基于GPS-RTK技术的桥梁监控应用研究

2021-03-05赵建

运输经理世界 2021年3期

赵建

（苏交科集团股份有限公司，江苏南京210000）

0 引言

现阶段，社会对于交通运输的需求日益增长。为满足社会需求，我国陆路运输交通网得到快速发展，桥梁成为陆路运输交通网的重要基础设施。为保障桥梁的施工质量，引入各类先进技术手段，对桥梁工程质量进行监控分析，及时发现桥梁施工中存在的各类问题，保障桥梁施工质量，为后续桥梁的正常使用提供重要支持。

1 桥梁控制测量的主要内容

1.1 桥梁控制网

相比较常规测量工程中的控制网来说，桥梁控制网具有范围小、密度大、精度要求较高等特点。通常情况下，实际桥梁控制网纵向范围处于0.2～10km 以内，横向范围则处于0.1～2.0km 以内。想要在此控制网内对承台、桥墩、梁体等各类关键构件施工进行实时监控，就必须要布设更为密集的监测点[1]。

此外，从全项目周期角度来看，桥梁控制网中的控制点需要发挥轴线放样监控、墩台基础开挖监控、桥梁梁体安装监控等多方面作用。也就是说，桥梁控制网中的控制点大多需要重复使用，所以在具体控制点布设过程中不仅需要考虑控制点的稳定性和精准性，还需要对使用中的便利性进行考虑分析。控制点布设完成后，还需要做好控制点的护桩工作，并安排专人定期对控制点精准性和稳定性进行检查分析，保障控制点的应用成效。

1.2 布置控制网

桥梁控制网的布置质量将会直接影响到桥梁工程施工的整体精度及可靠性，所以必须提高相关重视。结合实际情况来看，桥梁控制网的布置应从精度、灵敏度、可靠性以及经济性等方面进行综合考虑。其中精度是对控制网中监控点布设精准程度的有效描述；灵敏度是指在给定显著水平和检验功效条件下，对所获取的桥梁某方面变形介质进行统计检验，进而分析桥梁变形监测质量；可靠性是指在给定显著水平下，监测点对桥梁监控中粗差发现能力和抵抗能力；经济性则是指监测过程中可能会产生的经济费用。在具体控制网布置过程中，应对上述四种指标进行充分考虑，进而设计出一种经济性、精度、灵敏度以及可靠性均相对较高的桥梁控制网布置方法，降低施工成本的同时，提高桥梁监控效果。

1.3 控制网施测

一直以来，传统的桥梁控制网多是采用三角测量法进行具体桥梁监控活动，而随着科学技术的持续发展，如今GPS 技术已经成为桥梁控制网施测过程中的常用技术，并促使如导线网、边角网、测边网等各类控制网构建方式开始得到普及应用。结合当前实际来看，想要有效控制桥梁控制网的应用效果，促使桥梁施工达成预期目标，应根据桥梁实际，合理选择测距方式[2]。现阶段，多数特大型新型桥梁工程在实施监测控制时都引入了测边网方式，相对于传统三角测量法来说，此种方式虽然监控效果更为优秀，但受限于桥梁的线性特征，实际桥梁横纵比例存在较为严重失调，使得测边网监控方式在应用过程中难以有效保障横向测量精度。因此，对于高精度大型桥梁，应优先采用全测边部分测角边角网方式进行控制网施测。

2 GPS 技术及GPS-RTK 技术

2.1 GPS 技术

GPS 技术可以细化为GPS 静态相对定位测量技术和GPS 实时动态差分定位测量技术两种。其中GPS静态相对定位测量技术在桥梁监控领域的应用起步时间相对较早，并在应用中表现出优于三角测量法的监控精度和测量效率。现如今，GPS 静态相对定位测量技术已经广泛应用到桥梁工程平面控制测量、桥梁变形监测等多个领域，并在应用中有效解决传统三角测量法无法长距离施工监测定位等问题；GPS 实时动态差分定位测量技术可以通过安装在运动载体上的GPS 信号接收器和设置在基准站上的GPS 信号接收器来实现对GPS 卫星定位的同步跟踪，进而对所采集到的数据信息进行差分处理，获取到运动载体的实际运行轨迹。结合实际情况来看，GPS 实时动态差分定位测量技术可以与数字回声探测技术相互配合，进而更为快速地获取水域水下地形图，解决传统技术水下地形图绘制难的问题。

2.2 GPS-RTK 定位测量技术

RTK 技术作为一种新型GPS 测量方法，其应用了载波相位动态实时差分的方法，可以在野外应用过程中将测量精度控制在厘米级，无须进行后续计算分析。在桥梁监控领域中，RTK 技术的应用则可以解决超长距离施工定位问题，并有效提高桥梁监控精度。相对于GPS 技术来说，RTK 技术能够实现自动化测量，可以有效减少施工测量中人力需求，提高测量精度和测量效率。

