淺談全球定位技術(shù)在橋梁測(cè)繪工程中的應(yīng)用

張奐

摘要：隨著橋梁和測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的高新技術(shù)被應(yīng)用到橋梁測(cè)繪工程中，其中GPS技術(shù)的應(yīng)用不僅有效地提高了測(cè)繪效率，還能夠解決傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題。本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，首先對(duì)GPS測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行概述，然后對(duì)GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了分析和探討，闡述了GPS技術(shù)在橋梁測(cè)繪工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；控制測(cè)量；施工放樣；變形監(jiān)測(cè)

前言

橋梁工程規(guī)模大、耗時(shí)長(zhǎng)，采用常規(guī)的測(cè)量手段無(wú)法較好地進(jìn)行橋梁測(cè)繪工作，因而必須采用GPS技術(shù)進(jìn)行橋梁測(cè)繪作業(yè)，解決常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量無(wú)法解決的施工測(cè)量難題，確保橋梁工程的順利開(kāi)展。

1GPS測(cè)繪技術(shù)概述

GPS是全球定位系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱，英文全稱為GlobalPositioningSystem，該系統(tǒng)是由20世紀(jì)70年代由美國(guó)國(guó)防部研究而成的一種同時(shí)能夠用于民用和軍用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，美國(guó)政府于1995年4月宣布該系統(tǒng)已組建完畢并投入運(yùn)行。該系統(tǒng)主要利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航，該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的定位技術(shù)具有全天候、實(shí)時(shí)性、全球性、全能性和連續(xù)性等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有非常突出的抗干擾性能和嚴(yán)格的保密性。該系統(tǒng)的出現(xiàn)給全世界的導(dǎo)航技術(shù)以及定位技術(shù)帶來(lái)了根本性的改變，在軍事以及人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都帶來(lái)了巨大的影響。正因?yàn)镚PS定位系統(tǒng)的良好特性，使其在各類(lèi)測(cè)量領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，主要包括城市測(cè)量、工程測(cè)量、大地測(cè)量、航空攝影測(cè)量等，為我國(guó)的各類(lèi)測(cè)繪作業(yè)翻開(kāi)了新的篇章。GPS主要由空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分構(gòu)成。該系統(tǒng)相較于常規(guī)測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，具有測(cè)量精度高、測(cè)站間無(wú)需通視、觀測(cè)時(shí)間短、儀器操作簡(jiǎn)便、全天候作用以及提供三維坐標(biāo)等優(yōu)勢(shì)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星星座，設(shè)計(jì)由24顆衛(wèi)星（事實(shí)上目前經(jīng)常保持27～32顆衛(wèi)星）組成。它們分布間距為60°的6個(gè)軌道上，軌道傾角55°，每個(gè)軌道面上均勻分布4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星的地面高度為20200km。全球定位系統(tǒng)重分布的衛(wèi)星星座，能夠確保在無(wú)論哪個(gè)時(shí)間段或者哪個(gè)位置都能夠在同一時(shí)間接受到4顆或者以上的衛(wèi)星信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)瞬間的定位觀測(cè)。差分是兩個(gè)或更多個(gè)測(cè)站之間的相對(duì)定位，圖1為差分GPS示意圖。圖1中的A與B兩點(diǎn)能夠在相同的瞬間中對(duì)相同的至少4顆的一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)。并且其中A點(diǎn)作為一個(gè)已知點(diǎn)，能夠通過(guò)數(shù)據(jù)鏈，將原始信息傳輸給點(diǎn)B，這樣就能夠準(zhǔn)確地確定B點(diǎn)的具體位置。全球定位系統(tǒng)于20世紀(jì)80年代投入到民用的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在測(cè)繪行業(yè)起到了非常巨大的作用和影響。同時(shí)隨著各類(lèi)測(cè)繪要求的不斷提高，傳統(tǒng)的三角測(cè)量等方法已經(jīng)無(wú)法滿足測(cè)繪行業(yè)的需要，全球定位系統(tǒng)的高效益、全天候、高精度等特點(diǎn)逐漸在測(cè)繪行業(yè)取得了非常顯著的成果。

2GPS技術(shù)在橋梁工程測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)

1）能夠?yàn)闃蛄簻y(cè)繪部門(mén)節(jié)省大量的財(cái)力、物力和人力。相較于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，全球定位系統(tǒng)測(cè)量效率更高、測(cè)量結(jié)果的精度也更高。在橋梁測(cè)繪作業(yè)中，在復(fù)雜地形的情況下，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)缺乏一定的抗干擾性，并且測(cè)量得出的可靠性也比較差。而采用GPS技術(shù)，僅僅需要進(jìn)行單個(gè)操作站的設(shè)置就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)1500m范圍內(nèi)的地區(qū)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，有效地減少了監(jiān)測(cè)站的數(shù)量和測(cè)繪人員的數(shù)量。2）采用傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)很容易導(dǎo)致測(cè)量誤差的出現(xiàn)，測(cè)量誤差的出現(xiàn)就必然會(huì)引起橋梁工程大返工，而GPS測(cè)繪技術(shù)能夠有效解決這一問(wèn)題，可以通過(guò)建立3～4人為1個(gè)單位的流動(dòng)站，每一個(gè)放樣點(diǎn)僅僅需要停留0.5s就能夠完成中線測(cè)量的5～10km。3）自動(dòng)化程度更高，采用GPS測(cè)繪技術(shù)實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)、處理高度自動(dòng)化，高度自動(dòng)化能夠有效地減少人為測(cè)量的誤差，提高測(cè)量結(jié)果的精度。

