GPS技術在橋梁測量中的應用淺談

(四川路橋華東建設有限責任公司， 四川 成都 610299)

前言；GPS定位系統在公路工程、公路建設、跨海、超大型橋梁工程、市政建設等方面取得了許多成功的經驗，在工程建設的各個方面都起到了非常重要的作用。橋梁施工測量關系到施工質量和進度，如果熟練掌握橋梁施工測量的關鍵的技術部位，對提高檢測的效率以及橋梁工程的整體進度和質量具有重要的意義。

1 GPS構成

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。

1.1 GPS空間由二十四顆工作衛星組成，三顆主動備份衛星在軌道上。衛星的分布使得在世界上任何時候可以觀測到超過四顆衛星，以及可以儲存在衛星上的導航信息。

1.2 地面控制系統由監控站、主控站、地面控制站天線等組成。負責收集衛星信息、計算衛星星歷、相對距離、大氣校正等數據。

1.3 用戶設備部分是GPS信號接收器。它的主要功能是能夠捕獲衛星發射的衛星，并追蹤這些衛星的運行。

2 GPS測量的技術特點

相對于常規的測量方法來講，GPS測量有以下特點：

2.1 站間無連接線，所以在測量點的選擇非常靈活，不需要搭建信標，也大大降低了成本。但它必須在空間站開放，以便不受干擾地接收GPS衛星信號。

2.2 GPS定位精度高。通用雙頻GPS接收機的基本分辨率5mm+1ppm，精度為5mm±5ppm，和GPS定位精度相當于紅外精度。此外，GPS的操作不受環境和距離的限制，非常適合地形復雜和局部關鍵工程領域。它已被證明，相對定位精度可達12×10-6在基線小于50km上，并且可以在100 ～ 500公里的基線達到10-6 ～10-7。

2.3 觀測時間很短。每個站的觀測時間約為一至兩小時。為了縮短觀測時間，提高運行速度，采用了快速靜態定位方法，觀測時間僅為1～2分鐘。

2.4 GPS定位技術可以實時提供三維坐標。在GPS測量中，可以準確地確定觀測站的地面高程，觀測站的平面位置是準確的。這種技術非常適用于線路、橋梁和隧道。可用于實時測量、中樁測量、點測量等。

2.5 GPS接收器相對穩定，可以在任何地方和所有天氣下工作。在運行中測量方便，有利于及時控制網絡布局。

2.6 GPS定位測量系統可自動記錄數據、自動調整計算、跟蹤和觀測等，全部由儀器自動完成。操作簡單，大大提高了工作質量和效果。

3 GPS技術的應用情況分析

3.1 GPS高程測量精度不理想，特別是在滾動地形中，GPS信號接收不理想，高程擬合只能達到四等或更小的水準精度，不能完全滿足橋梁工程精度測量的要求。通常只在高精度橋梁施工高程控制網中以已知點標高作為起始點，所以在GPS高程數學方法中從一個到另一側的地平點高程傳輸很難正確使用。

3.2 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。

首先，施工場地條件更加多樣，GPS信號接收明顯受阻，干擾，使數據更少，幾何更小，衛星信號較弱。

其次，在施工過程中，多徑效應會降低GPS定位精度。

第三，觀測時間和定位精度是矛盾的，特別是在施工干擾大和信號接收弱的情況下。

第四，橋梁GPS測量實時系統難以實現。

為了提高GPS定位測量的準確性和可靠性，可以采取以下措施。首先，選取具有有效衰減和多徑效應的接收機設備;實施適當和改進的施工計劃，為GPS測量控制提供更好的觀測條件;結合 GPS和常規地面測量技術相輔相成;利用基于地面的偽距離觀測裝置，獲得偽距離觀測值，提高衛星的幾何強度，可以提高GPS定位測量精度。

3.3 RTK采用載波相位動態實時差分法，改進了項目放樣、地形測繪、低電平控制測量效率，在戶外可以達到cm級實時定位精度。但當它在數字地形測繪與橋梁校準中使用時，必須加強研究以滿足標準數字地圖軟件的要求，充分發揮 GPS系統的優勢，充分體現橋梁場地地形圖測繪和數字集成。

3.4 橋梁的水文測量位置主要是在場地方向和軌道測量的方向上進行測量的，并對水面浮筒的動態線和過往船的位置進行了跟蹤。目前使用動態GPS技術跟蹤確定表面浮標的位置,還有一個探測器,以及如何使用 GPS浮標,如何計算船舶的最佳距離和探測器，每個站只能跟蹤一個浮標，因此有必要采取有效措施盡快解決浮標的低效率問題。

3.5 橋梁的測量與測繪受到交通干擾比較大、有很多的地物、測繪范圍比較小、而且要求更高的精度。由于GPS的缺乏，GPS技術在衛星信號減弱或受阻時無法正常運行。經過大量的工程實踐，GPS測量控制技術需要與傳統的地面測量技術相結合，因此不能完全替代它。

3.6 在控制測量中的具體應用

根據橋梁本身的特點，橋梁施工控制網的范圍一般較大。規模巨大，海面遼闊，潮汐影響，中央航道沒有控制點。如果傳統方法不能保證結果的準確性，就需要采用GPS定位技術的靜態定位方法來測量橋梁控制網。這種測量方法是通過在每個移動站上對GPS接收機進行靜態觀測。在觀測過程中，GPS接收機可以同時接收基站和衛星的同步觀測數據，對模糊度和用戶站的三維坐標進行實時計算，如果變化結果趨于穩定，精度達到設計要求，可以實時觀察到目的地。一般應用于控制測量，如控制網絡加密；常規測量方法，如全站儀的使用，受客觀因素的影響，在自然條件下難以實現相對較差的地區，如果采用RTK技術可以起到事半功倍的效果。

4 結束語

目前高速公路橋梁施工技術和施工測量技術越來越先進，可以覆蓋公路橋梁的測量(包括平面、垂直、水平)、施工放樣、監測、測量完成、維修措施、GIS前端數據采集。這將是未來橋梁工程測量發展的主要方向。隨著GPS定位技術的快速發展，它也為高速公路和橋梁控制測量提供了更先進、更有效的測量手段。目前的GPS相對定位測量技術可以應用于橋梁控制測量工作的高度，不僅能極大地促進GPS技術過程的發展，同時對公路橋梁建設和控制措施的發展具有重要意義。

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