浅谈GPS技术在公路桥梁测量中的应用

【前言】浅谈GPS技术在公路桥梁测量中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。GPS技术概述 全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面；对常规测...

摘要：gps技术在中国公路测量领域引进后，从GPS相对静态定位到实时动态定位（GPS-RTK），从公路路线、大型桥梁与隧道工程的控制测量到路线中线三维实时放样测量，其应用可谓方兴未艾。本文即详细探讨了GPS技术在公路工程和桥梁工程施工测量中的具体应用。

关键词：GPS技术；GPS-RTK；公路；桥梁；精度

Abstract: the GPS technology in the field of Chinese highway measurement, the introduction of the relative static GPS positioning to real-time dynamic positioning (GPS - RTK), from the highway route, large bridge and tunnel engineering control survey to route the midline real-time 3 d polar coordinate measurement, just its application. This paper detailed discusses the GPS technique in highway engineering and bridge engineering in the construction of the application.

Key words: GPS technology; GPS - RTK; Highway; Bridge; precision

中图分类号：P228.4 文献标识码：A

GPS技术概述

全球定位系统GPS(Global Positioning System)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面；对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。

利用GPS进行定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机天线所对应的点位，即待定点的三维坐标(x，y，z)。由此可见，GPS定位的关键是测定用户接收机天线至GPS卫星之间的距离。为了满足高精度测量的需要，目前广泛采用的是相对定位法。相对定位是若干台接收机同步跟踪相同的GPS卫星以确定各接收机间相对位置的一种方法。在绝对定位中，测量结果会受到卫星轨道误差、钟差及信号传播误差的影响，但这些误差对观测量的影响具有一定的相关性，因此，若利用这些观测量的不同线性组合进行相对定位，可有效地消除或减弱这些误差的影响，提高GPS定位的精度。

GPS技术在公路桥梁施工测量中的优势

对于控制网，不但对其边长上有严格的规定，对网形也有着相应的限制。《工程测量规范》中写明，在三角网中的三角形，其内角必须大于30°，即使是在受到地形限制的工程中，内角也必须保证在大于25°的区间。但实际上，有些工程项目因为受到过大的地理环境因素限制，其网形无法符合规范中的要求，此时，就可以考虑使用GPS全球定位系统来代替常规的方法。GPS技术有着全天候以及直接测定待定点的三维坐标等特性，用在公路桥梁的施工测量中就正好发挥其本身具有的这些得天独厚的技术优势。

GPS技术在公路桥梁测量中的具体应用

（一）GPS技术在公路施工测量中的应用

1、静态GPS技术在公路测量中的应用

在公路控制测量中通常采用静态相对定位技术，也就是至少有两台GPS接收机同时观测，经处理后可以精确获得两点的三维坐标差，根据其中一点的坐标可推算出另一点的坐标。由于静态相对定位精度高，因此广泛应用于大地测量、形变监测等高精度测量领域。同样静态相对定位技术将在相当广泛的范围内逐步取代以往的常规测量方法，广泛应用于公路控制测量中,如用于建立路线精密控制网、桥隧精密控制网等。

（1）实测流程

GPS控制测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中:外业工作主要包括选点(即观测站址的选择)、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段:技术设计、选点与建立标志、外业观测、成果检核与处理，如下图。

GPS实测流程图

（2）工作方法

采用两台(或两台以上)接收机，分别安置在一条(或数条)基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按GPS测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段长度根据测量等级确定。采取这种作业模式所观测的独立基线边，应构成闭合图形(如三角形、多边形)，以利于观测成果的检核，增强网的强度，提高成果的可靠性和精确性。

2、实时动态GPS测量技术

以上讲的是GPS在控制测量中的应用，下面简要介绍如何利用动态GPS-RTK 进行公路路线的中桩测量:

RTK是指载波相位实时动态差分定位，它是GPS发展的最新形式。静态GPS测量采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级精度，但缺点是经过事后处理才知道结果。而RTK通过实时处理即能达到厘米级精度。

RTK要求一台基准站和至少一台流动站及相配套的数据通讯链。基准站实时地把测站信息和所有观测值通过数据链传递给流动站，流动站用先进的处理技术来瞬时求出流动站的三维坐标。

RTK具有下述优点: 直接以cm级精度实时测定中桩位置；工作人员少；工作效率高。动态GPS测量技术在公路工程中主要应用于以下方面：

（1）绘制大比例尺地形图

高等级公路选线多是在大比例尺（通常是1：2000或1：1000）带状地形图上进行，用传统方法测图，先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制大比例尺地形图。其工作量大速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量，构成碎部点的数据。在室内即可由绘图软件成图，由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，大大降低了测图的难度，既省时又省力。

