GPS技术在桥梁测量中的应用浅谈

(四川路桥华东建设有限责任公司， 四川 成都 610299)

前言；GPS定位系统在公路工程、公路建设、跨海、超大型桥梁工程、市政建设等方面取得了许多成功的经验，在工程建设的各个方面都起到了非常重要的作用。桥梁施工测量关系到施工质量和进度，如果熟练掌握桥梁施工测量的关键的技术部位，对提高检测的效率以及桥梁工程的整体进度和质量具有重要的意义。

1 GPS构成

GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

1.1 GPS空间由二十四颗工作卫星组成，三颗主动备份卫星在轨道上。卫星的分布使得在世界上任何时候可以观测到超过四颗卫星，以及可以储存在卫星上的导航信息。

1.2 地面控制系统由监控站、主控站、地面控制站天线等组成。负责收集卫星信息、计算卫星星历、相对距离、大气校正等数据。

1.3 用户设备部分是GPS信号接收器。它的主要功能是能够捕获卫星发射的卫星，并追踪这些卫星的运行。

2 GPS测量的技术特点

相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：

2.1 站间无连接线，所以在测量点的选择非常灵活，不需要搭建信标，也大大降低了成本。但它必须在空间站开放，以便不受干扰地接收GPS卫星信号。

2.2 GPS定位精度高。通用双频GPS接收机的基本分辨率5mm+1ppm，精度为5mm±5ppm，和GPS定位精度相当于红外精度。此外，GPS的操作不受环境和距离的限制，非常适合地形复杂和局部关键工程领域。它已被证明，相对定位精度可达12×10-6在基线小于50km上，并且可以在100 ～ 500公里的基线达到10-6 ～10-7。

2.3 观测时间很短。每个站的观测时间约为一至两小时。为了缩短观测时间，提高运行速度，采用了快速静态定位方法，观测时间仅为1～2分钟。

2.4 GPS定位技术可以实时提供三维坐标。在GPS测量中，可以准确地确定观测站的地面高程，观测站的平面位置是准确的。这种技术非常适用于线路、桥梁和隧道。可用于实时测量、中桩测量、点测量等。

2.5 GPS接收器相对稳定，可以在任何地方和所有天气下工作。在运行中测量方便，有利于及时控制网络布局。

2.6 GPS定位测量系统可自动记录数据、自动调整计算、跟踪和观测等，全部由仪器自动完成。操作简单，大大提高了工作质量和效果。

3 GPS技术的应用情况分析

3.1 GPS高程测量精度不理想，特别是在滚动地形中，GPS信号接收不理想，高程拟合只能达到四等或更小的水准精度，不能完全满足桥梁工程精度测量的要求。通常只在高精度桥梁施工高程控制网中以已知点标高作为起始点，所以在GPS高程数学方法中从一个到另一侧的地平点高程传输很难正确使用。

3.2 GPS技术在桥梁施工或变形监测中的发挥主要受以下四点的影响。

首先，施工场地条件更加多样，GPS信号接收明显受阻，干扰，使数据更少，几何更小，卫星信号较弱。

其次，在施工过程中，多径效应会降低GPS定位精度。

第三，观测时间和定位精度是矛盾的，特别是在施工干扰大和信号接收弱的情况下。

第四，桥梁GPS测量实时系统难以实现。

为了提高GPS定位测量的准确性和可靠性，可以采取以下措施。首先，选取具有有效衰减和多径效应的接收机设备;实施适当和改进的施工计划，为GPS测量控制提供更好的观测条件;结合 GPS和常规地面测量技术相辅相成;利用基于地面的伪距离观测装置，获得伪距离观测值，提高卫星的几何强度，可以提高GPS定位测量精度。

3.3 RTK采用载波相位动态实时差分法，改进了项目放样、地形测绘、低电平控制测量效率，在户外可以达到cm级实时定位精度。但当它在数字地形测绘与桥梁校准中使用时，必须加强研究以满足标准数字地图软件的要求，充分发挥 GPS系统的优势，充分体现桥梁场地地形图测绘和数字集成。

3.4 桥梁的水文测量位置主要是在场地方向和轨道测量的方向上进行测量的，并对水面浮筒的动态线和过往船的位置进行了跟踪。目前使用动态GPS技术跟踪确定表面浮标的位置,还有一个探测器,以及如何使用 GPS浮标,如何计算船舶的最佳距离和探测器，每个站只能跟踪一个浮标，因此有必要采取有效措施尽快解决浮标的低效率问题。

3.5 桥梁的测量与测绘受到交通干扰比较大、有很多的地物、测绘范围比较小、而且要求更高的精度。由于GPS的缺乏，GPS技术在卫星信号减弱或受阻时无法正常运行。经过大量的工程实践，GPS测量控制技术需要与传统的地面测量技术相结合，因此不能完全替代它。

3.6 在控制测量中的具体应用

根据桥梁本身的特点，桥梁施工控制网的范围一般较大。规模巨大，海面辽阔，潮汐影响，中央航道没有控制点。如果传统方法不能保证结果的准确性，就需要采用GPS定位技术的静态定位方法来测量桥梁控制网。这种测量方法是通过在每个移动站上对GPS接收机进行静态观测。在观测过程中，GPS接收机可以同时接收基站和卫星的同步观测数据，对模糊度和用户站的三维坐标进行实时计算，如果变化结果趋于稳定，精度达到设计要求，可以实时观察到目的地。一般应用于控制测量，如控制网络加密；常规测量方法，如全站仪的使用，受客观因素的影响，在自然条件下难以实现相对较差的地区，如果采用RTK技术可以起到事半功倍的效果。

4 结束语

目前高速公路桥梁施工技术和施工测量技术越来越先进，可以覆盖公路桥梁的测量(包括平面、垂直、水平)、施工放样、监测、测量完成、维修措施、GIS前端数据采集。这将是未来桥梁工程测量发展的主要方向。随着GPS定位技术的快速发展，它也为高速公路和桥梁控制测量提供了更先进、更有效的测量手段。目前的GPS相对定位测量技术可以应用于桥梁控制测量工作的高度，不仅能极大地促进GPS技术过程的发展，同时对公路桥梁建设和控制措施的发展具有重要意义。

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