淺談全球定位技術在橋梁測繪工程中的應用

張奐

摘要：隨著橋梁和測繪行業的發展，越來越多的高新技術被應用到橋梁測繪工程中，其中GPS技術的應用不僅有效地提高了測繪效率，還能夠解決傳統測繪技術無法解決的問題。本文主要結合筆者多年工作經驗，首先對GPS測繪技術進行概述，然后對GPS技術的優勢和應用要點進行了分析和探討，闡述了GPS技術在橋梁測繪工程中的應用。

關鍵詞：GPS；控制測量；施工放樣；變形監測

前言

橋梁工程規模大、耗時長，采用常規的測量手段無法較好地進行橋梁測繪工作，因而必須采用GPS技術進行橋梁測繪作業，解決常規水準測量無法解決的施工測量難題，確保橋梁工程的順利開展。

1GPS測繪技術概述

GPS是全球定位系統的英文簡稱，英文全稱為GlobalPositioningSystem，該系統是由20世紀70年代由美國國防部研究而成的一種同時能夠用于民用和軍用的衛星導航定位系統，美國政府于1995年4月宣布該系統已組建完畢并投入運行。該系統主要利用衛星實現定位導航，該系統相較于傳統的定位技術具有全天候、實時性、全球性、全能性和連續性等優勢，同時具有非常突出的抗干擾性能和嚴格的保密性。該系統的出現給全世界的導航技術以及定位技術帶來了根本性的改變，在軍事以及人們生產生活的各個領域都帶來了巨大的影響。正因為GPS定位系統的良好特性，使其在各類測量領域中得到了非常廣泛的應用，主要包括城市測量、工程測量、大地測量、航空攝影測量等，為我國的各類測繪作業翻開了新的篇章。GPS主要由空間衛星星座、地面監控站及用戶設備三部分構成。該系統相較于常規測量方法來說，具有測量精度高、測站間無需通視、觀測時間短、儀器操作簡便、全天候作用以及提供三維坐標等優勢。全球衛星定位系統衛星星座，設計由24顆衛星（事實上目前經常保持27～32顆衛星）組成。它們分布間距為60°的6個軌道上，軌道傾角55°，每個軌道面上均勻分布4顆衛星。衛星的地面高度為20200km。全球定位系統重分布的衛星星座，能夠確保在無論哪個時間段或者哪個位置都能夠在同一時間接受到4顆或者以上的衛星信號，從而實現瞬間的定位觀測。差分是兩個或更多個測站之間的相對定位，圖1為差分GPS示意圖。圖1中的A與B兩點能夠在相同的瞬間中對相同的至少4顆的一組衛星進行觀測。并且其中A點作為一個已知點，能夠通過數據鏈，將原始信息傳輸給點B，這樣就能夠準確地確定B點的具體位置。全球定位系統于20世紀80年代投入到民用的各個領域，特別是在測繪行業起到了非常巨大的作用和影響。同時隨著各類測繪要求的不斷提高，傳統的三角測量等方法已經無法滿足測繪行業的需要，全球定位系統的高效益、全天候、高精度等特點逐漸在測繪行業取得了非常顯著的成果。

2GPS技術在橋梁工程測量中的優勢

1）能夠為橋梁測繪部門節省大量的財力、物力和人力。相較于傳統的測繪技術，全球定位系統測量效率更高、測量結果的精度也更高。在橋梁測繪作業中，在復雜地形的情況下，傳統的測量技術缺乏一定的抗干擾性，并且測量得出的可靠性也比較差。而采用GPS技術，僅僅需要進行單個操作站的設置就能夠實現對1500m范圍內的地區進行測量作業，有效地減少了監測站的數量和測繪人員的數量。2）采用傳統的測量技術很容易導致測量誤差的出現，測量誤差的出現就必然會引起橋梁工程大返工，而GPS測繪技術能夠有效解決這一問題，可以通過建立3～4人為1個單位的流動站，每一個放樣點僅僅需要停留0.5s就能夠完成中線測量的5～10km。3）自動化程度更高，采用GPS測繪技術實現了觀測、處理高度自動化，高度自動化能夠有效地減少人為測量的誤差，提高測量結果的精度。

3GPS技術在橋梁測繪工程中的應用

在橋梁工程控制測量中，利用GPS就是建立GPS控制網，其應用主要包括進行平面控制網和高程控制網的建立等。在橋梁GPS測繪作業中，GPS能夠提供三維定位信息，能夠有效地對橋梁的跨河和跨海水準問題進行解決。只要能夠以一定的精度要求得出測站點的高程異常差值，就能夠將GPS點的大地高轉換成為正常高，從而對橋梁施工中的高程控制進行實現。GPS在橋梁施工控制測量中的應用較好地對海上高程控制測量以及連續多跨跨海高程貫通測量的難題進行了解決，為跨河和跨海施工提供了先進的技術。在GPS控制網的布設過程中，需要以橋梁的勘測設計要求和橋梁的變形監測的需要為依據，嚴格按照“整體控制、局部加密”的原則。在選擇控制點位置時，必須綜合考慮橋梁施工的特點和需要，不僅要求控制點的位置在施工便道之外，同時滿足GPS測繪的要求，還要求盡量確保相鄰兩點之間的通視。如某橋梁起始樁號為DK172+764.830，終止樁號為DK173+939.400，孔跨布置：12-32m簡支梁+1-（40+64+40）m連續梁+19-32m簡支梁。中心里程：DK173+352.115，橋全長1174.49m。本橋簡支箱梁采用預制架設法，連續梁采用懸臂灌注法施工。本橋橋臺采用雙線矩形空心橋臺，臺頂斜置；橋墩1號～11號、16號～33號橋墩采用圓端形實體橋墩；0號～34號墩臺采用鉆孔灌注樁，橋位于曲線上，雙線，線間距4.6m。該橋平面控制網采用GPS同步靜態觀測模式，采用大地四邊形或三角形同步圖形擴展方式進行布網，采用2個公共測站實現相鄰同步環之間的連接，由大約5個觀測站組成1個同步環，每個環同步觀測1個時段，每時段觀測不低于60min，滿足設計要求。GPS觀測數據采用接收機自帶的數據轉換軟件，將原始觀測數據統一轉換為標準的Rinex格式，接著選擇徠卡公司LGO7.0軟件統一進行基線解算，在基線解算滿足要求之后將基線向量文件輸出，通視進行平差計算。水準觀測的主要技術要求嚴格按照規范執行，所有相關的技術指標和限差均在數字水準儀中進行設置，在外業觀測的過程中，由儀器自帶的水準路線測量軟件系統實現實時檢查和提示，只要發現超過限制的情況，則需要立即進行重新測量，從而確保測量數據的準確性和可靠性。平面高程復測完成后，復測成果應及時向監理單位報批，批準后方可使用。

4結論

綜上所述，GPS精密定位技術具有全天候、高精度、實時性等多種優勢，已在我國橋梁測繪工作中得到廣泛的應用，并且取得了非常好的測繪效果，充分地證明了GPS定位技術的測量優越性。今后，隨著科技的不斷發展，GPS技術也將會得到進一步的發展，其應用范圍也會更加廣泛，取得的測量結果也會更加精確，將為我國經濟建設、國防建設的發展和科學技術的進步發揮更大的作用