鐵路施工控制網(wǎng)中GPS測量技術(shù)的運用及實踐要點分析

宋洪濤

【摘要】通常情況下，道路橋梁有著較為復(fù)雜的建設(shè)環(huán)境，在具體勘測過程中，即使選擇的儀器較為合理，但是卻沒有地方安放，這樣測量的準(zhǔn)確性就可能出現(xiàn)偏差。GPS 技術(shù)具有一系列的優(yōu)勢，因此得到了較為廣泛的應(yīng)用。通過實踐研究表明，將其應(yīng)用到公路橋梁施工控制測量中，可以顯著提升測量效果。本文首先對GPS 技術(shù)做了概述，然后詳細(xì)闡述了GPS 技術(shù)在公路橋梁測量中的應(yīng)用，最后探討了GPS 技術(shù)應(yīng)用于公路控制測量的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；施工控制測量；GPS技術(shù)

GPS技術(shù)具有全天候、精度均勻等優(yōu)點，且選點埋石比常規(guī)方法更具靈活性，在工程控制測量中已經(jīng)廣泛采用。地鐵施工控制網(wǎng)建立的主要目的是為地鐵各部位的施工放樣以及地鐵施工完成后的運營監(jiān)測提供基準(zhǔn)，因此地鐵施工控制網(wǎng)的質(zhì)量將直接影響到工程的總體質(zhì)量。主要的問題，在目前的技術(shù)條件下采用何種建網(wǎng)方法才能更經(jīng)濟、有效地建立地鐵施工控制網(wǎng)；建網(wǎng)方式選定后，還需要考慮存在哪些因素，對控制網(wǎng)精度產(chǎn)生影響。

1 GPS 技術(shù)概述

1.1 GPS 技術(shù)的技術(shù)機理

GPS 的技術(shù)基礎(chǔ)是衛(wèi)星系統(tǒng)的三維定位功能，其系統(tǒng)組成可以分為兩部分，分別是天空中 24 顆 GPS 衛(wèi)星組成的衛(wèi)星群和地面上主控站、注入站、監(jiān)測站、通信輔助系統(tǒng)共同構(gòu)成的地面監(jiān)控系統(tǒng)。用戶可以通過 GPS 接收機、專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件等設(shè)備連接上述系統(tǒng)，獲取公路控制測量所必須的坐標(biāo)。由于這些用戶設(shè)備的體積相當(dāng)小，而且基本沒有太多的使用限制就能獲得精確的數(shù)據(jù)，所以能極大地優(yōu)化公路控制測量的過程和結(jié)果。

1.2 GPS 技術(shù)的技術(shù)特征

GPS 技術(shù)應(yīng)用于控制測量時具有多方面的技術(shù)特征，總體來說可以分為如下七種：第一特征是極高的定位精度，目前常用的雙頻 GPS 接收機在短距離內(nèi)的測量精度不輸傳統(tǒng)的紅外儀，而且在長距離下的測量精度遠(yuǎn)勝紅外儀；第二特征是能提供的坐標(biāo)具有三維特征，能應(yīng)用于高程測量；第三特征是能實現(xiàn)全天候作業(yè)，不受氣候變化影響；第四特征是測站要求低，不需要彼此通視；第五特征是觀測速度快，觀測時間通常只有半小時左右；第六特征是操作簡單，只要完成選點定位和天線對中，其他如觀測、數(shù)據(jù)處理等步驟都可以通過電子系統(tǒng)自動完成；第七特征是功能全面，除定位導(dǎo)航外還能實現(xiàn)測時、測速等功能，有助于公路工程多方面作業(yè)的聯(lián)動化。

2 GPS 技術(shù)在公路橋梁測量中的應(yīng)用

2.1在控制測量中的應(yīng)用

因為公路和橋梁自身方面的特點，公路橋梁施工控制網(wǎng)邊長通常比較長，尤其是跨越一些大江大河時使用到的特大型公路和橋梁，其更是具有跨度非常大的主要特點，那么這個特點也就給相對傳統(tǒng)的測量方法增加了很大難度。伴隨跨海大橋的研發(fā)和出現(xiàn)，GPS技術(shù)更能夠體現(xiàn)其不可替代的優(yōu)越性，因此運用 GPS 定位方法要比用傳統(tǒng)定位方法進(jìn)行測量作業(yè)更加具有優(yōu)勢。運用 GPS 定位技術(shù)的靜態(tài)定位法，在進(jìn)行公路橋梁控制網(wǎng)的測量作業(yè)中，因為其并不受到外界環(huán)境的干擾，因此可以大大縮短了室外作業(yè)的觀測時間，最終顯著提高了工作效率。

2.2在施工測量中的應(yīng)用

依照相對傳統(tǒng)的施工技術(shù)手段，對于水中墩的定位測量通常需要采用前方交會技術(shù)進(jìn)行。但是對于一些有的大橋，其中一些橋址所處的江面比較開闊，因此這會無形中給交會測量帶來了比較大的困難。那么在這種情況之下，采用 GPS 動態(tài)定位技術(shù)（RTK 技術(shù)）便能夠很好地發(fā)揮出了其不可估量的顯著優(yōu)勢。

