道橋施工測量放樣中的GPS應用

陳鑫

摘要：GPS相對定位技術已經在測繪、交通、城建、國土資源管理等各個領域得到了廣泛的應用。它的平面相對定位精度已經完全能夠滿足工程的需要。結合GPS定位測量的各種優點，將GPS相對定位技術引入道路橋梁控制網的測量和基礎放樣，無論對GPS技術本身的發展還是對道路橋梁測量控制都具有極為重要的意義。

關鍵詞：道橋施工測量 GPS

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

一、什么是GPS

全球衛星定位系統(GPS)是NAVSTAR/GPS (Navigation System Timing andRanging/Global Positioning System-NAVSTAR/GPS授時與測距系統/全球定位系統)的簡稱。它是美國軍方為克服其海軍導航系統(NNSS -Navy NavigationSatellite System)的定位精度低、觀測時間長、不能實時定位等缺點而于1973年開始研制的新一代衛星導航系統。全球定位系統(GPS)不僅具有全球性、全天候、連續的三維測速、導航及高精度定位與授時能力等優點，而且具有良好的抗干擾性和保密性，被視為是繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的又一重大科技成就。

二、GPS優點

1、定位精度高

實踐證明，GPS相對定位精度在50km以內可達10-6, 100-500km可達10-7,1000km可達10-9。在小范圍的精密工程定位中，1小時以上的定位精度其平面位置誤差小于1 mm，與高精度ME-5000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm，校差中誤差為0.3mm 。

2、觀測時間短

隨著GPS系統的不斷完善，軟件的不斷更新，定位速度有很大提高，對于中長基線其相對靜態定位僅需15-20分鐘;快速靜態相對定位時間只需1-2分鐘。

3、測站間無須通視

GPS測量只需對天開闊，不要求測站之間互相通視，可節省大量造標費用。由于無需點間通視，點位位置布設較為靈活，根據需要可稀可密。

4、可提供三維坐標

常規測量將平面與高程分開，采用不同方法分別施測。GPS可同時精確測定測站點的三維坐標。

5、操作簡便，自動化程度高

隨著GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高;接收機的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕了測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。

6、全天候

GPS觀測可在一天24小時內的任何時間進行，不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等氣候的影響。

三、道路橋梁控制網的特點

道路橋梁施工控制網建網的主要目的是:精確地放樣道路橋梁墩臺的位置及其跨越結構的各個部分，以保證實現道路橋梁的設計跨度和線形及其與兩側道路的正確連接，并依據控制網隨時監測道路橋梁在施工過程中的構造變形和檢查已竣工建筑物的施工質量，因此道路橋梁控制網是道路橋梁施工放樣、結構變形監測和質量檢查的基準。

1、控制范圍小，點位密度大，精度要求高。

道路橋梁施工的區域一般在幾平方公里到幾十平方公里，道路橋梁平面控制網的布測范圍一般縱向在0.2~10.0km，橫向在0.1~2.0km。由于在這樣一個小范圍內，需要進行橋墩基礎、承臺、塔柱、梁等構筑物的建設，因此需要有較稠密的控制點，以滿足施工期的放樣工作需要。

2、控制點使用頻繁。

從施工初期到竣工驗收的施工全過程，道路橋梁施工控制點反復使用可達幾十次之多，從軸線的放樣，墩臺基礎的開挖及澆筑升高，到上部結構的安裝，通常都直接依據控制點進行。這樣一來，布設控制網時，就應考慮點位的穩定性，使用的方便性，以及施工期間保存的可能性等問題，并做好護樁工作及經常性檢查工作。

3、受施工干擾大。

施工現場工種多，交叉作業，車來人往，妨礙了控制點間的相互通視。因此，測量工作要按計劃進行，抓住有利時機迅速作業，注意人員和儀器設備的安全?？刂泣c應分布恰當，適當加密，供放樣時選擇使用。

4、道路橋梁控制網的平面控制通常分兩級布設。

第一級控制網主要控制橋的軸線;施工中，為了滿足放樣每個橋墩的需要，在第一級下需要加密一定數量的加密點，構成第二級控制。由于放樣橋墩的精度要求較高，故加密控制網的精度也應滿足施工放樣的精度要求

