GPS技術在道路橋梁工程測量中的應用

孟祥妹　趙振東

摘 要：GPS技術由于其高精度、全天候、經濟性的特點，目前在大地測量與道路工程測量等領域已經得到廣泛的應用。文章主要通過介紹GPS應用技術的原理與發展，與GPS技術的優越性等特點，并結合自己的工作經驗對GPS技術應用在道路工程測量的相關領域進行分析探討。

關鍵詞：GPS-全球定位系統；道路橋梁；工程測量

引言

GPS（Global Positioning System）-全球定位系統，GPS技術是從20世紀70年代由美國開始研制的最早應用于軍事部門的新一代衛星導航定位系統。它是一種以衛星為基礎的無線電衛星導航定位系統，GPS具有全球性、全能性、全天候、實時性和連續性的精密三維定位導航功能，并且具有良好的保密性和抗干擾性。由此GPS以其簡單高效的特點被廣泛的應用于測繪技術領域與道路工程測量、海洋測量以及導航等領域，并取得了顯著的成效。實踐證明，GPS技術在縮短工期和設計靈活性及降低成本等方面，GPS技術較常規的測量技術具有較多的優越之處。

1 GPS技術簡介

全球定位系統（GPS）是美國第二代衛星定位系統。GPS接收機是由由24領衛星組成，其中包括21顆工作衛星和2顆備用衛星，并均勻的分布在6個近似圓形的軌道上。各個軌道平面之間的傾角為55，平均運行周期為11小時58分。一般情況下能同時觀測到6 顆衛星，最多時可到9顆衛星。

GPS定位原理類似于傳統的后方交會原理。如果已知空間GPS衛星的具體位置。如果僅需確定測站點的三維坐標則GPS接收機只需要繼續接收3顆GPS衛星發射出的衛星信號。也就是取得衛星到測站點的幾何直線距離，就可以根據后房交會的原理確定測站點的三維坐標。但實際中因為造價或工程費用的原因，GPS接收機中的時鐘精度是有限的，同時與GPS時間相比有較大的偏差，所以就需要將這一時間作為待定的參數，將其與待定空間參數結合并就解，因此最少需要4顆全站儀衛星。

2 GPS在道路橋梁工程測量中的應用

近年來，隨著GPS定位技術的不斷發展與完善，道路工程測量技術發生了革命性的變革，GPS技術為道路工程測量提供了嶄新的技術方法和手段。以GPS技術為依據的高速度、高效率、高精度的GPS相關技術，正逐漸取代傳統的用于道路工程測量中的測角、測距、測高程為主體的地面測量定位技術。與此同時定位范圍已從陸地和近海擴展到海洋和宇宙空間，定位方法已從傳統的靜態擴展到動態，定位服務領域已從傳統的導航和測量領域擴展到當今國民經濟建設的廣闊領域。

當今，我國GPS 定位技術的應用已深入各個領域，例如：GPS技術已普遍應用到國家大地水準網、城市高程控制網、道路工程控制網的建立與改造中，同時在石油勘探、通信線路、高速公路、地下鐵路、建筑變形、隧道貫通、大壩監測、地震的形變監測等也已廣泛的使用全站儀定位-GPS技術。同時隨著GPS差分定位技術和RTK實時差分定位系統的不斷發展，單點定位精度不斷提高，GPS技術不僅在工程方面應用廣泛，在導航、石油物探點定位、運載工具實時監控、地質勘查剖面測量等領域將有更加廣泛和優越的應用前景。

2.1 GPS在道路建設工程控制網中的應用

道路工程控制網是道路工程建設、管理和維護的基礎，其精度要求與道路工程項目的性質及規模關系密切。常規的方法多采用邊角控制網進行布設。而利用GPS定位的方法建立道路工程控制網，具有點位選擇限制少，作業時問短，工程費用低及成果精度高等特點。且GPS定位方法可用于建立道路工程首級控制網，及變形監測控制網、工程勘探、道路施工控制網及隧道等地下工程控制網的布設等等。為保證工程的精度GPS定位方法通常采用載波相位靜態差分技術。以保證工程數據精度能夠達到毫米級別。