在此基礎(chǔ)上，RTK（RealTimeKinematic）定位技術(shù)是現(xiàn)階段一種實時動態(tài)的測量與定位技術(shù)，其是以載波相位觀測量技術(shù)為依據(jù)的實時差分 GPS 定位技術(shù)。在公路與橋梁測量作業(yè)中采用上述方法，需要在水中墩定位之時于基準(zhǔn)站上安置好一臺 GPS 定位接收機，對于其所有能夠觀測到的 GPS 定位衛(wèi)星還需要進(jìn)行連續(xù)觀測，并且將其觀測到的數(shù)據(jù)最終通過無線電傳輸?shù)皆O(shè)備中，實時地發(fā)送到在定位船上進(jìn)行移動觀測（1～3s），最終再傳至 GPS 接收機中，這樣也就可以實時得出了該點的三維定位坐標(biāo)，其精度可以達(dá)到 2～5cm。

2.3GPS 高程控制測量

GPS 定位技術(shù)可以使用高精度來最終獲取點與點之間的大地高度之差。再一次將它們轉(zhuǎn)化成為適合于當(dāng)前施工測量作業(yè)的正高度差過程中，作業(yè)人員還需要重點注意大地水準(zhǔn)面的異常性更改現(xiàn)象。這類轉(zhuǎn)換由于其重力測量信息等方面因素的影響，一般都采取了 GPS 水準(zhǔn)法，運用同名點中的相應(yīng)正高以及 GPS 大地高，通過一系列數(shù)學(xué)計算模型取得其相互之間的高度差轉(zhuǎn)換關(guān)系。

2.4工程實例

2.4.1實際工程中的 GPS 平面測量

本文以某高架橋為例。它有著較為復(fù)雜的地質(zhì)條件，地勢低洼，主要是軟土層，厚度在50 m以上；在這樣特殊的地理環(huán)境下，對控制測量提出了較高的要求；利用 GPS 技術(shù)來測量施工地點，在對控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)的過程中，就需要科學(xué)考察橋梁施工的特點以及施工便道以外的環(huán)境條件。我們利用邊連接的方式來設(shè)計 GPS 控制網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合本工程的具體情況，將 20 對左右的 GPS 施工控制點布設(shè)于現(xiàn)場，在靜態(tài)相對定位中，采用的是接收機。在觀測過程中，有 4 顆以上的同步觀測衛(wèi)星，高度角在 15°以上。本次觀測一共持續(xù)了三天左右，獲得了 400 多條基線。粗差探測過所獲得的觀測基線之后，粗差問題就不會存在。會有幾何圖形形成于衛(wèi)星星座和觀測站之間，強度在 5°以內(nèi)，這樣在 GPS 控制網(wǎng)中，先驗和后驗獲得基本相等的誤差。

2.4.2GPS 高程控制測量

在測量大地高差時，采用的是 GPS技術(shù)，可以對搞定杜點進(jìn)行獲取，然后對其轉(zhuǎn)化，就可以將正高值求出來，那么就需要結(jié)合具體情況，來更正大地水準(zhǔn)面。

3 GPS 技術(shù)應(yīng)用于公路控制測量的發(fā)展前景

第一，GPS 測量高精度、全天候、無距離限制、無環(huán)境限制的特征令其可以滿足復(fù)雜地形和植被茂密地形的測量作業(yè)，這對山區(qū)公路的控制測量是極為有利的，有助于我國公路網(wǎng)的進(jìn)一步拓展。

第二，GPS 控制測量全程基本都依賴儀器作業(yè)，這大大抑制了公路控制測量工作中人為因素引起的誤差。只要針對這方面進(jìn)行進(jìn)一步的自動化發(fā)展，令放點布網(wǎng)、觀測記錄、數(shù)據(jù)預(yù)處理、平差計算等步驟實現(xiàn)自動聯(lián)動，完全消除人為誤差就有可能實現(xiàn)，令測量質(zhì)量更加完美。

第三，GPS 控制測量的 RTK 技術(shù)模式有很大的應(yīng)用價值，值得進(jìn)一步應(yīng)用普及。這種技術(shù)應(yīng)用對特定位置的三維空間定位非常準(zhǔn)確，能得出精確化、動態(tài)化的空間三維坐標(biāo)，因此對隧道、橋梁等公路特殊路段的定位布點有非常好的應(yīng)用能效。只要進(jìn)一步應(yīng)用 GPS-RTK 技術(shù)，點位測量、中樁測量、放樣等工作都能實地實時進(jìn)行，大大提高工作效率。

4 結(jié)束語

鑒于GPS的高準(zhǔn)確度，在以后的公路橋梁的建設(shè)上，除了完成必要的通暢要求，我們可以運用GPS的相關(guān)功能營造其美觀，使之更具有現(xiàn)代化特征，給未來建筑一種清新的感覺。我國應(yīng)該加強衛(wèi)星的發(fā)射建立自己的全球GPS體系，一旦沒有外國的幫助，我們也能自己通過衛(wèi)星通曉全球。

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