5、道路橋梁高程控制網，主要是提供施工時高程系統統一的控制點，使兩端線路高程準確銜接，同時為滿足高程放樣高度的需要服務。

四、道路橋梁控制網的布設方法

1、平面控制網的布設

在布網方法上，道路橋梁平面控制網可以按照常規地面測量方法布設，也可以采用GPS技術布網。

常規方法布設時基本網形一般布設成三角形和四邊形，并以跨江正橋部分為主。應用較多的有雙三角形。大地四邊形、雙大地四邊形以及三角形與四邊形結合的多邊形。按觀測要素不同，道路橋梁控制網可布設成測角網、邊角網、精密導線網等。

1)測角網

過去由于測距技術的落后，只觀測控制網的水平角，稱為測角網。為了達到高精度，一般要提高測角的精度。另外由于測角網中至少應有一條起算邊，為了檢核，通常每岸各設一條高精度基線，過去常采用高精度的因瓦線尺丈量;現在可采用高精度的測距儀、全站儀測量。隨著電子技術的發展，測距儀、全站儀的使用已相當普及，而且可以以較少的工作量獲取相對高的精度，可以布設成測邊網和邊角網，因此測角網目前在道路橋梁控制中己不多見。

2)測邊網和邊角網

由于全站儀將測邊與鋇J角集于一體，所以采用全站儀布設成邊角網已獲得普遍應用?，F有高精度的全站儀測角精度可達0.5"、1"、2"級，測距精度一般為1mm+1ppm*s, 2mm+1ppm*s等，二者配合可以達到較高的精度，滿足很多工程的需要。邊角網一般采用邊角全測、或者觀測部分角度或邊長。但一般應觀測三條以上邊，其中一條最好是橋軸線，另外兩岸布設各一條。

3)精密導線網

道路橋梁控制網除了采用三角網和邊角網的形式外，還可選擇布設精密導線的方案。例如，在河流兩岸的橋軸線上各設立一個控制點，并在橋軸線上、下游沿岸布設最有利交會橋墩的精密導線點，同時增加上下游過江測距，使導線閉合于橋軸線上的控制點。這種布網形式圖形簡單，可避免遠點交會橋墩時交會精度差的情況。也不需要增加節點和插入點，因此簡化了道路橋梁控制網的測量工作，但其只適用于中小道路橋梁，對于大型道路橋梁最好采用三角網形式。

4)加密點

一些跨江的大型道路橋梁，由于橋長較長，平面控制網的邊長要滿足一定的要求，主網點往往不能滿足交會墩位的需要，這樣在布設主網時，應考慮增設加密點。加密點可采用插入點形式，一般由三個或四個方向交會測定，為保證插入點的精度，在主網中點和插入點都要設站觀測，同時插入點的測量要以主網相同的精度進行。當插入點位于兩岸主網的一條邊上時，稱為節點，節點只需測量它到主網橋軸線上的控制點間的距離，即可被確定。加密控制點的設立，可以使施工時交會墩臺中心觀測邊長縮短，交會圖形更為合理，減少交會定點誤差，為經常性交會放樣提供方便的控制點。

5)引橋控制網

大橋、特大橋正橋兩端一般都通過引橋與線路銜接，因此在正橋控制網下需布設引橋控制網(附網)。引橋的控制主要是橋軸線方向和長度的控制及分段長度控制。由于引橋一般為簡支梁結構，橋跨較小，多在陸地上，墩位可以多個直接測定，故控制網的精度可略低于主網。其布設形式可采用三角鎖、精密導線或兩者的混合形式。并在布設主網時同時布設。布設時路線交點必須是附網中的一個控制點，其余曲線主點最好也納入網中。

