GPS測量技術在路橋工程測量中的應用與發展趨勢

王 繼

（菏澤市公路規劃設計院，山東 菏澤 274000）

0 引言

新形勢下，城市化建設步伐不斷加快，道路橋梁的建設數量也在不斷攀升。路橋工程測量屬于路橋設計及施工的關鍵環節，但是測量工作受到外界環境的影響較大，傳統定位和傳統測量技術已經無法滿足路橋工程建設的要求。在科學技術的推動和發展下，GPS技術在路橋工程測量中的應用日益廣泛，其不僅可以滿足現代化路橋建設施工測量要求，還能提升路橋施工建設測量數據的精準程度，提升測量效率，從而提升路橋項目建設的整體質量[1]。本文針對GPS測量技術在路橋工程項目測量中的應用和發展趨勢進行分析。

1 GPS測量技術在路橋工程測量中的應用優勢與目的

1.1 GPS測量技術的應用優勢

1.1.1 不受時間和地點限制

在路橋工程測量中，與傳統的測量手段相比，GPS測量技術能夠擺脫路橋工程測量在空間和時間方面的局限，主要是因為目前衛星系統基本已經覆蓋了全球各個地域，使得GPS測量技術能夠適應不同的測量需求，可以在任意時間進行定位和應用。

1.1.2 不受天氣因素影響

在路橋工程測量中，與其它測量技術相比較而言，GPS測量技術可以使路橋工程測量工作不受天氣因素的限制。即便在惡劣的天氣狀況下，GPS測量技術也可精準地進行位置確定，確保測量工作的順利進行。

1.1.3 具備實時定位功能

開展路橋測量工作的過程中，相對于其他技術手段來說，GPS測量技術的應用能夠隨時隨地對所處區域的具體位置進行定位。比如實際定位測量中，如果使用的是子午衛星系統，通常需要較長的時間才能確定用戶所處的具體位置。但是應用GPS測量技術以后，則能夠短時間內完成定位，并及時將定位結果反饋給技術人員，方便工作人員的觀測，應用的時效性顯著[2]。

1.1.4 無需開展通視操作

路橋項目在施工過程中，如果需要進行測量，通常情況下會安排專業的員工利用傳統技術手段，實現點對點的通視操作后才能進行測量，再依據工程建設情況開展實際測量。但是通過GPS測量技術的應用，可省略點對點通視，只需要保證每一個測量點可正常接收衛星信號，便能夠實現定位并開展測量。以此可知，GPS測量技術不但能夠有效加快測量的速度，實現成本的節約，還可以有效提升測量的質量和效率。

1.2 GPS測量技術的應用目的

GPS測量技術應用于路橋工程測量時，通常會從靜態和動態兩個維度進行應用。動態應用，主要是在衛星系統的支持下完成測量，GPS的動態功能能夠利用地面進行放樣，及時搜集工程測量中所需的數據資料，從而為三維坐標的確定奠定基礎。靜態功能，應用的基礎是衛星信息，可有效的對測量位置的三維坐標進行確定。因此，在具體應用過程中，技術人員要以工程項目的實際情況為基礎，根據路橋項目的具體測量需求進行動態和靜態方式的選擇[3]。

1.2.1 進行控制測量

通常情況下，在路橋項目測量工作中使用GPS技術時，技術人員需要對工程項目的具體狀況進行科學分析，確定測量過程是動態方式還是靜態方式。若建設的路橋工程規模較大，在進行工程測量時，需要先構建出完善的控制網絡，并保證其具有較高的精密度。在對工程項目開展測量的過程中，技術人員要優先選擇靜態方法[4]。與之相反，若是建設的路橋工程為一般的路橋項目，并且工程項目對于測量的精度要求不高，那么技術人員可以選擇動態方式。在GPS測量技術應用過程中，技術人員要全面分析測量數據信息的時效性，從而保證測量的精準度。因此在實際測量工作中，技術人員一旦獲取與工程項目實際精度要求相符的數據以后，就可以終止測量。控制測量的原理見圖1所示。

