GPS 定位技術在道路橋梁施工測量中的應用

陳香任

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

隨著道路橋梁工程建設環(huán)境復雜度的提高，傳統道路橋梁施工測量技術已無法滿足施工建設需求，如何科學利用GPS定位技術以協助道路橋梁施工測量，保證測量數據的準確可靠，是當前亟需解決的課題。GPS 定位技術始創(chuàng)于美國，通過借助衛(wèi)星技術實現精確的定位和導航，前期被廣泛的應用于軍事領域，隨后GPS 以其具備優(yōu)良的準確性、定位能力和抗干擾能力被大量應用于工程建設、勘探測量、地圖測繪等生產生活領域[2]。通過針對GPS 技術的持續(xù)優(yōu)化，在道路橋梁施工測量中得以科學應用能夠有效減少實際工程的進度和投入。因此，針對GPS 定位技術在道路橋梁施工測量的具體應用展開研究具有實踐意義。

1 GPS 定位技術應用特征

1.1 GPS 定位技術含義

道路橋梁建設工程一般施工難度系數大、技術要求高、施工環(huán)境復雜。GPS 技術是基于衛(wèi)星定位技術而建立的一類無線電定位、導航系統，因為實現過程時需要借助很多衛(wèi)星設備，所以將GPS 定位技術應用到道路橋梁施工建設測量中時，能夠充分發(fā)揮其具有的覆蓋范圍廣、定位精準度高、測量定位時間少、隨時隨地實現測量的優(yōu)勢[3]。

1.2 GPS 測量技術工作原理

GPS 定位技術借助衛(wèi)星設備接收使用者發(fā)射的通信信號指令，從而精準測算出物體間的準確間距，并定位準確位置，測量精度可達到毫米范圍以內[4]。隨著電子地圖技術的應用普及，在道路橋梁建設工程測量時應用GPS 定位技術的應用性已受到測量人員的廣泛認可，能夠有效實現測量效率和精度的提高，節(jié)省測量支出，提升工程建設質量。

GPS 定位系統中應由24 顆衛(wèi)星設備構成，24 顆衛(wèi)星分布在環(huán)繞地球的不同運行軌道，交織形成了通信信號全覆蓋的空間網絡，能夠實現通信數據信號的高效收發(fā)。同時，在地球表面位置安置專門的控制和監(jiān)測站，實現通信數據信號的接收，計算機信息系統將接收到的通信信息經過處理后發(fā)送至使用者，以提供定位、導航服務，其工作原理如圖1 所示。

圖1 GPS 測量技術原理

1.3 GPS 定位技術在道路橋梁施工測量應用的技術優(yōu)勢

應用GPS 定位技術在道路橋梁施工測量中，除了具備能夠實現覆蓋范圍廣、定位精準度高、測量定位時間少、隨時隨地實現測量定位、導航優(yōu)勢，還可利用GPS 技術的通視功能實現道橋施工方案的修正，有效節(jié)約道橋施工成本，提升施工效率[5]。覆蓋范圍廣主要體現在GPS 技術能夠實現道橋施工的隨時隨地全天候測量，對時間和空間的測量要求極低；定位精準度高體現在針對500 km 范圍內的基準線，其直線測量精度能夠保證在毫米范圍內；道路橋梁施工測量過程中，無論是靜態(tài)定位還是動態(tài)定位都能實現在幾秒之內完成，測量定位用時少；同時，在應用GPS 技術進行道橋施工測量時，無需專門布網及專門設置測量通視站，可有效降低測量施工成本，提高測量的靈活度，為GPS 技術的應用實踐性提供保證。

2 GPS 技術在橋梁施工測量中的應用

為了提升GPS 技術的施工測量精度，在實際應用之前應做好測量準備工作。先對測量區(qū)域進行必要的環(huán)境勘察，針對水文、氣候、植被等情況加以分析，合理選擇適宜量程的GPS 信號接收設備，提高測量精度。根據測量環(huán)境合理選擇外業(yè)測量點，以實現測量點與道橋施工段的某點形成通視效果，通視區(qū)域內禁止出現傾斜角大于15°的遮擋建筑。另外，測量位置還應避開無線信號發(fā)射源及高壓電區(qū)域，以防止造成GPS 信號干擾，選好測量位置后，埋設標識設施，為測量工作提供便利。

2.1 應用GPS 技術實現道橋塔柱安裝

橋梁塔柱高度測算是橋梁建設的重要環(huán)節(jié)，隨著橋梁工程建設規(guī)模的提高，塔柱的建設高度也不斷增加，這為實際測算提出了不小的挑戰(zhàn)。尤其是斜拉式塔，橋面的跨度相對較大，更應該準確測算出橋梁斜度，為后期建設質量提供保證。應用GPS技術的RTK 技術代替常規(guī)的人工放樣測量技術，將GPS 接收設備安置在事先選擇好的測量坐標點，將接收的衛(wèi)星通信數據傳輸至計算機信息系統，計算得出放樣的準確位置，通過往復測量直至定位到符合設計放樣標準的位置，在所有指標符合要求后方可進行塔柱的安裝，從而有效減少測量成本，提高測量效率。