（2）工程控制测量

用GPS建立控制网，最精密的方法应属静态测量。对于大型建筑物，如特大桥、隧道、互通式立交等进行控制。宜用静态测量。而一般工程的控制测量，则可采用实时GPS动态测量。利用这种方法在测量达到要求的点位精度，即可停止观测，大大提高了作业效率。由于点与点之间不要求必须通视，使得测量更简便易行。

（3）公路中线测设

设计人员在大比例尺带状地图上定线后，需将公路在地面标定出来。采用实时GPS测量，只需将中线桩点的坐标输入GPS接收机中，系统就会定出放样的点位。由于每个点位的测量都是独立完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。

（4）公路纵、横断面测量

公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可绘出路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。从而大大减少了外业工作。如果需要进行现场断面测量时，也可采用实时GPS测量。与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。

（二）GPS技术在桥梁测量中的应用

建造大、中型桥梁时，因河道宽阔，桥墩要在河水中建造，且墩台较高、基础较深、墩间跨距大、梁部结构复杂，因此，对桥轴线测设、墩台定位等要求精度较高。为此，需要在施工前布设平面控制网和高程控制网，用较精密的方法进行墩台定位和架设梁部结构。

平面控制测量

工程平面控制网一般可以分为：二、三、四等及一、二级网；二、三、四等三角网及一、二级小三角网；三、四等导线及一、二、三级导线；二、三、四等三边网及一、二级小三边网。然后再布设图根小三角网或图根导线。应调查收集测区已有的地形图和高一级的控制点的成果资料，把控制点展绘在地形图上，然后在地形图上拟定导线的布设方案，最后到野外去踏勘，实地获得、修改、落实点位和建立标志。如果测区没有地形图资料，则须详细踏勘现场，根据已知控制点的分布、测区地形条件及测图和施工需要等具体情况，合理的选定导线点的位置。

2、GPS桥梁控制网布设

GPS控制网的技术设计是进行GPS测量的基础。它应根据用户提交的任务书或测量合同所规定的测量任务进行设计。共内容包括测区范围、测量精度、完成时间等。根据控制网的实际与桥位区的地形条件以及桥梁本身的特点，进行图上初步设计，然后到实地踏勘选点。

3、选点

网点位的选择，对于保证观测工作的顺利进行和可靠地保持测量成果，具有重要的意义。在选点工作开始之前，应充分收集和了解有关测区的地理情况以及原有控制点的分布和保存情况。接着是根据城市或工程建设与发展的需要，以及已经确定的精度指标和网形设计，在选点图上（一般为中小比例尺地形图）上概略地描绘出点位，同时考虑到以测区内已有的高级控制点作为起始点，最好是均匀分布在测区内的，以便将测量成果与用户坐标系较好地联系起来。然后才是实地踏勘和标定点位。

4、网形设计

常规控制测量中，控制网的图形设计十分重要。而在GPS测量时由于不需要点间通视，因此图形设计灵活性比较大。GPS网设计主要考虑以下几个问题：

（1）网的可靠性设计

GPS测量有很多优点，如测量速度快，测量精度高等，但是由于是无线电定位，受外界环境影响大，所以在图形设计时应重点考虑成果的准确可靠和有较可靠的检验方法。GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的可靠性。

（2）网的布设方法

GPS网的布设通常有点连式、边连式及边点混合连接等多种方式。

①点连式

点连式指相邻同步图形(多台仪器同步观测卫星获得基线构成的闭合图形)仅用一个公共点连接，以这种方式布网所构成的图形几何强度很弱，没有或极少有非同步图形闭合条件，一般不单独使用。

②边连式

边连式是指同步图形之间由一条公共边连接。这种方案所布的GPS网形几何强度较高，有较多的复测边和非同步图形闭合条件。但是在相同的仪器台数条件下，观测时段比点连式大大增加，效率较低。

③边点混合式

边点混合连接指将点连接和边连接有机结合起来，组成GPS网的一种布网方式。这种布网方式既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外业工作量，降低成本，是一种较为理想的布网方法。

结语

综上，GPS在公路桥梁测量中已经得到了广泛的应用，GPS是测量领域历史性的变革，极大的提高了野外工作者的工作效率，提高了测量的精度，实时动态定位技术作为GPS技术的延伸与发展，会在未来的公路桥梁测量中发挥更加重要的作用。

参考文献

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[2]李召，佘冬芝，王艳利，项鑫.GPS在桥梁施工控制网复测中的运用[J].中国西部科技，2010.2.

[3]李振社，胡耀锋.基于GPS技术的某桥梁控制测量实施流程研究[J].科技资讯，2010.14.