圖1 GPS測量技術控制測量原理

1.2.2 測繪大比例尺地圖

開展路橋工程施工建設的過程中，編制地形圖十分關鍵。施工人員在編制地形圖時，必須與路橋工程建設實際情況相結合，確定編制方法和合適的比例。傳統的測量方式不僅需要投入大量的資金及人力，而且工作量也比較大，最終也無法保證項目測量的精準度。而將GPS技術應用于工程項目測量中，不僅能夠實時的獲取所需的數據信息，而且能減少工作量，提高測量效率。比如，大比例尺地圖測繪過程中，要對工程沿線區域進行測量，GPS測量技術的停留時間通常為1～2min，在這停留時間內，能夠及時獲取觀測點的數據參數，并對其屬性進行分析，確定其位置特征，從而繪制出完善的地形圖[5]。

2 GPS測量技術的應用實例

路橋工程施工建設中，GPS測量技術發揮了關鍵性作用，可以促進道路橋梁施工技術水平的提升，滿足道路橋梁施工發展需求。比如，某路橋項目路線全長約32.45km，道路紅線寬50m，雙向6車道。全線共新建立交3座，橋梁8座，隧道3座，下穿通道1座，過路通道涵4道，排水涵洞14道，結合相關規劃沿線設置雨水、污水、照明等市政管線。為保障施工質量，采取GPS技術進行測量。

2.1 建立GPS平面控制網

依據國家D級GPS網布設的要求，必須確保控制網平面控制精準度。依據國家D級GPS網布設情況，一級導線以加密形式干預，該項目地形圖繪制中比例尺應為1∶500，在高級控制點位置閉合。進行GPS控制點布設時，共計設置18個控制點，其中9個點對，彼此相鄰點之間的距離為3km，對4個國家控制點進行聯測，已知的4個點參與平差，具體見圖2。

圖2 GPS控制網示意圖

2.2 埋設點位標志

以不銹鋼制造GPS標志，應用C30混凝土，在堅硬的巖石上埋設，應用埋置鋼筋混凝土樁的形式在無巖石低端干預，具體見圖3所示。

“是的！”高個子外星人開心地轉了一圈，“我很喜歡現在的樣子，當然我也不會忘記‘人’的感覺。怎么樣，你也要留下來了吧？”

圖3 GPS標志示意圖

2.3 開展外業觀測

該測量項目中，應用雙頻GPS接收機進行觀測，其型號為AshtechZ-12，數量共計8臺。開展GPS控制網的干預，選擇靜態觀測方式，觀測時長為45～90min，主要的觀測技術參數見表1所示。

表1 GPS觀測基本技術參數

2.4 完成基線計算

以隨機軟件對數據進行預處理，其中共計30個閉合環，6個同步環，24個異步環。這些同步閉合環之中，相對誤差值在1.6～2.4ppm之間，異步環之中，1.8～6.1ppm，應用GPS ADJ對平差計算網的平差進行計算，應用平面坐標系統（國家統一標準）測量線路，計算過程中，對具有顯著問題的基線開展計算，平差約束選擇國家級4點方式開展。三維無約束平差WGS-84坐標系中，0.16～0.59cm均為三維基線平均相對誤差水平，0.01～0.29cm為二維平差之中的誤差水平；0.1810～2.1187為高程擬合RMS，第三及第四水準測量精準度指標必須與精度指標適應。采用平差計算后顯示，GPS控制網精度高達4等GPS網點精準度要求，其與線路測量需求相適應。

3 GPS測量技術在路橋工程測量中的發展趨勢

目前，GPS測量技術在路橋工程測量中得到了很好的應用，也取得了良好的效果，為路橋工程施工質量提供了有力的保障。但是，隨著越來越多的路橋工程所處環境更復雜、施工難度更大、質量要求更高，對GPS測量技術也提出了更高的要求，促使GPS測量技術在動態定位模式測量和靜態定位模式測量兩方面不斷發展發展。

