GPS测量技术在路桥工程测量中的应用与发展趋势

王 继

（菏泽市公路规划设计院，山东 菏泽 274000）

0 引言

新形势下，城市化建设步伐不断加快，道路桥梁的建设数量也在不断攀升。路桥工程测量属于路桥设计及施工的关键环节，但是测量工作受到外界环境的影响较大，传统定位和传统测量技术已经无法满足路桥工程建设的要求。在科学技术的推动和发展下，GPS技术在路桥工程测量中的应用日益广泛，其不仅可以满足现代化路桥建设施工测量要求，还能提升路桥施工建设测量数据的精准程度，提升测量效率，从而提升路桥项目建设的整体质量[1]。本文针对GPS测量技术在路桥工程项目测量中的应用和发展趋势进行分析。

1 GPS测量技术在路桥工程测量中的应用优势与目的

1.1 GPS测量技术的应用优势

1.1.1 不受时间和地点限制

在路桥工程测量中，与传统的测量手段相比，GPS测量技术能够摆脱路桥工程测量在空间和时间方面的局限，主要是因为目前卫星系统基本已经覆盖了全球各个地域，使得GPS测量技术能够适应不同的测量需求，可以在任意时间进行定位和应用。

1.1.2 不受天气因素影响

在路桥工程测量中，与其它测量技术相比较而言，GPS测量技术可以使路桥工程测量工作不受天气因素的限制。即便在恶劣的天气状况下，GPS测量技术也可精准地进行位置确定，确保测量工作的顺利进行。

1.1.3 具备实时定位功能

开展路桥测量工作的过程中，相对于其他技术手段来说，GPS测量技术的应用能够随时随地对所处区域的具体位置进行定位。比如实际定位测量中，如果使用的是子午卫星系统，通常需要较长的时间才能确定用户所处的具体位置。但是应用GPS测量技术以后，则能够短时间内完成定位，并及时将定位结果反馈给技术人员，方便工作人员的观测，应用的时效性显著[2]。

1.1.4 无需开展通视操作

路桥项目在施工过程中，如果需要进行测量，通常情况下会安排专业的员工利用传统技术手段，实现点对点的通视操作后才能进行测量，再依据工程建设情况开展实际测量。但是通过GPS测量技术的应用，可省略点对点通视，只需要保证每一个测量点可正常接收卫星信号，便能够实现定位并开展测量。以此可知，GPS测量技术不但能够有效加快测量的速度，实现成本的节约，还可以有效提升测量的质量和效率。

1.2 GPS测量技术的应用目的

GPS测量技术应用于路桥工程测量时，通常会从静态和动态两个维度进行应用。动态应用，主要是在卫星系统的支持下完成测量，GPS的动态功能能够利用地面进行放样，及时搜集工程测量中所需的数据资料，从而为三维坐标的确定奠定基础。静态功能，应用的基础是卫星信息，可有效的对测量位置的三维坐标进行确定。因此，在具体应用过程中，技术人员要以工程项目的实际情况为基础，根据路桥项目的具体测量需求进行动态和静态方式的选择[3]。

1.2.1 进行控制测量

通常情况下，在路桥项目测量工作中使用GPS技术时，技术人员需要对工程项目的具体状况进行科学分析，确定测量过程是动态方式还是静态方式。若建设的路桥工程规模较大，在进行工程测量时，需要先构建出完善的控制网络，并保证其具有较高的精密度。在对工程项目开展测量的过程中，技术人员要优先选择静态方法[4]。与之相反，若是建设的路桥工程为一般的路桥项目，并且工程项目对于测量的精度要求不高，那么技术人员可以选择动态方式。在GPS测量技术应用过程中，技术人员要全面分析测量数据信息的时效性，从而保证测量的精准度。因此在实际测量工作中，技术人员一旦获取与工程项目实际精度要求相符的数据以后，就可以终止测量。控制测量的原理见图1所示。

图1 GPS测量技术控制测量原理

1.2.2 测绘大比例尺地图

开展路桥工程施工建设的过程中，编制地形图十分关键。施工人员在编制地形图时，必须与路桥工程建设实际情况相结合，确定编制方法和合适的比例。传统的测量方式不仅需要投入大量的资金及人力，而且工作量也比较大，最终也无法保证项目测量的精准度。而将GPS技术应用于工程项目测量中，不仅能够实时的获取所需的数据信息，而且能减少工作量，提高测量效率。比如，大比例尺地图测绘过程中，要对工程沿线区域进行测量，GPS测量技术的停留时间通常为1～2min，在这停留时间内，能够及时获取观测点的数据参数，并对其属性进行分析，确定其位置特征，从而绘制出完善的地形图[5]。

2 GPS测量技术的应用实例

路桥工程施工建设中，GPS测量技术发挥了关键性作用，可以促进道路桥梁施工技术水平的提升，满足道路桥梁施工发展需求。比如，某路桥项目路线全长约32.45km，道路红线宽50m，双向6车道。全线共新建立交3座，桥梁8座，隧道3座，下穿通道1座，过路通道涵4道，排水涵洞14道，结合相关规划沿线设置雨水、污水、照明等市政管线。为保障施工质量，采取GPS技术进行测量。

2.1 建立GPS平面控制网

依据国家D级GPS网布设的要求，必须确保控制网平面控制精准度。依据国家D级GPS网布设情况，一级导线以加密形式干预，该项目地形图绘制中比例尺应为1∶500，在高级控制点位置闭合。进行GPS控制点布设时，共计设置18个控制点，其中9个点对，彼此相邻点之间的距离为3km，对4个国家控制点进行联测，已知的4个点参与平差，具体见图2。