3GPS技術(shù)在橋梁測(cè)繪工程中的應(yīng)用

在橋梁工程控制測(cè)量中，利用GPS就是建立GPS控制網(wǎng)，其應(yīng)用主要包括進(jìn)行平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的建立等。在橋梁GPS測(cè)繪作業(yè)中，GPS能夠提供三維定位信息，能夠有效地對(duì)橋梁的跨河和跨海水準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行解決。只要能夠以一定的精度要求得出測(cè)站點(diǎn)的高程異常差值，就能夠?qū)PS點(diǎn)的大地高轉(zhuǎn)換成為正常高，從而對(duì)橋梁施工中的高程控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。GPS在橋梁施工控制測(cè)量中的應(yīng)用較好地對(duì)海上高程控制測(cè)量以及連續(xù)多跨跨海高程貫通測(cè)量的難題進(jìn)行了解決，為跨河和跨海施工提供了先進(jìn)的技術(shù)。在GPS控制網(wǎng)的布設(shè)過(guò)程中，需要以橋梁的勘測(cè)設(shè)計(jì)要求和橋梁的變形監(jiān)測(cè)的需要為依據(jù)，嚴(yán)格按照“整體控制、局部加密”的原則。在選擇控制點(diǎn)位置時(shí)，必須綜合考慮橋梁施工的特點(diǎn)和需要，不僅要求控制點(diǎn)的位置在施工便道之外，同時(shí)滿足GPS測(cè)繪的要求，還要求盡量確保相鄰兩點(diǎn)之間的通視。如某橋梁起始樁號(hào)為DK172+764.830，終止樁號(hào)為DK173+939.400，孔跨布置：12-32m簡(jiǎn)支梁+1-（40+64+40）m連續(xù)梁+19-32m簡(jiǎn)支梁。中心里程：DK173+352.115，橋全長(zhǎng)1174.49m。本橋簡(jiǎn)支箱梁采用預(yù)制架設(shè)法，連續(xù)梁采用懸臂灌注法施工。本橋橋臺(tái)采用雙線矩形空心橋臺(tái)，臺(tái)頂斜置；橋墩1號(hào)～11號(hào)、16號(hào)～33號(hào)橋墩采用圓端形實(shí)體橋墩；0號(hào)～34號(hào)墩臺(tái)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(wǎng)采用GPS同步靜態(tài)觀測(cè)模式，采用大地四邊形或三角形同步圖形擴(kuò)展方式進(jìn)行布網(wǎng)，采用2個(gè)公共測(cè)站實(shí)現(xiàn)相鄰?fù)江h(huán)之間的連接，由大約5個(gè)觀測(cè)站組成1個(gè)同步環(huán)，每個(gè)環(huán)同步觀測(cè)1個(gè)時(shí)段，每時(shí)段觀測(cè)不低于60min，滿足設(shè)計(jì)要求。GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)采用接收機(jī)自帶的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件，將原始觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的Rinex格式，接著選擇徠卡公司LGO7.0軟件統(tǒng)一進(jìn)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(jìn)行平差計(jì)算。水準(zhǔn)觀測(cè)的主要技術(shù)要求嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，所有相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和限差均在數(shù)字水準(zhǔn)儀中進(jìn)行設(shè)置，在外業(yè)觀測(cè)的過(guò)程中，由儀器自帶的水準(zhǔn)路線測(cè)量軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢查和提示，只要發(fā)現(xiàn)超過(guò)限制的情況，則需要立即進(jìn)行重新測(cè)量，從而確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。平面高程復(fù)測(cè)完成后，復(fù)測(cè)成果應(yīng)及時(shí)向監(jiān)理單位報(bào)批，批準(zhǔn)后方可使用。

4結(jié)論

綜上所述，GPS精密定位技術(shù)具有全天候、高精度、實(shí)時(shí)性等多種優(yōu)勢(shì)，已在我國(guó)橋梁測(cè)繪工作中得到廣泛的應(yīng)用，并且取得了非常好的測(cè)繪效果，充分地證明了GPS定位技術(shù)的測(cè)量?jī)?yōu)越性。今后，隨著科技的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)也將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣泛，取得的測(cè)量結(jié)果也會(huì)更加精確，將為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮更大的作用