试论桥梁施工测量GPS控制网布设的应用

王坤 潘舟洲

摘要：桥梁施工测量过程中，做好GPS控制网的布设是一项前提工作。本文分析了GPS控制网特点以及其应用的原则，并总结了桥梁施工控制网方案的设计、外业测量方法以及数据处理方法，希望对我们的实际工作起到促进效果。

关键词：GPS；桥梁施工；测量；控制网布设；

中图分类号：U445文献标识码： A 文章编号：

1、引言

随着GPS技术的发展，它在各种测量领域中的应用越来越广泛和深入，其中桥梁施工测量就是其中的一部分。相较于传统测量方法，这一技术的观测时间短、精度高、操作方便，而且可以进行全天候作业。不过虽然GPS技术具备如此多的优点，但在其应用的过程中我们依然要做好控制网的布设工作，这能够帮助我们对桥梁各部位施工放样以及桥梁后续运行的监测提供基准，是确保GPS测量的基础和前提。基于此，本文关于桥梁施工测量GPS控制网布设的应用的研究具有重要的意义。

2、GPS控制网特点

首先，GPS控制网的网型和卫星空间分布几何图形有着很大的关系，但这一控制网的精度却和网中点所形成的图形不存在相关性，和观测权的关系很小，而且和边边的角度没有任何关系，也就是说其精度主要决定于控制网中基线的权阵与个点发出的基线数目。

其次，GPS控制网的结构具有很强的层次。在我们作业的过程中，不同的作业模式及仪器类型所对应的观测值具有不同的精度，和传统控制网中的“分级施测”“逐级控制”有很大的区别，一般来说，在GPS控制网中，通过精度相同的一次扩展就能够实现密度设计要求。

第三，在GPS控制网中，不存在误差的累计，而且整体分布非常均匀。传统的控制网中，误差累计是一个重要的特点，而GPS控制网是不存在这一问题的，也就是说其各边方位以及边长的精度是可以看做大致相同的。

最后，GPS控制网的基准条件是简单易行的。GPS网观测的数据可以分为方位信息及尺度信息，从理论上看的话，我们只需要获取一个已知点坐标就可以实现GPS网的平移。

3、桥梁工程GPS控制网布设过程中要坚持的原则

在GPS控制网布设的过程中，所坚持的原则主要有效率优先、高精度性、可靠性以及经济性，以下将对其进行详细的分析。

首先，效率优先原则，所谓效率优先原则主要是指这一控制网布设的过程中，要利用效率指标对设计方案效率进行衡量，并计算整个布设方案在作业过程中所需的消耗和时间。

其次，高精度性原则，GPS控制网之所以能够在桥梁施工中获取如此广泛的应用，和其高精度性是离不开的，这也是其最大的一个优势。根据这一原则，我们在桥梁施工测量过程中要先对其控制网形进行确定，然后依据这一网型来获取设计矩阵B，进而获得其协因数阵：

Q=(BTPB)

第三，可靠性原则，GPS控制网的布设中，可靠性原则也非常重要，在实际设计的时候我们往往利用一种能够对GPS控制网可靠性进行反映的数量指标，并综合利用各种精度指标来实现控制网质量的提升。

第四，低经费性原则，在桥梁施工测量的过程中，GPS控制网的布设属于前期工程，我们要对其经费支出和观测效果进行综合考虑。一般来说，其经费的多少主要决定于控制网站点的数量以及重复设站率，假设在一台接收机观测的过程中，其平均费用为T，那么总共的费用则为：

F=TCmin。

4、桥梁施工控制网方案的设计以及外业测量方法

4.1桥梁施工控制网方案的设计

首先，我们要对自然条件和各种资料进行分析，这主要是分析桥梁地质、地形、地下水以及气象等因素对其所产生的影响，进而通过相关的措施来保证GPS控制网的质量，为其提供较强的技术保证。

其次，确定控制网精度。在这个过程中，我们一般是依照桥式和跨越结构所能接受的误差来对控制网的必要精度进行确定，当然也可以利用桥墩放样容许误差来完成这一目标。

第三，选取及建立坐标基准，首先要全面复测和校核设计文件所给的控制网，对其可行性进行仔细的检查。

第四，控制网的布设，我们可以建立具备国家统一坐标系统以及桥轴线坐标下的平面控制等，保证桥梁在这一控制网的指导之下能够有机的、精密的联系在一起，一般我们要从两个方面对控制网的布设进行考虑：

（1）平面控制，在这一控制中，我们使用一次布网方案，这能够确保网点的均匀和精度。

（2）高程控制，桥梁施工测量过程中，高程控制具有较高的要求，为了更好的满足这一点，我们主要是通过GPS定位技术和国家高程控制网结合的方式，这有利于完成GPS大地高往正常高的转换，属于国际中的研究重点，也是大部分桥梁施工测量的核心所在。

除此之外，我们之所以建立首级平面以及高程控制网，主要是为了满足桥梁勘测、施工、放样以及长期运行过程中的精度需求，所以还要对复测进行合理的加密。

4.2 外业测量方法

在这个过程中，我们严格遵循技术设计书、相关标准以及测量实施方案的要求来开展这一工作：首先，要按照规范对测量仪器进行检定，确保所有指标都符合相关标准。其次，我们一般使用静态相对定位模式这一GPS观测方式，这有利于提升数据采集的效率及精度。

5、数据处理方法

首先，在基线解算过程中所使用的处理软件为Bernese以及Gamit。对于基线解算质量的检核，我们主要从同步环闭合差以及异步环比核差等方面入手。

其次，对于平面控制网平差，我们要先对控制网三维空间坐标进行结算，并获取最弱点位中误差，进而确保坐标的精度和正确性；然后确立和转换控制网平面坐标系统。

第三，两步抗差估计GPS高程拟合，这个过程中，我们主要使用最小二乘法来对各参数进行求解，然后将这些参数带入到拟合模型之中，获取各区域中每个点的高程异常值。不过需要注意的是，最小二乘法的均摊误差比较大，如果通过大地高符合正常高所求出的高程异常存在粗差，则意味着所获取的拟合模型存在扭曲的问题，所以，为了更好地解决这一问题，可以把抗差估计引入到模型参数的估计中，这能够提升大地水准拟合模型的可靠性，具体可以分为以下结果步骤：将误差方程列出：

N+v = Aa(1)。

对最小二乘估计值进行计算，得到残差；对两步等价权函数进行选取，进而实现等价权的计算；于新权下进行迭代平差运算，则可以得到以下方程式：

X = (BTPcB)-1BTPcN(2)

6、结语

通过GPS对桥梁施工控制网进行布设具有可操作性强、精度高、周期短等特点，相对于传统的控制网建设方法具有极大的优势。不过这一工作中所涉及的内容较多，其难度都比较大，所以我们要想真正地做好这一工作，不仅需要理论方面的支持，还要结合实际工作做好实践，笔者相信，随着我们水平的不断提升，GPS技术必将在桥梁施工测量中发挥出更大的作用。

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