浅谈公路桥梁施工控制测量中GPS的应用

摘要：在中国的公路桥梁施工中，GPS技术的应用可以对于桥梁精确测绘，并已经从相对静态的定位发展成为实时的动态定位。GPS为全球定位系统，于二十世纪70年代被研制出来。在中国的公路桥梁施工中，主要用于公路、桥梁和隧道的控制测量工作。本论文以大型的公路桥梁施工测量为例，对于公路桥梁施工控制测量中GPS的应用进行探讨。

关键词：公路；桥梁；施工控制测量；GPS

中图分类号： X734文献标识码： A

随着科学技术的发展，高端的科技成果被应用到公路桥梁施工建设当中。国民经济的发展，使道路桥梁建设项目逐年递增，加之工程设计复杂，施工难度不断加大，就需要在道路桥梁施工测量，对于复杂的地形完全掌握。鉴于道路桥梁建设场地往往地势复杂，而且在勘测的过程中，即便使用较为适当的仪器，也会由于无处安放而很难于实现测量的准确性。GPS技术具有精确的定位功能，其能够攻克道路建设中的诸多难点，在道路桥梁建设中起到了不可替代的位置。

一、GPS技术工作原理

GPS技术在二十世纪70年代由美国的国防部批准研制，其是“Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System”的缩写，为无线电导航定位系统。GPS技术主要用于地面的监控，空间GPS卫星星座为GPS系统的主要构成部分。使用GPS技术具有全天候工作的优势，GPS接收机接受到信息之后，会实时地传输出去，并不会造成数据在传输的过程中丢失的现象，并且具有连续性的特点。GPS技术具有全球性特点，其是采用卫星接受，并将信号发送出去，不但能够准确定位，而且还具有定时的功能。高精度的定位，短暂的观测时间，简便的操作，使站间不需要通视就可以获得相关的数据，并完成传输和定位工作。GPS技术在具体应用中，具有实时动态定位和静态的相对定位两种功能。动态定位可以达到厘米级的精度，静态定位精度会更高，其定位的精确度甚至于可以达到1ppm。在工程项目中，使用GPS技术进行测量定位，所使用的是载波相位观测方法，在400～1500米的范围内对于目标位置进行测量，误差低于1毫米。在公路桥梁施工中，GPS系统作为定位系统，其是采用几何学和物理学的方法对于空间位置进行定位分析，以确定测量目标在地面的位置。GPS技术的的准确定位功能是对于空间分布的卫星与地面之间的距离进行交会，交会点即为测量位置。

二、GPS技术在施工中的精度控制

（一）公路桥梁施工中，使用GPS技术对于测量精度的控制

将GPS技术运用在公路桥梁施工中，主要是对于所测量的精度实施严格的控制。在桥梁施工中，按照有关规定，对于桥长的偏差界定在±100毫米，对于桥长的误差界定在±50毫米。关于桥梁施工中的误差，是由于制造和施工中所形成的，而测量误差则是对于工程影响较大的一个方面。

三项误差具有相对的独立性，在对于测量进行计算的过程中，误差为±28．7 毫米。经过对于测量误差进一步分解，可以得出施工测量误差和控制测量误差。

其中，m1是在控制测量中所出现的误差

M2是在施工测量中所出现的误差

在测量中所形成的误差中，由于控制误差会小于施工误差，那么在的条件下，上式就可以以级数的方式展开为：

鉴于在实际施工中进行实施测量工作在细节上较为繁琐，而且要求很高，所以，将GPS施工控制网络建立起来，可以对于所测量的数据有所掌握，并确保精度符合施工标准。为了能够确保实际测量的误差符合要求，在进行实际测量的时候，对于控制误差的界定一般是占有测量误差的10%以内。如果以数字的形式表达，即GPS施工控制网络的精度要在。