3 GPS-RTK 技术在桥梁监控中的应用

3.1 桥梁控制网设计

3.1.1 精度设计

基于桥梁项目的实际要求，合理确定桥梁控制网的控制精度级别。通常情况下，为保障桥梁工程的施工质量，实际桥梁控制网所选定的控制精度越高越好，尤其是针对高精度大型桥梁工程来说，更需要尽可能选择高精度测量级别。以大型桥梁桥墩精度控制为例，其控制网通常要求桥墩中心与桥梁轴线方向偏差应控制在±2.0cm 以内，具体计算过程中所获取到的定位点误差则应控制在±8mm 以内，此标准与C级GPS-RTK 控制网精度基本一致，所以在桥梁控制网精度设计中可以选用GPS-RTK 中的C 级控制网作为桥梁控制网精度控制级别[3]。

3.1.2 基准设计

在进行基准设计时，应将现有的地面坐标系数据信息与GPS-RTK 测量中所获取到的测量数据进行匹配重合，进而从桥梁控制网中合理选择控制点，将控制点转化为地面坐标系参数，为后续GPS-RTK 定位测量技术的进一步应用提供重要支持。此外，为保障GPS-RTK 技术的应用成效，还需要对过往之间信息进行充分分析考虑，并保持资料的连续性，避免过往资料有效性下降，解决地面坐标线起算点不兼容问题。

3.1.3 网型设计

现阶段，常用的GPS-RTK 桥梁控制网主要分为跟踪站式、多基准式、会战式、单基准站式、同步图形拓展式等形式。在进行桥梁控制网的网型设计时，工作人员还可在上述各种形式的GPS-RKT 桥梁控制网型式中融入三角网形式，进而促使所设计的桥梁控制网的独立环和附和路线坐标闭合差满足现有规范标准实际要求。

3.2 桥梁控制网的布置

由于GPS-RTK 定位测量技术在应用过程中会受到工作环境、卫星状况等因素的影响，所以为能够有效营造出更好的工作环境，降低测量干扰，应在测量过程中减少周边信号源的存在，确保信号接收器能够正常接收信号，保障信号传输正常。同时，还需要将监控点布设在开阔地带，并要求监控点周边区域不存在障碍物。再次，还需要在进行桥梁控制网布置过程中对多路径效应进行充分考虑，即要求控制点周边区域不存在强反射面，并要远离高压线等电磁干扰区域。最后，在进行具体监控点布置时，还要避免使用支点，保障监控点的稳固性和使用便利性，多维度保障桥梁控制网的应用成效。

3.3 桥梁控制网的施测

3.3.1 GPS-RTK 设备选择

在进行GPS-RTK 设备选择时，应根据桥梁控制网的精度级别要求合理进行，并在GPS-RTK 设备应用前，对所有设备的性能、精度及使用可靠性进行全面检验，避免施工过程中因设备精度问题导致测量数据精度受到影响。通常情况下，GPS-RTK 设备检验主要采用一般检验、通电检验、实测检验等流程，为保障测量数据精度，必须要对相关内容进行着重关注。

3.3.2 外业实测

根据桥梁网点布置的相关要求，合理选择埋设标志石，确保标志石的长期重复利用。具体来说，应在GPS 点位置布设必要的重心标志石，并保障标志石的稳固性，尤其是针对施工周期相对较长的大型桥梁来说，其GPS-RTK 监测点使用更为频繁，所以为保障测量的精准性，可以选择施工强制中对观测墩来作为桥梁控制网的基准中心点。

3.3.3 外业作业模式

随着GPS-RTK 技术的持续发展，如今两点之间定位技术也形成了诸多技术方法，进而衍生出多种外业作业模式，并且不同的作业模式在观测时间、作业方式以及应用范围上也存在一定差异。现阶段，常用的外业作业模式主要包括静态相对定位、动态定位、快速相对静态定位等，由于桥梁控制网对于GPS 控制网的精度要求相对不高，所以无须选用观测时间较长的静态相对定位外业作业模式，可以选用快速静态定位外业作业模式来达成外业监控效果。

3.4 数据处理

GPS-RTK 技术的数据处理主要包括基线解算和外业检核两部分内容。其中基线解算通常选用相对观测值双差分技术，配合随机软件应用广播星历进行具体外业基线解算；外业检核则是对每天上传到系统中的外业作业数据通过随机软件进行基线解算，检核外业作业数据的有效性，对于不合格数据进行剔除，并要求外业作业人员进行重新观测和补测，保障外业作业质量。