道路橋梁工程測(cè)量中的GPS技術(shù)應(yīng)用

董昊錦

在時(shí)代的發(fā)展過(guò)程中，科技發(fā)揮著重要的作用?？萍疾粌H改善了人們的生活狀態(tài)，同時(shí)也改變了人們的工作方式。其中GPS技術(shù)也就是全球定位系統(tǒng)成為了科技作用下人類社會(huì)的一項(xiàng)必不可少技術(shù)。該技術(shù)最早是上個(gè)世紀(jì)美國(guó)軍方研制的定位系統(tǒng)，依靠衛(wèi)星完成定位導(dǎo)航。GPS有著連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、全天候、全能性、全球性的定位作用，抗干擾與保密性強(qiáng)是其從同類產(chǎn)品中脫穎而出的重要原因。目前GPS技術(shù)憑借效果好、操作簡(jiǎn)單的特征被應(yīng)用在導(dǎo)航、海洋測(cè)量、道路工程測(cè)量、測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域并取得了喜人的成績(jī)。從實(shí)踐中不難看出該技術(shù)的靈活性優(yōu)勢(shì)可以有效縮短工期、降低成本，有著比較突出的價(jià)值和作用。

結(jié)合實(shí)踐使用不難發(fā)現(xiàn)，GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常突出，利用衛(wèi)星導(dǎo)航能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)死角全方位定位。精準(zhǔn)的定位功能對(duì)測(cè)繪工作來(lái)說(shuō)具有重要的幫助。正因如此在多年的發(fā)展中，GPS技術(shù)漸漸走進(jìn)了工程行業(yè)，尤其是道路橋梁的測(cè)繪工作。在該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣過(guò)程中，路橋項(xiàng)目的效率和質(zhì)量得到了有效保障。GPS技術(shù)不僅提高了工程作業(yè)效率，同時(shí)在縮短施工時(shí)間中也發(fā)揮了重要的作用。

一、GPS概述

1.發(fā)展歷程

所謂的GPS實(shí)際上就是Global Positioning System的縮寫。該技術(shù)最早在上個(gè)世紀(jì)的七十年代出現(xiàn)。最初設(shè)計(jì)的初衷是為了應(yīng)對(duì)美國(guó)軍方的使用要求。隨后在不斷實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠獲得精準(zhǔn)的三維地理位置定位，在測(cè)速、導(dǎo)航等民用工程需求中同樣能夠發(fā)揮巨大的價(jià)值。正因如此該技術(shù)才漸漸走向世界，成為了人們生活中的一向常見(jiàn)技術(shù)。該技術(shù)在民間的應(yīng)用帶給了測(cè)繪業(yè)革命性的改變，成為了現(xiàn)代測(cè)量中最重要的一項(xiàng)技術(shù)。

2.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

GPS在測(cè)量中的應(yīng)用有著眾多優(yōu)勢(shì)，第一點(diǎn)范圍廣。在測(cè)量過(guò)程中因?yàn)镚PS技術(shù)使用了衛(wèi)星技術(shù)，所以能夠準(zhǔn)確測(cè)量三維坐標(biāo)。從三維坐標(biāo)中為人們提供時(shí)間、速度等信息。正因如此GPS技術(shù)成功的在水下測(cè)繪、海洋測(cè)繪、控制測(cè)量、工程測(cè)量、大地測(cè)量中得到了廣泛使用。第二點(diǎn)該技術(shù)有著精準(zhǔn)的定位能力。據(jù)實(shí)驗(yàn)資料顯示目前GPS技術(shù)定位精度能夠被控制在米級(jí)范圍，精準(zhǔn)的定位能夠?yàn)榇蟪叨染W(wǎng)點(diǎn)測(cè)量控制提供足夠的幫助。第三點(diǎn)該技術(shù)測(cè)量速度快，不論是動(dòng)態(tài)定位還是靜態(tài)定位，該技術(shù)只需要使用幾秒時(shí)間就能夠完成觀測(cè)。極短的測(cè)量時(shí)間大幅提高了測(cè)量效率。第四點(diǎn)該技術(shù)操作簡(jiǎn)單。在使用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，操作者只需要觀察監(jiān)視器狀態(tài)即可，一切測(cè)量工作都是自動(dòng)化進(jìn)行的。有效減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。第五點(diǎn)該技術(shù)能夠全天候工作。不同于其他測(cè)量技術(shù)的事該技術(shù)可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間測(cè)量，不受時(shí)間、空間局限，有效提高了測(cè)量時(shí)間和測(cè)量范圍。