（二）公路桥梁施工中，所使用的约束法工作原理

在公路桥梁施工中，对于施工投影观测会出现精度上的差异。为了确保GPS施工技术在控制网投影面上的精度，就需要对于其进行方位角的约束和边长的约束，以便于GPS控制网与实际的路线施工控制网相互之间实现正确的连接。在具体实施的过程中，一般会运用约束条件的平差模型来进行实际测量。GPS控制网是一种高精度网，其所被链接的测量控制网络为低等线路网，采用这种链接方式，可以确保乔浪结构在施工中维持“刚体”的精度，以确保公路桥梁投入使用之后，能够提高安全系数。

约束条件的平差模型：

与其相对应的误差方程为：

从而得出了总方程为：

三、工程实例

（一）实际工程中的GPS平面测量

某高架桥所在地质条件非常复杂，主要的特点是地势低洼，为软土层的厚度已经超过了50米。在这样的地理环境中，对于控制测量的要求相对较高。使用GPS技术对于施工地点进行测量，在布设控制网的时候，要将桥梁施工的特点以及施工便道以外的环境条件进行考察，同时还要尽量地保持邻近点的之间的相互同时。在GPS控制网络的设计上，所采取的方法为“边连接”。边连接的方式见下图。

边连接方式

根据高架桥施工现场条件，可以在现场布设20对GPS施工控制点，使用接收机进行静态相对定位。在进行观测的时候，同步观测的卫星为4颗以上，高度角超过了15°。此次观测历史三天时间，所获得的基线为436条。对于所获得的观测基线经过了粗差探测之后，并不存在粗差的问题。卫星星座与观测站之间会形成几何图形，其强度不会大于5°，使GPS控制网中，先验和后验所获得的误差基本相等。从所获得的数据可知，GPS观测基线基于向量最大残差为9毫米，在坐标三维位置中所得出的误差可以表明，其可以完全用于二维约束平差。

高架桥投影的约束条件为投影面的长度，当其与路线两端相互连接，所形成的差值最小为GPS高架桥施工控制网进行二维的约束平差，所获得的坐标成果符合桥梁施工精度要求。在测量精度的要求上，公路和桥梁施工之间会存在着不同，这就会使桥梁控制点坐标与其两端的路线控制点坐标存在着差异。通常而言，在桥梁的两端与路线相交会点，不会有小偏角出现，当然也不会影响到交通。在桥梁偏角角度的部位，就会形成明显的视觉效果，那么就有必要采取措施在线位的衔接处加以消除。

（二）GPS高程控制测量

采用GPS技术对于大地高高差进行测量，可以获取搞定杜点，将其转化成为正高值之后，就需要根据实际情况，针对大地水准面进行更正。目前在道路桥梁施工中，普遍采用GPS水准法就是运用数学模型，将同名点上的GPS大地高与正高之间将换算关系建立起来。本高架桥的GPS施工控制网，选择了8个GPS控制点，三等水准联测电位分布都较为均匀。考虑到工程施工所在地地形的复杂多变，还要采用曲面拟合法对于地形有效改正，获得内部拟合的误差为±6毫米，施工场地外部的符合精度为±5毫米，可以得知，所获得的待插值点都处于内插控制的有效范围内。

（三）RTK—GPS桥位放样测量

RTK—GPS桥位放样测量属于是动态定位测量，其在公路建设中具有直观性。以通讯的方式，将在公路桥梁CAD设计中的相关数据进行传递，以将待放样数据的上装工作完成。当GPS坐标转换参数后，就可以针对相关数据利用RTK—GPS进行放样。实际操作中，在GPS控制网中建立起参考站，进行放样工作。在控制面板上，可以显示出定位质量精度指标以及几何图表，其可以将测量目标点标定出来。

结语：

综上所述，在目前的公路桥梁建设中，GPS技术已经取代了传统的测量方法，不但使用方便灵活，而且能够获得更高的测量精度。对于桥梁施工控制网进行约束平差，确保了路线设计的可视性。适当地采用数学模型，更能够提高施工控制测量质量。

参考文献：

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