3.1 動態定位模式測量發展趨勢

我國線路勘測中，目前極少應用動態GPS定位技術，但這會成為路橋工程測量發展的重要趨勢，也就是說，今后在線路勘測中會越來越多地應用動態GPS定位技術，并將不斷提升動態GPS定位技術的勘測水準。分析動態GPS定位技術，主要從兩個角度體現其應用前景。

3.1.1 整合常規全站儀與RTK技術

RTK（Real Time Kinematic）技術就是載波相位差分技術，是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎上的。RTK技術測量的精準度非常高，具有定點速度快、誤差不積累、節省人力等特點。常規全站儀設站靈活，操作簡單，自動記錄，自動計算，但受地形和人為因素影響大。整合常規全站儀與RTK技術，在RTK技術的支撐下，將進一步促進常規全站儀觀測數據質量的提升，可以減少地形和人為因素的影響，所以已經在各個領域廣泛應用，比如野外觀測數據收集及中線測設。

橋隧開展維護作業時，整合GPS技術與RTK技術，可對橋隧的破損嚴重程度進行分析，不僅可以減少橋隧的維護成本，促進維護質量，還屬于新型的勘測系統。也就是說，RTK融合常規全站儀，已經成為線路測量技術發展的重點，可以提供可靠的參考數據輔助橋隧工程的維護和設計，有序開展竣工測量，實現橋隧維護施工的正常化和高效化。

對GPS輔助航測成圖進行合理應用，科學地構建模型。從航測成圖角度分析，常規測量方法所需的控制點數量均在5個左右，高程測量及橋隧平面位置測量所花費的資源也相對較多。但是在航測成圖應用GPS輔助的情況下，可以依靠GPS，對三維空間坐標準確測量并獲取，保障攝影中心數據的精準性，其需要的地面控制點數量也相對較少，可以對圖片開展動態化控制，縮減工作量[6]。

3.2 靜態定位模式測量發展趨勢

GPS技術應用于路橋項目測量時，靜態測量也是應用較多的一種方法。工程人員在應用靜態定位測量方法時，需要對三角點的焦點進行核對，實現加密測量的目的，這也是對路橋線路控制網進行測量的重要手段。針對工程項目測量的具體情況分析可以發現，大部分靜態測量模式都是從首級控制網出發，以實現控制網的控制和測量。從目前路橋工程測量的現狀來看，開展一般等級路橋工程測量工作過程中，時常是還未確定首級控制網所采用的測量手段及方法，便開展靜態測量工作。這樣在靜態定位測量應用的過程中，由于影響因素比較多，極易導致加密測量的三角點發生損壞。所以，針對三角點加密測量，必須要提前確定好首級控制網的測量手段及方法，這是十分關鍵的一項工作[7]。我國主要采取GPS靜態測量方式開展上述測量工作，也被叫做快速靜態定位模式。在應用過程中，各個流動站內會統一布置GPS接收機，工作人員在開展靜態測量的過程中既可以同步接收衛星數據，也可以同步傳輸接收機端的數據，從而解算出所需的三維坐標數值。由此可知，這一方法在實際應用時，可完全取代全站儀導線測量控制點加密工程，具有良好的應用價值。

4 結束語

綜上所述，當前我國科技水平不斷提升，經濟迅猛發展，路橋工程建設需求不斷增大，對施工測量的要求也隨之提高。科學合理的應用GPS測量技術，可精準地定位，準確地測量，能夠提升測量工作效率，突破時間和空間的限制，且不受環境因素的影響，應用優勢十分顯著。同時，將GPS應用在路橋測量中，可建立精準度較高的測量控制網絡，優化測繪內容，方便道路橋梁的施工建設。所以，相關單位及技術人員應深化GPS測量技術的研究，不斷提高GPS測量技術水平，使其在路橋工程測量中發揮更大的效用。