GPS技术在桥梁工程测量应用探讨

摘要：应用GPS技术引发了桥梁工程测量的技术革命，由此桥梁工程测量进入了崭新的发展时代，即综合了自动化、数字化、信息化为一体的新时代。同时伴随着当代桥梁建设规模逐渐变大、桥型结构逐渐新颖、技术工艺逐渐进步等全面的发展，GPS技术在桥梁工程测量中的地位越来越重要，其作用也越来越突出。本文首先从四个方面分析了GPS技术在桥梁工程测量中的应用现状，接着又从五个方面探讨了GPS技术在桥梁测量中出现的问题。

关键词：GPS技术；桥梁工程；测量应用

一、GPS技术在桥梁工程测量中的应用情况

1、GPS静态相对定位作为精密的定位模式，其优势为成本低、精度高、效率高，主要被应用在各种桥梁工程的平面控制测量或变形监测中。GPS相对静态定位测量、快速静态相对定位测量技术，曾经在特大型跨海桥梁工程测量定位中发挥了关键作用，顺利地解决了长距离施工测量精确定位的难题。

2、GPS实时动态差分定位测量的原理是将安放在一个运动载体上的GPS信号接收机，和安放在一个基准站上的GPS接收机，同时跟踪一颗GPS卫星，通过实时差分处理后，联合确定该运动载体的运行轨迹，其定位精度在1米以内。在桥梁工程中，应用GPS实时动态定位技术配合数字回声测深技术，能够快速、高质量地测绘桥址区内的水下地形图，解决了特大型跨海桥梁工程桥址水下地形图无法测量的技术难题。同时此模式还可用在水域地质钻探定位、流向测量等一般精度要求的定位工作。

3、GPS静态、快速静态、动态测量要事后实行解算方可获得厘米级精度，RTK的出现，则在野外实时即可得到厘米级定位精度。它利用载波相位动态实时差分方法，提高了工程放样、地形测图、各种较低等级控制测量的作业效率。

桥梁工程中应用RTK技术完成一般精度的要求，实时提供定位结果的测量。在众多大型桥梁的施工中，用RTK技术对宽海域的桩基施工进行定位测量，除了解决长距离施工定位的难题，更提高了测量定位的精度。

RTK技术还成功用在桥梁工程定线放样、纵或横断面测量、桥址地形测绘、桥梁变形监控中，其可以利用10公里之外、甚至更远处基准站的定位数据对流动站定位结果实行改正，提高定位精度。由此可见，RTK能解决山区测量中全站仪数字测图的难题，无需提前建立密集的测图控制网。

4、GPS定位可得到各空间点高精度的大地高差，通过平差可求各GPS点的大地高，再利用各点的高程异常值，经过公式即可算出各点的正常高。目前GPS高程测量精度较低，其主要原因是无法准确获取各点的大地高及高程异常数值。对桥梁工程测量而言，控制点的相对精度尤为重要，需要关注高程异常的精度问题。当前常用的计算高程异常方法为，利用测区里的若干个已知水准点，利用解析内插、曲面拟合等确定测区的似大地水准面，从而求出各待定点的高程异常。很多特大型桥梁工程测量的试验分析表明在较小桥梁工程区域内，当地形平坦时利用2至3小时的GPS静态观测成果，经过拟合计算可得到二等精度的高程成果，若利用1至2小时的观测资料，仅可得到三或四等精度的高程成果。

二、GPS技术在桥梁工程测量中的深入分析

1、GPS高程测量的精度不够理想，尤其当地形起伏大，GPS信号接收效果不理想时，高程拟合仅达到四等水准测量精度，无法满足桥梁工程精密测量的要求。第二桥梁工程测量的特点是控制点间精度要求相对较高，高精度桥梁施工高程控制网中通常只用一个已知点的高程作为起算，然而怎样利用GPS高程拟合方法将一岸水准点高程传递到对岸就变得棘手了。

2、影响桥梁施工或变形监测中GPS技术发挥的主要原因有四点，第一复杂多变的施工现场条件影响GPS接受信号，形成明显的干扰或遮挡，能观测到的卫星数量变少，几何图形变小，卫星信号变弱；第二多路径效应也会导致施工中GPS定位精度降低；第三定位精度与观测时间的矛盾，尤其在施工干扰大、接收信号弱的状况下，矛盾更为突出；第四桥梁工程GPS实时连续监测系统难于实现。采用以下措施有助于提高GPS定位的精确性与可靠性，首先选用性能稳定可靠、有效减弱多路径效应的接收机设备；接着适宜改进施工方案，为GPS测量提供更多的有利观测条件；然后采取GPS与传统地面测量技术相结合，实行优势互补的策略；最后利用建立在地面的伪距观测设备获取伪距观测值，从而改善卫星几何图形强度，提高GPS定位测量精度。

3、RTK技术被用于桥址定线与数字地形测绘中，需要加大研究与解决符合标准要求的数字测图软件，全面发挥GPS及全站仪的优势，充分体现桥址地形图测绘的数字化、内外业一体化。

4、桥梁工程水文测量定位主要在桥址流向测量与航迹线测量中，跟踪测定水面浮标或过往船舶位置的动态变化线。目前采用动态GPS技术跟踪测定水面浮标的位置，也存在怎样使GPS流动站与浮标保持同步，如何测算跟测船只和流动站的最佳距离，每台流动站仅可跟踪一个浮标，如此低效率需要采取有效措施尽快解决。

5、桥梁工程测绘具有测绘范围较小、相对精度要求高、地物较多、交通干扰大等特点。因为GPS系统自身存在不足，所以在某些特殊情况下，一旦卫星信号受到阻碍时，将无法有效使用GPS技术。经过大量工程实践充分证明，在当前的技术条件下，GPS测量技术无法完全取替常规的地面测量技术。

三、结语

GPS技术自诞生以来，一直在不断地发展与完善着，尤其当GPS进行了现代化改造之后，其应用在桥梁工程测量中也日益普及并深入，发挥着其独特的优势。与此同时，在目前及将来一段比较长的时期内，GPS技术会与传统地面测绘技术等其他测绘技术相互补充、共同依存。电子速测技术与GPS技术的集成技术会是未来桥梁工程测量发展的主要方向之一。GPS高程测量技术在桥梁工程中的应用问题是桥梁测量工作者面临的一个难题，解决了这个难题会有相当重要的现实意义及作用。从长远来看，GPS定位技术的作用远非如此而已，一定有更为先进的功能等着我们去发掘，更多的奥秘等着我们去探索。