道桥施工测量放样中的GPS应用

陈鑫

摘要：GPS相对定位技术已经在测绘、交通、城建、国土资源管理等各个领域得到了广泛的应用。它的平面相对定位精度已经完全能够满足工程的需要。结合GPS定位测量的各种优点，将GPS相对定位技术引入道路桥梁控制网的测量和基础放样，无论对GPS技术本身的发展还是对道路桥梁测量控制都具有极为重要的意义。

关键词：道桥施工测量 GPS

中图分类号：O434文献标识码： A

一、什么是GPS

全球卫星定位系统(GPS)是NAVSTAR/GPS (Navigation System Timing andRanging/Global Positioning System-NAVSTAR/GPS授时与测距系统/全球定位系统)的简称。它是美国军方为克服其海军导航系统(NNSS -Navy NavigationSatellite System)的定位精度低、观测时间长、不能实时定位等缺点而于1973年开始研制的新一代卫星导航系统。全球定位系统(GPS)不仅具有全球性、全天候、连续的三维测速、导航及高精度定位与授时能力等优点，而且具有良好的抗干扰性和保密性，被视为是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。

二、GPS优点

1、定位精度高

实践证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6, 100-500km可达10-7,1000km可达10-9。在小范围的精密工程定位中，1小时以上的定位精度其平面位置误差小于1 mm，与高精度ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm 。

2、观测时间短

随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，定位速度有很大提高，对于中长基线其相对静态定位仅需15-20分钟;快速静态相对定位时间只需1-2分钟。

3、测站间无须通视

GPS测量只需对天开阔，不要求测站之间互相通视，可节省大量造标费用。由于无需点间通视，点位位置布设较为灵活，根据需要可稀可密。

4、可提供三维坐标

常规测量将平面与高程分开，采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。

5、操作简便，自动化程度高

随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高;接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻了测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。

6、全天候

GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。

三、道路桥梁控制网的特点

道路桥梁施工控制网建网的主要目的是:精确地放样道路桥梁墩台的位置及其跨越结构的各个部分，以保证实现道路桥梁的设计跨度和线形及其与两侧道路的正确连接，并依据控制网随时监测道路桥梁在施工过程中的构造变形和检查已竣工建筑物的施工质量，因此道路桥梁控制网是道路桥梁施工放样、结构变形监测和质量检查的基准。

1、控制范围小，点位密度大，精度要求高。

道路桥梁施工的区域一般在几平方公里到几十平方公里，道路桥梁平面控制网的布测范围一般纵向在0.2~10.0km，横向在0.1~2.0km。由于在这样一个小范围内，需要进行桥墩基础、承台、塔柱、梁等构筑物的建设，因此需要有较稠密的控制点，以满足施工期的放样工作需要。

2、控制点使用频繁。

从施工初期到竣工验收的施工全过程，道路桥梁施工控制点反复使用可达几十次之多，从轴线的放样，墩台基础的开挖及浇筑升高，到上部结构的安装，通常都直接依据控制点进行。这样一来，布设控制网时，就应考虑点位的稳定性，使用的方便性，以及施工期间保存的可能性等问题，并做好护桩工作及经常性检查工作。

3、受施工干扰大。

施工现场工种多，交叉作业，车来人往，妨碍了控制点间的相互通视。因此，测量工作要按计划进行，抓住有利时机迅速作业，注意人员和仪器设备的安全。控制点应分布恰当，适当加密，供放样时选择使用。

4、道路桥梁控制网的平面控制通常分两级布设。

第一级控制网主要控制桥的轴线;施工中，为了满足放样每个桥墩的需要，在第一级下需要加密一定数量的加密点，构成第二级控制。由于放样桥墩的精度要求较高，故加密控制网的精度也应满足施工放样的精度要求

