GPS技术在桥梁测量控制中的应用探究

甘善文 张虎

摘要 当前桥梁建设对测量控制要求极高，传统的测绘方式已经无法满足建造的需要，应当引进GPS技术，应用于桥梁设计阶段的数据采集，施工过程及运营阶段的实时监测，获取更加精确和完整的信息，为桥梁的顺利建造提供技术保障。

关键词 GPS；桥梁；测量

引言

随着我国经济的迅速发展，尤其是商业贸易的迅速繁荣，对物流的效率要求越来越高，也就对交通运输行业发展提出了新的更高的要求。自从金融危机以来，我国提出了扩大内需的政策，对交通方面的基础设施建设投入了非常大的力度。由于我国国土面积大，地势情况极其复杂，多大山大河，给道路建设造成了很大的困难。无论是跨越大河还是大山，建造桥梁成为道路建设中的普遍工程。路桥在公路建设中发挥着愈发重要的作用，积极地做好路桥工程，已经成为公路建设者突破自然地理环境限制，所采取的最为重要的一项措施。由于道路桥梁建设的难度越来越大，传统的桥梁建造技术已经很难满足新时期复杂地理环境下桥梁建设的需要。

在桥梁建设工程中，测绘是一切活动的基础。无论是桥梁的设计还是施工的过程，都要以测量的数据为依据，由于现在越来越多的跨海大桥，跨河大桥等施工难度极大，地势环境复杂，传统的人工實地测绘方式很难展开工作，即使勉强展开实地测绘，也有很多必要的数据无法采集，或是数据采集精度不能满足工程建设的需要。因此必须要引进更加先进的测绘工具，首选的就是GPS技术。随着卫星技术的迅速发展，以之为基础的GPS技术由于其测量数据精确，可以轻松应对复杂地理条件等优势，已经日益广泛的运用到民用工程领域。因此，将GPS技术引入桥梁测绘工作中，是一项有益且有效的尝试。下面笔者就GPS技术在桥梁测绘中的应用提出自己的认识。

一、GPS原理及应用现状

1、GPS 技术简介

GPS中文名称为全球定位系统，是美国军队研制的卫星导航系统。他利用发送到太空的卫星对地面目标进行定位，并获取各类地理信息数据，经综合处理后根据用户的需要向用户提供定位，成像等服务。该系统可以不受天气，地貌等不利因素的影响，全天候不间断地对地面目标进行定位和三维成像。

2、GPS 技术原理

GPS 系统是由24颗分布于地球表面的人造卫星为基础，这些卫星分布在相距60°的轨道上对地表信息进行实时的监控，再把每颗卫星采集到的数据传回地面控制中心，集中在一起，通过计算得出三维位置以及方向等信息。（如图1所示）

GPS 技术在桥梁测绘方面的应用，主要表现在两个方面，一是静态的通过GPS技术提供的测量技术获取的数据，确定地面目标的位置，大小，三维坐标等信息。二是动态的通过卫星系统，把测得的数据做成与实体物等大的数字模型，然后实地放样在地面上，从而指引地面施工。下面从两方面着手，探讨其基本原理。

1）单点定位。

单点定位就是以地球为参考点，确定目标物在地球表面的具体位置。由于只需要确定目标物在地球上的点，所以整个定位过程只需要一颗卫星。因此，又叫做绝对定位。这种定位方式检测较为方便并且可以在很短的时间就完成对目标物的定位。但是由于时间少及所调动的卫星数量少，导致定位精度较低、误差较大。

2）立体定位。

立体定位就是动用多颗卫星，对目标物的详细情况进行测量，它需要以地球为参照物，利用不同位置的卫星获取目标物不同方位的数据，综合成像。这种方式动用的卫星多，采集的数据较为复杂，计算难度大，因此步骤较繁琐，定位速度较慢。但是这种方法测量出来的数值相对较为准确。

