GPS技术在桥梁测量控制中的应用

关键词：GPS技术；桥梁工程；测量应用

 

引言：

随着我国经济社会的发展，现阶段正修建或拟建很多大型甚至特大型桥梁，因其很多都规模大型化，结构新颖化，又处在特别的地理位置，因而工程量大，施工工艺复杂，则许多常规的测量控制手段已经不能满足需要。而应用飞速发展的GPS技术的桥梁测量控制技术革命，引领桥梁工程测量进入了崭新的时代。GPS技术的应用已经非常广泛，可以解决很多以前无法解决的问题，其地位越来越重要。

一、国内外研究的现状

GPS静态定位系统不断发展并几近完善，已经普遍用于测量各种控制点，并用各种控制网逐步取代常规测量方法。

我国新采用的GPS技术利用大地测量控制方法，城市中也利用GPS建立起城市测量控制网。以近期国内建设的大桥来讲，如上海杨浦大桥，虎门大桥等工程，利用GPS全球定为技术测试首级平面测试网，不仅缩短了施工时间，减轻了劳动强度，增强了控制强度和空间定为能力，实现了控制网测试的高精度化。

针对桥位高程控制测量，GPS技术打破了按照常规方法进行的测量准则，在范围不大的平摊区域内，以高等水准点为高程拟合起点算起，选用适度的高程异常处理模型，达到国家高等标准。因此其关键问题在于如何精确确定高程异常处理模型。将GPS技术平面控制和常规精密水准测量同时进行，提高精确性和准确性。

国际上在桥梁测量测量控制中的研究也取得了喜人成绩，美国利用GPS定为技术成功完成了对斯坦福粒子加速器的工程测量；欧洲海底隧道工程横跨英吉利海峡，采用GPS进行控制测量修正了经典打底测量法的隧道纵横向误差，减少了工程经费支出，提高了工程进度和质量。

GPS技术在桥梁测量控制中的应用主要体现在以下几方面，以GPS静态定位作为精密的定位模式，可以解决长距离测量控制的精确度的难题；GPS实时动态测量信号接收机分别放在动态和基准载体上，同事适用于流向测量等一般精度要求的测量活动中；利用GPS静态、动态、快速静态测量中的解算方获得厘米精度测量和控制；GPS定位在得到各空间点高精度的大地高差，通过平差可求各G PS点的大地高，再利用各点的高程异常值，经过公式即可算出各点的正常高度。

二、GPS技术的特点

相比较于常规方法，GPS在控制测量方面有诸多优点，例如：

（1）测量精度有所提高，经国外研究表明，在长度为50-450km的基线上，南北、东西、垂直分量上的平均精度分别为1.9㎜、2.1㎜和17㎜，并且与距离无关，测量事后实行解算方可获得厘米级精度。

（2）经费少，选点灵活，GPS不需要测量站间相互通视，因此不需要建设站标，大大减低布网费用，主要被应用在各种桥梁工程的平面控制测量或变形监测中。

（3）观测时间段，一般在GPS一等控制测量中，每个观测站上观测时间一般为1-2小时左右，而静态定位技术中，观测时间更短。

（4）作业全天候不间断，GPS几乎可以在任何时间、地点、条件下进行观测，大大方便了测量作业，有利于高校完成测量任务。

（5）观测处理数据自动化，减少处理误差发生的可能性。

（6）数学模型简单

（7）可同时测定点的三维坐标，当前常用的计算高程异常方法为，利用测区里的若干个已知水准点，利用解析内插、曲线拟合等确定测区的似大地水准面，从而求出各待定点的高程异常。

三、H大桥常规测量数据处理

H大桥首级平面控制网作为桥梁专用控制网，能勘察阶段的设计服务，也为施工阶段的放样和营运阶段的变形监测提供数据。大桥桥位跨海宽30km，共布设22个点，采用双频GPS接收系统利用精密光电测距仪和经纬仪等精密仪器来观测。观测时段长度：小于30公里基线≥2hour；大于30公里基线（跨海）≥6hour;与IOGS跟踪站联测基线≥24hour。平均重负设站数≥3。