5、道路桥梁高程控制网，主要是提供施工时高程系统统一的控制点，使两端线路高程准确衔接，同时为满足高程放样高度的需要服务。

四、道路桥梁控制网的布设方法

1、平面控制网的布设

在布网方法上，道路桥梁平面控制网可以按照常规地面测量方法布设，也可以采用GPS技术布网。

常规方法布设时基本网形一般布设成三角形和四边形，并以跨江正桥部分为主。应用较多的有双三角形。大地四边形、双大地四边形以及三角形与四边形结合的多边形。按观测要素不同，道路桥梁控制网可布设成测角网、边角网、精密导线网等。

1)测角网

过去由于测距技术的落后，只观测控制网的水平角，称为测角网。为了达到高精度，一般要提高测角的精度。另外由于测角网中至少应有一条起算边，为了检核，通常每岸各设一条高精度基线，过去常采用高精度的因瓦线尺丈量;现在可采用高精度的测距仪、全站仪测量。随着电子技术的发展，测距仪、全站仪的使用已相当普及，而且可以以较少的工作量获取相对高的精度，可以布设成测边网和边角网，因此测角网目前在道路桥梁控制中己不多见。

2)测边网和边角网

由于全站仪将测边与钡J角集于一体，所以采用全站仪布设成边角网已获得普遍应用。现有高精度的全站仪测角精度可达0.5"、1"、2"级，测距精度一般为1mm+1ppm*s, 2mm+1ppm*s等，二者配合可以达到较高的精度，满足很多工程的需要。边角网一般采用边角全测、或者观测部分角度或边长。但一般应观测三条以上边，其中一条最好是桥轴线，另外两岸布设各一条。

3)精密导线网

道路桥梁控制网除了采用三角网和边角网的形式外，还可选择布设精密导线的方案。例如，在河流两岸的桥轴线上各设立一个控制点，并在桥轴线上、下游沿岸布设最有利交会桥墩的精密导线点，同时增加上下游过江测距，使导线闭合于桥轴线上的控制点。这种布网形式图形简单，可避免远点交会桥墩时交会精度差的情况。也不需要增加节点和插入点，因此简化了道路桥梁控制网的测量工作，但其只适用于中小道路桥梁，对于大型道路桥梁最好采用三角网形式。

4)加密点

一些跨江的大型道路桥梁，由于桥长较长，平面控制网的边长要满足一定的要求，主网点往往不能满足交会墩位的需要，这样在布设主网时，应考虑增设加密点。加密点可采用插入点形式，一般由三个或四个方向交会测定，为保证插入点的精度，在主网中点和插入点都要设站观测，同时插入点的测量要以主网相同的精度进行。当插入点位于两岸主网的一条边上时，称为节点，节点只需测量它到主网桥轴线上的控制点间的距离，即可被确定。加密控制点的设立，可以使施工时交会墩台中心观测边长缩短，交会图形更为合理，减少交会定点误差，为经常性交会放样提供方便的控制点。

5)引桥控制网

大桥、特大桥正桥两端一般都通过引桥与线路衔接，因此在正桥控制网下需布设引桥控制网(附网)。引桥的控制主要是桥轴线方向和长度的控制及分段长度控制。由于引桥一般为简支梁结构，桥跨较小，多在陆地上，墩位可以多个直接测定，故控制网的精度可略低于主网。其布设形式可采用三角锁、精密导线或两者的混合形式。并在布设主网时同时布设。布设时路线交点必须是附网中的一个控制点，其余曲线主点最好也纳入网中。

2、高程控制网的布设

高程控制网的建立通常方法是水准测量和测距三角高程测量。高程控制网的主要形式是水准网。按工程测量技术规范规定:水准测量分为一、二、三等。道路桥梁本身的施工水准网要求较高的精度施测，因为它直接影响道路桥梁各部分高程放样的相对精度，所以当桥长在300m以上时，应采用二等水准测量的精度，当桥长在1000m以上时，两岸的水准联测(即跨河水准)即需要采用一等水准测量的精度(这是因为道路桥梁的垂直位移观测日趋重要，需要这样高精度的高程控制点)。桥长在300m以下时，施工水准测量可采用三等。道路桥梁水准点还要与线路水准点联测成一个系统，联测精度可以比施工放样低一至二个等级。