2、高程控制網的布設

高程控制網的建立通常方法是水準測量和測距三角高程測量。高程控制網的主要形式是水準網。按工程測量技術規范規定:水準測量分為一、二、三等。道路橋梁本身的施工水準網要求較高的精度施測，因為它直接影響道路橋梁各部分高程放樣的相對精度，所以當橋長在300m以上時，應采用二等水準測量的精度，當橋長在1000m以上時，兩岸的水準聯測(即跨河水準)即需要采用一等水準測量的精度(這是因為道路橋梁的垂直位移觀測日趨重要，需要這樣高精度的高程控制點)。橋長在300m以下時，施工水準測量可采用三等。道路橋梁水準點還要與線路水準點聯測成一個系統，聯測精度可以比施工放樣低一至二個等級。

道路橋梁高程控制點由基本水準點組成，基本水準點既為道路橋梁高程施工放樣之用，也為道路橋梁墩臺變形觀測使用。因此基本水準點應選擇在地質條件好、地基穩定處。正橋兩岸橋頭附近都應設置基本水準點，當引橋長于1 km時，在引橋的始站或終端應建立基本水準點，基本水準點的標石應力求堅實穩定。

五、GPS控制網的施測

1、GPS儀器的選擇與檢驗

GPS儀器的型號多樣，精度、性能各不相同。選擇什么樣的接收機作業應按網的精度要求來定，不同等級的網GPS接收機的選擇按下列規范規定執行。

對于選定的接收機在參加作業之前，首先應對其性能與可靠性進行檢驗，合格后才可使用。GPS接收機的檢驗全面檢驗包括:一般檢視、通電檢驗、試測檢驗。

2 、GPS控制網的外業實施

GPS控制網測量的外業實施主要包括控制點的選點埋石、外業觀測、觀測成果的外業檢核等工作。

1）選點埋石

根據前述的選點原則與設計的網形進行選點。為了保持點位，便以長期利用GPS點的結果，GPS點應設置具有中心標志的標石，以精確標定點位。點的標志與標石必須穩定、堅固，以利于長久保存與利用。對于大型道路橋梁，建設周期長，使用頻繁，為了提高GPS測量的精度，減少對中誤差，方便使用，一般建造強制對中觀測墩。

2）GPS測量的作業模式選取

隨著GPS技術的快速發展，出現了多種確定兩點間的相對位置的作業方法，也稱作業模式。不同的作業模式因作業方法和觀測時間不同，具有不同的應用范圍。目前普遍使用的作業模式主要有:靜態相對定位、快速相對靜態定位、準動態相對定位和動態相對定位。但對于GPS控制網而言，只能采用靜態相對定位、快速相對靜態定位。

靜態相對定位模式是將兩臺或多臺GPS接收機分別安置在一條或多條基線的兩端，同步觀測4顆以上衛星，觀測時間在45分鐘以上。采用這種方法其基線相對定位精度可達5mm+1ppm*s， s為基線長度。采用這種方法作業時，使觀測基線構成一系列的閉合環，用于外業檢核，因此其觀測精度與可靠性較高。主要應用于全國性或國家級大地控制網的建立、地殼運動或工程變形監測網的建立、精密工程控制網的建立等。

3、觀測數據的處理

1）基線解算

外業基線解算一般采用相位觀測值雙差分技術，利用隨機軟件直接利用廣播星歷解算。主要目的是為了外業的基線檢核。

2）觀測成果的外業檢核

GPS外業觀測成果的檢核是確保外業觀測質量、提高觀測精度的重要環節。一般將每天的觀測數據及時下載到計算機，然后用隨機軟件進行基線解算，進行同步環、獨立環等的外業數據檢核，發現不合格的數據，根據情況及時重測或補測。

結語：

隨著我國經濟的快速發展，道路橋梁的建設更是邁入了一個新的歷史性階段。測繪在這些道路橋梁的建設中更是發揮了重要的作用。然而隨著道路橋梁建設技術以及施工工藝越來越先進，道橋建設地點周圍的地理環境又極為復雜，傳統經典的測量手段已經很難滿足道路橋梁建設的需要。GPS技術的迅速發展，為GPS測量在道路橋梁控制測量中提供了廣闊的應用前景。將GPS相對定位技術應用于道路橋梁的控制測量中，不僅極大的推動了GPS技術本身的發展，而且對道路橋梁的控制測量也具有極大的意義。

參考文獻：

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