四、GPS技术的应用情况分析

1、GPS高程测量的精度不够理想，尤其在起伏大的地形中，GPS信号接收不理想，高程拟合仅达到四等或以下水准测量精度，不能完全满足桥梁工程对精密测量的要求。高精度桥梁施工高程控制网中通常只用一个已知点的高程作为起算点，因此从一岸水准点高程传递到对岸的GPS高程拟用方法很难正确使用。

2、GPS技术在桥梁施工或变形监测中的发挥主要受以下四点的影响。

第一，施工现场条件多变化,会对GPS信号的接收形成明显的遮挡和干扰，甚至使能观测到的数据变少，几何图形变小，卫星信号变弱。

第二，多路径效应将导致施工过程中GPS定位精度降低。

第三，观测时间与定位精度相矛盾，尤其在施工干扰大、信号接收弱的状况下，矛盾更为突出。

第四，桥梁GPS测量控制的实时系统难以实现。

为了提高GPS定位测量控制的精确性与可靠性，可以采用以下措施。首先选用有效减弱干扰和多路径效应的接收机设备；实行适宜改进的施工方案，为GPS测量控制提供更有利的观测条件；采取GPS与常规地面测量技术相结合，进行优势互补；利用建立在地面的伪距观测设备获取伪距观测值，增强卫星几何图形强度，也能在一定程度上提高GPS定位测量的精度。

3、RTK利用载波相位动态实时差分方法，提高了工程放样、地形测图、各种较低等级控制测量的作业效率，它的出现在野外实时即可得到厘米级定位精度。但是当它被用于数字地形测绘与桥址定线与中时，必须加大研究以建立符合标准要求的数字测图软件，全面发挥GPS系统的优势，充分体现桥址地形图测绘的数字化和一体化。

4、桥梁工程水文测量定位主要在桥址流向测量与航迹线测量中，跟踪测定水面浮标或过往船舶位置的动态变化线。目前采用动态GPS技术跟踪测定水面浮标的位置，也存在怎样使GPS流动站与浮标保持同步，如何测算跟测船只和流动站的最佳距离，每台流动站仅可跟踪一个浮标，如此低效率需要采取有效措施尽快解决。

5、桥梁工程测绘具有交通干扰大、地物较多、测绘范围较小但相对精度要求高等特点。由于GPS系统本身存在着不足，所以在某些特殊情况下，一旦卫星信号受到削弱或阻碍时，GPS技术将无法正常使用。经过大量工程实践证明，在现在技术前提下，GPS测量控制技术还需要与常规地面测量技术相结合，不能完全将其取代。

总结：

GPS技术自诞生以来，一直在发展中完善，特别是当GPS技术进行了现代化改造之后，其在桥梁测量控制中的应用也日益深入，发挥着其特有的优势。并且在目前及将来很长一段时间内，GPS技术还会与常规地面测绘技术相互结合，相互补充。GPS技术可以为大型桥梁提供稳定可靠的数据控制结果，综合效果优良。可以达到施工需求。在过程中需要建立连续运行的GPS参考站而构成连续统一的测量基准，以保证效率和效益。GPS技术与电子测序技术的集成技术将会是未来桥梁测量控制发展的重要方向之一。而当下桥梁工程过程中面临的主要难题是GPS高程测量技术的应用，这个问题的解决将会有相当重要的现实意义。GPS定位技术的技术之路还将哦组的更长更远，远非如此而已，我们一定要去发掘更加先进的功能，探索更多的奥秘，翻开更多的新篇章。

参考文献：

[1]郑冲，深度讨论GPS技术在大型桥梁测量中的应用方法[J].测绘信息与工程，2006（5）

[2] 张海龙，GPS技术在桥梁工程测量应用探讨[J].科技资讯，2010（13）