图2 GPS控制网示意图

2.2 埋设点位标志

以不锈钢制造GPS标志，应用C30混凝土，在坚硬的岩石上埋设，应用埋置钢筋混凝土桩的形式在无岩石低端干预，具体见图3所示。

“是的！”高个子外星人开心地转了一圈，“我很喜欢现在的样子，当然我也不会忘记‘人’的感觉。怎么样，你也要留下来了吧？”

图3 GPS标志示意图

2.3 开展外业观测

该测量项目中，应用双频GPS接收机进行观测，其型号为AshtechZ-12，数量共计8台。开展GPS控制网的干预，选择静态观测方式，观测时长为45～90min，主要的观测技术参数见表1所示。

表1 GPS观测基本技术参数

2.4 完成基线计算

以随机软件对数据进行预处理，其中共计30个闭合环，6个同步环，24个异步环。这些同步闭合环之中，相对误差值在1.6～2.4ppm之间，异步环之中，1.8～6.1ppm，应用GPS ADJ对平差计算网的平差进行计算，应用平面坐标系统（国家统一标准）测量线路，计算过程中，对具有显著问题的基线开展计算，平差约束选择国家级4点方式开展。三维无约束平差WGS-84坐标系中，0.16～0.59cm均为三维基线平均相对误差水平，0.01～0.29cm为二维平差之中的误差水平；0.1810～2.1187为高程拟合RMS，第三及第四水准测量精准度指标必须与精度指标适应。采用平差计算后显示，GPS控制网精度高达4等GPS网点精准度要求，其与线路测量需求相适应。

3 GPS测量技术在路桥工程测量中的发展趋势

目前，GPS测量技术在路桥工程测量中得到了很好的应用，也取得了良好的效果，为路桥工程施工质量提供了有力的保障。但是，随着越来越多的路桥工程所处环境更复杂、施工难度更大、质量要求更高，对GPS测量技术也提出了更高的要求，促使GPS测量技术在动态定位模式测量和静态定位模式测量两方面不断发展发展。

3.1 动态定位模式测量发展趋势

我国线路勘测中，目前极少应用动态GPS定位技术，但这会成为路桥工程测量发展的重要趋势，也就是说，今后在线路勘测中会越来越多地应用动态GPS定位技术，并将不断提升动态GPS定位技术的勘测水准。分析动态GPS定位技术，主要从两个角度体现其应用前景。

3.1.1 整合常规全站仪与RTK技术

RTK（Real Time Kinematic）技术就是载波相位差分技术，是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。RTK技术测量的精准度非常高，具有定点速度快、误差不积累、节省人力等特点。常规全站仪设站灵活，操作简单，自动记录，自动计算，但受地形和人为因素影响大。整合常规全站仪与RTK技术，在RTK技术的支撑下，将进一步促进常规全站仪观测数据质量的提升，可以减少地形和人为因素的影响，所以已经在各个领域广泛应用，比如野外观测数据收集及中线测设。

桥隧开展维护作业时，整合GPS技术与RTK技术，可对桥隧的破损严重程度进行分析，不仅可以减少桥隧的维护成本，促进维护质量，还属于新型的勘测系统。也就是说，RTK融合常规全站仪，已经成为线路测量技术发展的重点，可以提供可靠的参考数据辅助桥隧工程的维护和设计，有序开展竣工测量，实现桥隧维护施工的正常化和高效化。

对GPS辅助航测成图进行合理应用，科学地构建模型。从航测成图角度分析，常规测量方法所需的控制点数量均在5个左右，高程测量及桥隧平面位置测量所花费的资源也相对较多。但是在航测成图应用GPS辅助的情况下，可以依靠GPS，对三维空间坐标准确测量并获取，保障摄影中心数据的精准性，其需要的地面控制点数量也相对较少，可以对图片开展动态化控制，缩减工作量[6]。

3.2 静态定位模式测量发展趋势

GPS技术应用于路桥项目测量时，静态测量也是应用较多的一种方法。工程人员在应用静态定位测量方法时，需要对三角点的焦点进行核对，实现加密测量的目的，这也是对路桥线路控制网进行测量的重要手段。针对工程项目测量的具体情况分析可以发现，大部分静态测量模式都是从首级控制网出发，以实现控制网的控制和测量。从目前路桥工程测量的现状来看，开展一般等级路桥工程测量工作过程中，时常是还未确定首级控制网所采用的测量手段及方法，便开展静态测量工作。这样在静态定位测量应用的过程中，由于影响因素比较多，极易导致加密测量的三角点发生损坏。所以，针对三角点加密测量，必须要提前确定好首级控制网的测量手段及方法，这是十分关键的一项工作[7]。我国主要采取GPS静态测量方式开展上述测量工作，也被叫做快速静态定位模式。在应用过程中，各个流动站内会统一布置GPS接收机，工作人员在开展静态测量的过程中既可以同步接收卫星数据，也可以同步传输接收机端的数据，从而解算出所需的三维坐标数值。由此可知，这一方法在实际应用时，可完全取代全站仪导线测量控制点加密工程，具有良好的应用价值。

4 结束语

综上所述，当前我国科技水平不断提升，经济迅猛发展，路桥工程建设需求不断增大，对施工测量的要求也随之提高。科学合理的应用GPS测量技术，可精准地定位，准确地测量，能够提升测量工作效率，突破时间和空间的限制，且不受环境因素的影响，应用优势十分显著。同时，将GPS应用在路桥测量中，可建立精准度较高的测量控制网络，优化测绘内容，方便道路桥梁的施工建设。所以，相关单位及技术人员应深化GPS测量技术的研究，不断提高GPS测量技术水平，使其在路桥工程测量中发挥更大的效用。