道路桥梁高程控制点由基本水准点组成，基本水准点既为道路桥梁高程施工放样之用，也为道路桥梁墩台变形观测使用。因此基本水准点应选择在地质条件好、地基稳定处。正桥两岸桥头附近都应设置基本水准点，当引桥长于1 km时，在引桥的始站或终端应建立基本水准点，基本水准点的标石应力求坚实稳定。

五、GPS控制网的施测

1、GPS仪器的选择与检验

GPS仪器的型号多样，精度、性能各不相同。选择什么样的接收机作业应按网的精度要求来定，不同等级的网GPS接收机的选择按下列规范规定执行。

对于选定的接收机在参加作业之前，首先应对其性能与可靠性进行检验，合格后才可使用。GPS接收机的检验全面检验包括:一般检视、通电检验、试测检验。

2 、GPS控制网的外业实施

GPS控制网测量的外业实施主要包括控制点的选点埋石、外业观测、观测成果的外业检核等工作。

1）选点埋石

根据前述的选点原则与设计的网形进行选点。为了保持点位，便以长期利用GPS点的结果，GPS点应设置具有中心标志的标石，以精确标定点位。点的标志与标石必须稳定、坚固，以利于长久保存与利用。对于大型道路桥梁，建设周期长，使用频繁，为了提高GPS测量的精度，减少对中误差，方便使用，一般建造强制对中观测墩。

2）GPS测量的作业模式选取

随着GPS技术的快速发展，出现了多种确定两点间的相对位置的作业方法，也称作业模式。不同的作业模式因作业方法和观测时间不同，具有不同的应用范围。目前普遍使用的作业模式主要有:静态相对定位、快速相对静态定位、准动态相对定位和动态相对定位。但对于GPS控制网而言，只能采用静态相对定位、快速相对静态定位。

静态相对定位模式是将两台或多台GPS接收机分别安置在一条或多条基线的两端，同步观测4颗以上卫星，观测时间在45分钟以上。采用这种方法其基线相对定位精度可达5mm+1ppm*s， s为基线长度。采用这种方法作业时，使观测基线构成一系列的闭合环，用于外业检核，因此其观测精度与可靠性较高。主要应用于全国性或国家级大地控制网的建立、地壳运动或工程变形监测网的建立、精密工程控制网的建立等。

3、观测数据的处理

1）基线解算

外业基线解算一般采用相位观测值双差分技术，利用随机软件直接利用广播星历解算。主要目的是为了外业的基线检核。

2）观测成果的外业检核

GPS外业观测成果的检核是确保外业观测质量、提高观测精度的重要环节。一般将每天的观测数据及时下载到计算机，然后用随机软件进行基线解算，进行同步环、独立环等的外业数据检核，发现不合格的数据，根据情况及时重测或补测。

结语：

随着我国经济的快速发展，道路桥梁的建设更是迈入了一个新的历史性阶段。测绘在这些道路桥梁的建设中更是发挥了重要的作用。然而随着道路桥梁建设技术以及施工工艺越来越先进，道桥建设地点周围的地理环境又极为复杂，传统经典的测量手段已经很难满足道路桥梁建设的需要。GPS技术的迅速发展，为GPS测量在道路桥梁控制测量中提供了广阔的应用前景。将GPS相对定位技术应用于道路桥梁的控制测量中，不仅极大的推动了GPS技术本身的发展，而且对道路桥梁的控制测量也具有极大的意义。

参考文献：

[1]王守彬. GPS在公路桥梁施工控制测量中的应用[J].中国公路学报.2001 ,1( 3) :93一94.

[2]田金桥.浅谈公路桥梁施工控制测量中GPS的应用[J].民营科技.2010 ,1( 3) :73一73.