2.2 應用GPS 技術實現道橋橋墩定位

以往橋梁建設時，橋墩的定位測算通常使用經緯儀進行施工現場的位置定位，測算結果往往存在誤差，而且經緯儀的使用對操作人員技術能力要求較高，無形中增加了測量難度。加之橋梁建筑建設環(huán)境多為跨江跨海位置，傳統的經緯儀測量方式逐漸無法適應高難度、大跨度的水下橋墩定位測量工作。應用GPS 技術的動態(tài)定位技術實現對跨江跨海的橋梁定位測量，完成對橋主面跨度與橋索塔距離一致性測算，動態(tài)GPS 定位技術的測量精度可精確到毫米，有效避免了后期返工維修的可能。應用動態(tài)GPS定位技術實現對橋墩的放樣定位操作，通過多次測算，將測算值與設計值進行反復比較，從而有效降低測算誤差。其優(yōu)勢是可實現自動選擇精準度高的放樣位置，在此位置裝配接收設備，利用接收設備的流動站完成同衛(wèi)星設備的通信數據實時傳輸，將測算數據傳輸至計算機系統，從而得出最終的三維位置坐標。

2.3 應用GPS 技術實現道橋施工高程控制測量

應用GPS 技術實現道橋施工高程控制測量，能夠精確測算出橋梁工程的點和點間的大地高度差，通過計算得出更有利于橋梁施工的科學建設高度，測算過程需要測量人員的良好觀察配合完成，需及時獲取到大地水準面的異常情況，以保證橋梁高程測量的實施順利。應用GPS 水準測量法實現大地高度差的轉換，在精確測算出同名點大地高度及對應高程，通過計算得出二者之間的轉換對應關系。橋梁高程控制測量是施工測量的重要環(huán)節(jié)，在充分考慮施工現場環(huán)境因素的同時，應保證測量和定位的高度準確性，提升操作人員對大地水準面的判斷能力，合理利用GPS 技術獲取準確的高差值，完成轉換工作，保證水準面在實現正常標準的基礎上完成橋梁建設施工。

2.4 應用GPS 技術實現道橋施工控制測量

控制網的測量精度對橋梁建設質量的影響重大，橋梁的使用壽命會隨著控制網的精度的提高而延長，后期的維修概率也會越小。由于橋梁工程有別于普通的道路建設工程，對于設計的廣度和寬度要求較高，所以針對橋梁建設控制網的測量通常選用靜態(tài)GPS 測量技術，此技術的優(yōu)勢是測量精確度高、測量用時短、節(jié)省人力等資源，利用GPS 流動站接收器接收被測位置的信息，并將基準站衛(wèi)星數據與此數據進行往復比對，從而最終獲得用戶站的準確位置定位，實現道橋施工控制測量目的。

3 GPS 定位技術應用案例分析

3.1 某高架橋工程案例概況

某高架橋建設工程建設位置在平原，工地位置地形地貌較差，地質環(huán)境相對復雜，地層中約有75 m 的軟土地基，難以應用常規(guī)的測量方法及設備完成高準確度的施工測量。因此選擇GPS 測量定位技術對高架橋實施施工測量，以保證測算準確度。

3.2 橋梁平面控制測量

高架橋的控制點選擇在應用GPS 易測量的施工道路位置，還應保證相鄰的控制點之間能夠產生相互測量呼應，因此通過“邊連接”方式實現GPS 測量控制點的位置選取，具體位置如圖2 所示。

圖2 高架橋平面控制測量選擇控制點位置

結合此案例實際施工特點，在高架橋施工現場選取42 個GPS 測量控制位置，設置4 臺Leica350 型號的GPS 信號接收設備，利用靜態(tài)GPS 定位技術實現高架橋的控制點的快速測量工作，測量過程中配合同步的衛(wèi)星設備應不少于4 顆，測算總計336 條基礎線，每個基準線之間不存在較大差異性，整個控制點測量工作能夠在兩個工作日內完成。

3.3 橋梁高程控制測量

此案例高架橋選擇GPS 水準測量法完成高程控制測量，設計以三等水準度為測量基準進行測量時，設置6 個位置分布均勻的橋梁控制位置點，通過大地異常修正方法計算得出高架橋的內部擬合高度，測量結果外部誤差為±6 mm，中誤差為±5 mm，在合理誤差精度范圍內。設計以四等水準度為測量基準進行測量時，高程測量存在±8 mm 的中誤差，最高誤差為30 mm，同樣在合理誤差精度范圍內。

3.4 應用動態(tài)GPS 定位技術實現放樣

此案例選擇動態(tài)GPS 定位技術，以載波相位動態(tài)實時差分法實現高架橋測量放樣，在高架橋施工環(huán)節(jié)，將GPS 控制設備同計算機信息系統連接，將橋梁設計的樁位圖紙和橋位圖紙上傳至計算機系統，同時上傳系統通過GPS 控制設備測算出的放樣數據，隨后通過實地測量的GPS 位置坐標利用動態(tài)定位方法實現二者的轉換。操作人員應提前在放樣樁位進行全方位測量，并在控制網的關鍵控制位置設置GPS 參考點，并借助2 臺動態(tài)定位流動站完成放樣工作。

4 結語

由于國內橋梁建設多處于地形復雜的施工環(huán)境，傳統的道橋施工測量技術逐漸無法有效完成實際施工的測算工作，通過科學利用GPS 定位技術以協助道路橋梁施工測量，保證測量數據的準確可靠，同時加速GPS 技術的優(yōu)化，以促進我國道路橋梁建設的健康有序發(fā)展。