二、桥梁建设中的测量技术

1、设计阶段的测量

桥梁的设计需要以实地测量数据作为基础，只有详细掌握施工地的详细地理地貌，才能具体了解到所建桥梁的大小，跨度，基座，力学设计等信息，从而合理地设计出桥梁。

2、建设阶段的测量

施工阶段的测量工作首先要根据地形、工程性质以及施工组织与计划等，将设计好的桥梁模型“安放”在施工地，引导施工工作的进行，及时纠正施工过程中可能出现的偏差。此外还要对桥梁建造的整个过程中的施工质量、变形情况以及设备的运行进行监控。

3、运营阶段的监测

桥梁建造好投入使用后，在运营期间，任然需要对其进行实时监控，以保证桥梁运营的安全。要实时监控桥梁运行中地表受力状况，形变程度，建筑体本身的状况等各项数据，综合考量，评估桥梁是否在安全可控的范围内。此外，为了对桥梁进行有效的管理、维护和日后改、扩建的需要，还应建立工程信息监测系统。

三、GPS技术在桥梁测量控制中的应用

1、GPS技术应用于桥梁测量的优势

1）操作简单、效率高

GPS 技术是自动化操作的，工作人员只是需要安装调试好接收设备，向卫星提供需要测量的目标位置的大致坐标即可，具体的测量，数据的取得以及数据的处理都是卫星和计算机终端自动完成的。不需要人力去操作。这一方面降低了人力资源成本，另一方面避免了人工操作中可能会产生的错误。

2）数据更加精确

传统的人工测量需要人力手持仪器实地勘测，增加了测量过程中的不确定性。而利用GPS技术进行测量采用的是大分辨率的卫星，测量的数据更加精确也更加全面，同时运用计算机自动进行计算，整个过程无需人员参与，计算结果也更加准确。

3）受外部影响较小。

利用传统方式进行测绘时，地理特征，气候等的变化都会对测量工组有所阻碍，导致测量工作无法展开或是无法得到准确的数据。而利用GPS技术进行测量，由于卫星处在对流层以上的空间，采用的是无线电等方式传送数据，因此它不会受天气、气候、温度、地势等影响，可以连续工作。这样既不会浪费大量的人力，又可以迅速完成测量工作。

2、GPS技术在桥梁测量中的应用

1）设计阶段的应用

可以实现室内设计作业，尤其是对大型桥梁工程，可以进行分部分开展设计工作，由于通过GPS获取的信息一是全方位的，二是各点都有详细的坐标，因此在大型桥梁的施工时，利用传统测绘技术很难整体进行设计，而分解设计又很难将成果无误差的组合在一起。而利用GPS数据进行设计可以进行实时动态测量，构成碎部点的数据由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，在室内即可由绘图软件成图，而且采集速度快，可以大大降低测图的难度，既省时又省力。

2）施工阶段的应用，

利用GPS技术可以实时监测施工的具体情况，再与设计稿进行对比。其实就是将设计稿制作成虚拟的三维模型安放在施工现场，这样一来，施工的情况是否与设计完全吻合，以及施工对现场造成了什么影响，是否要调整等等问题就会一目了然了。

3、仍然存在的问题

1）GPS测量的精度不够理想

大型桥梁尤其是跨越山谷的大型桥梁，施工难度极大，技术要求极高，这就要求测量数据一定要十分准确，而当地形复杂，地势起伏大时，GPS信号接收效果不理想，测量数据会存在一定误差，无法满足桥梁工程精密测量的要求。因此有必要加强技术研发，提高克服复杂地形条件的能力。

2）函数处理复杂，容易产生

与类似的测绘手段比较来看，GPS 定位系统所需要运用的函数关系较为复杂，由卫星、信号传递过程以及接收机中造成的误差难以避免，针对这种现象，工作人员要仔细处理好每一个可能造成误差的环节，才能保证最终计算结果与理论数据相近。

结语

桥梁建设对测绘技术要求越来越高，传统的测绘方式已经无法满足当前桥梁建设的需要，因此，要引进GPS技术，用于前期数据采集和对施工进行指引，确保桥梁建设的顺利进行。

参考文献：

[1]周伟平，GPS 技术在公路桥梁测量中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012（5）.

[2]CJJ /T 73-2010，全球定位系统城市测量技术规程[S]