標(biāo)，因此對(duì)隧道、橋梁等公路特殊路段的定位布點(diǎn)有非常好的應(yīng)用能效。只要進(jìn)一步應(yīng)用 GPS-RTK 技術(shù)，點(diǎn)位測(cè)量、中樁測(cè)量、放樣等工作都能實(shí)地實(shí)時(shí)進(jìn)行，大大提高工作效率。

第四，GPS 控制測(cè)量基本不需要進(jìn)行野外砍伐等工作，即使有也極其稀少，因此戶外勞動(dòng)作業(yè)的強(qiáng)度非常低。這使得公路控制測(cè)量工作不用再把大量精力花費(fèi)在勞動(dòng)作業(yè)上，作業(yè)效率得以大幅提升。通過(guò)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)可知，GPS 控制測(cè)量在作業(yè)效率方面超出傳統(tǒng)測(cè)量方法三倍，而且隨著 GPS 技術(shù)的不斷優(yōu)化和成熟，GPS 控制測(cè)量的作業(yè)效率有進(jìn)一步提升的傾向。

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