2.2 GPS在工程變形監測中的應用

變形監測技術主要應用于監測大橋、高層建筑等建筑物及構筑物的地基沉降、位移及其整體的傾斜狀況等。變形監測工作的特點是被監測建筑物的尺寸比較大，監測環境復雜且對監測技術的要求比較高。傳統常規的監測技術是應用水準測量的方法，監測地基的沉降情況。傳統技術是應用小角度測量方法。投點法及視準線法監測地基的沉降位移和及整體的傾斜狀況。當今GPS技術也可應用在變形監測領域，通常我們通過建立高興度的GPS監測網，得到毫米級季度的嘴對平面位移與相對豎直監測數據，然后通過利用全站儀進行監測對比。實踐表明GPS技術可以完全取代高精度的邊交網控制測量，且精度相對較高。因此在有條件的情況下，利用GPS控制網更加方便快捷。

3 GPS技術應用在道路橋梁工程測量的優點

3.1 GPS技術用途廣泛：GPS技術可應用于國民經濟多個領域。在工程測量領域里，GPS定位系統可應用于大地測量、地殼板塊運動監測、工程施工、道路橋梁建設等領域，可以應用于建立各種工程監測網及進行各種繁瑣的工程測量等。進行各種工程測繁等。自動變形監測系統、工程施工的自動控制系統是未來GPS技術的在工程測量中的研究方向之一。

3.2 利用GPS技術在進行線路測量時不受天氣狀況的影響

GPS測量技術采用的是衛星定位原理，可以再任何的時間地點連續的進行觀測工作，且可以在視線不佳的天氣或夜間進行觀測不受天氣狀況的影響。該優點是傳統的光學測量儀器無法比擬的。

3.3 GPS技術定位精度高

利用GPS進行測量其精度較傳統方法要提高很多。其中、短距離精度可達毫米級。其中大型建筑物、構筑物變形監測如果采用特殊的觀測手段方法和適當數據處理模型和軟件后。其平面精度可達到亞毫米級。

3.4 GPS技術應用到工程測量中工作效率高

GPS技術對測量的數據具有存儲功能，通過計算機連接和繪圖軟件可以直接將測量的數據結構生成平面圖和斷面圖，從而大大減小了繪圖的工作量，提高了工作效率。實踐表明，GPS應用在道橋工程測量中可大大提高工作效率，簡化傳統的測量程序，從而大大的縮短了測量時間。利用GPS 控制網進行選點其靈活度高，布網方便，基本不受通視、網形的限制，特別是在地形復雜、通視困難的測區，利用GPS技術其優越性更加明顯。

4 結束語

綜上，應用GPS技術建立道路勘探、施工控制網和隧道工程等領域具有顯著地優勢。在道路橋梁工程領域，GPS技術其自身獨有的強大功能，充分顯示了它在工程領域實際工程測量工作中較常規控制測量手段起具有更大的適應性和優越性。但也同時存在著一些不足，隨著科技的發展和進一步的研究GPS的強大功能將不斷完善。GPS技術將在國民經濟的更多領域得到廣泛的應用。

參考文獻

[1]張建軍.GPS工程測量技術應用分析[J].測繪周刊，2008.7.

[2]李天文.GPS原理與應用[M].科學出版社.

[3]馬麗華.工程測量新技術概述[J].測繪信息.

[4]黃聲享，韓英起.GPS在測量工程中的應用[M].測繪出版社，2007.

[5]李青岳工程測量學[M].北京：測繪出版社.

作者簡介：孟祥妹（1986，11-），女，籍貫：黑龍江牡丹江，黑龍江林業職業技術學院，講師，碩士，研究方向：道路與鐵道工程。

趙振東（1986，2-），男，籍貫：黑龍江牡丹江，黑龍江林業職業技術學院，本科，研究方向：土木工程。