二、路橋工程測(cè)量中的GPS技術(shù)應(yīng)用

近些年在GPS技術(shù)的不斷完善和發(fā)展過(guò)程中，工程測(cè)量實(shí)現(xiàn)了翻天覆地的變化。事實(shí)上GPS技術(shù)不僅改變了工程測(cè)量手段與方法，同時(shí)也提高了工程測(cè)量的精度、效率與速度。該技術(shù)憑借眾多優(yōu)勢(shì)，如今正漸漸成為取代傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的重要方法。該技術(shù)能夠用于路橋工程中的高程、測(cè)距、測(cè)角測(cè)量定位。此外和傳統(tǒng)技術(shù)不同的是，這項(xiàng)技術(shù)定位范圍甚至能夠從陸地?cái)U(kuò)展到海洋與宇宙。定位方法不再是僅僅只有靜態(tài)定位，動(dòng)態(tài)定位同樣能夠得到滿足。該技術(shù)不僅改變了人們的定位方法，同時(shí)也改變了人們的工作理念。

1.測(cè)繪控制

在路橋工程作業(yè)中測(cè)繪控制網(wǎng)是最基本的工作項(xiàng)目。從某些方面來(lái)說(shuō)測(cè)繪控制網(wǎng)準(zhǔn)確與否對(duì)測(cè)繪本身質(zhì)量的影響非常突出。需強(qiáng)調(diào)的是控制網(wǎng)精度實(shí)際上并不統(tǒng)一，在不同情況下不同控制網(wǎng)往往需要應(yīng)對(duì)不同類型的工程?？刂凭W(wǎng)精度要求相對(duì)來(lái)說(shuō)要高一些的被稱為一級(jí)控制網(wǎng)，這種控制網(wǎng)是測(cè)繪參照點(diǎn)。因此這種有著較高精度要求的控制網(wǎng)坐標(biāo)通常不允許出現(xiàn)任何偏差。在傳統(tǒng)工程中，邊角法是控制網(wǎng)最常見(jiàn)的技術(shù)方法。這種技術(shù)應(yīng)用測(cè)繪儀器完成導(dǎo)線控制。當(dāng)然從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中不難得出，傳統(tǒng)控制網(wǎng)僅僅只能作用于小型測(cè)繪項(xiàng)目?？墒窃诂F(xiàn)代路橋中很少出現(xiàn)小規(guī)模測(cè)繪要求。也就是說(shuō)時(shí)代的發(fā)展讓傳統(tǒng)控制網(wǎng)方法漸漸退出了歷史舞臺(tái)。邊角法測(cè)繪因無(wú)法滿足工程需要，正遭到時(shí)代的淘汰，無(wú)法應(yīng)用在現(xiàn)代工程測(cè)繪當(dāng)中。和傳統(tǒng)方法相比較，GPS技術(shù)有效改善了這一問(wèn)題。GPS技術(shù)除了在小范圍測(cè)繪中表現(xiàn)非常突出，同時(shí)在大范圍測(cè)繪中也有著出眾的效果，強(qiáng)大的性能保障了其應(yīng)用范圍。GPS控制網(wǎng)主要有三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)包括成本低、精度高、受限小。工程測(cè)繪應(yīng)用GPS技術(shù)時(shí)一般會(huì)搭配載波相位靜態(tài)差分技術(shù)。這種技術(shù)能夠進(jìn)一步提高技術(shù)精度，精度甚至能夠到達(dá)毫米，有著極高的科技含量與科技價(jià)值。和傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比GPS技術(shù)還能有效解決地面觀測(cè)中心和用戶端之間的通視問(wèn)題，賦予測(cè)繪工作便捷、靈活的優(yōu)勢(shì)。提高測(cè)繪精度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪工作費(fèi)用的有效控制。

2.變形檢測(cè)

以筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，大型工程中GPS技術(shù)還能夠滿足變形監(jiān)測(cè)的要求。因大型工程最大的特點(diǎn)便是質(zhì)量要求高、周圍環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，有著較大的體積。因此變形監(jiān)測(cè)通常是大型工程管理最大的難點(diǎn)與問(wèn)題。當(dāng)然這些問(wèn)題也成為了阻礙變形監(jiān)測(cè)工作有效性最突出的問(wèn)題。大型工程變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括建筑物傾斜、地基沉降與變形等內(nèi)容。大型工程作業(yè)必須做好這些內(nèi)容的監(jiān)視與管理，這是保障大型工程最重要的項(xiàng)目。地基的變形與沉降最常用監(jiān)控方法為水準(zhǔn)測(cè)量。對(duì)于建筑物的傾斜度則一般應(yīng)用三角測(cè)量方式。相較于上述兩種方法，GPS技術(shù)變形監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)非常突出，不僅便捷同時(shí)非常簡(jiǎn)單。舉例來(lái)說(shuō)大型工程變形監(jiān)測(cè)只需要在建筑的內(nèi)部與外部分別設(shè)置GPS接收端，隨后啟動(dòng)監(jiān)控設(shè)備就能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)與了解建筑的內(nèi)外部變形狀況。另外遠(yuǎn)程監(jiān)控、傳輸技術(shù)同樣也可以作用于建筑物信息的傳輸與獲取，進(jìn)一步幫助了工作人員掌握大型項(xiàng)目的變形情況。

3.圖根測(cè)量

測(cè)量圖根的過(guò)程中GPS定位測(cè)量同樣是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。這一技術(shù)充分利用了GPS設(shè)備完成衛(wèi)星信號(hào)的接受。通常情況下能夠接收4顆以及更多的衛(wèi)星信號(hào)。利用這些衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離，隨后通過(guò)分析衛(wèi)星坐標(biāo)系掌握接收機(jī)坐標(biāo)系，得出接收機(jī)位置與距離，完成GPS定位測(cè)量。測(cè)量圖根時(shí)，需要應(yīng)用多臺(tái)接收設(shè)備，一般為4臺(tái)或是更多。應(yīng)用雙參考站測(cè)量圖根。測(cè)量同一時(shí)間段的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)量應(yīng)超過(guò)4顆，于15S為一次間隔時(shí)間完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收與傳送。觀測(cè)衛(wèi)星的高度角應(yīng)超過(guò)16°，POOP則≥5。除此之外觀測(cè)線模糊倍率也要超過(guò)1.5，在測(cè)量過(guò)程中工作人員應(yīng)當(dāng)每隔15分鐘進(jìn)行一次流動(dòng)站觀測(cè)，保障圖根參數(shù)精準(zhǔn)度。

4.高程擬合

即利用GPS定位得到測(cè)量部位高度、精度差異，隨后根據(jù)這一差異確定與得知測(cè)量區(qū)域高差，計(jì)算空間點(diǎn)差值。利用特殊的公式掌握高度值。目前橋梁高程與大地高異常通常很難計(jì)算。GPS高程無(wú)法取得高精度數(shù)據(jù)。應(yīng)用GPS測(cè)量大地高程時(shí)，必須做好測(cè)量點(diǎn)選擇保障控制點(diǎn)精度。目前應(yīng)用GPS確認(rèn)橋梁建設(shè)區(qū)水準(zhǔn)點(diǎn)采取的是應(yīng)用曲面擬合方式計(jì)算空間點(diǎn)高程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知使用這種技術(shù)在平坦區(qū)域能夠獲得良好的效果，常作用于前期施工測(cè)量以及施工過(guò)程和力度判斷。不過(guò)因這項(xiàng)技術(shù)實(shí)踐與理論仍舊不夠成熟，因此需要進(jìn)一步的研究和完善。

三、路橋工程測(cè)量中的GPS技術(shù)價(jià)值

1.用途廣

GPS技術(shù)在多年發(fā)展的過(guò)程中成功滲透到了眾多的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)能作用于路橋建設(shè)、工程施工、地殼板塊監(jiān)測(cè)、大地測(cè)量領(lǐng)域。當(dāng)然工程測(cè)量、工程檢測(cè)網(wǎng)等同樣也是該技術(shù)的應(yīng)用途徑。工程施工自動(dòng)控制與變形監(jiān)測(cè)都是該技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。

2.受外界因素影響少

因該技術(shù)的原理為應(yīng)用衛(wèi)星定位，所以能夠不受時(shí)間、空間限制完成連續(xù)觀測(cè)。即便是在夜間與天氣不佳的情況下，同樣能夠得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是光學(xué)測(cè)量所不具備的。

3.定位準(zhǔn)確

使用這項(xiàng)技術(shù)測(cè)量時(shí)精度要遠(yuǎn)超傳統(tǒng)測(cè)量方法，在短距離、中距離中的測(cè)量精度甚至能夠到達(dá)毫米級(jí)。另外構(gòu)筑物、大型建筑變形監(jiān)測(cè)如果借助特殊觀測(cè)手段并做好模型數(shù)據(jù)處理甚至能夠?qū)⒕瓤刂圃趤喓撩准?jí)。

4.效率高

該技術(shù)能夠存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。利用繪圖軟件與計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為斷面圖、平面圖。不僅減少了工作量，同時(shí)也有效提升了工作效率。以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，該技術(shù)能夠有效提高測(cè)量效率。在簡(jiǎn)化測(cè)量程序的同時(shí)縮短測(cè)量時(shí)間。該技術(shù)有著不受網(wǎng)型、通視限制的優(yōu)勢(shì)、靈活的布網(wǎng)方法提高了測(cè)量工作有效性。在通視困難、地形復(fù)雜區(qū)域該技術(shù)能夠體現(xiàn)出極為突出的優(yōu)勢(shì)。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的敘述不難看出GPS技術(shù)能夠有效優(yōu)化路橋工程質(zhì)量，提高路橋工程檢測(cè)效果。在幫助建立施工控制網(wǎng)的同時(shí)，提供給路橋工程精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幫助。憑借著強(qiáng)大的定位能力，提高了測(cè)量技術(shù)質(zhì)量。與傳統(tǒng)測(cè)量方式不同的是，GPS技術(shù)的更為準(zhǔn)確、更有效率、用途更為廣泛。不過(guò)從實(shí)踐中也不難得出，雖然其本身優(yōu)勢(shì)眾多，但許多細(xì)節(jié)上的問(wèn)題仍需要不斷處理。有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際條件改善和優(yōu)化問(wèn)題。在時(shí)代不斷發(fā)展的過(guò)程中，GPS技術(shù)在路橋工程中將能夠發(fā)揮更大的作用。