GPS定位技術在橋梁施工測量中的應用

許昌波　楊麗香

摘要 ：本論文首先對GPS定位系統的構成和特點進行了說明，然后分析并闡述了GPS定位技術在橋梁施工測量中的具體方法和應用。

關鍵詞 ：GPS定位 橋梁施工 測量

一、前言

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是由美國國防部研制的借助于分布在空中很多個GPS衛星確定地球表面點位置的一種新型定位系統。GPS定位技術建立控制網與常規方法相比：自動化程度高、全天候、高精度、定位塊、靈活、操作方便等優點，而得以廣泛應用。

二、GPS定位系統組成與應用特點

1、GPS系統組成

（一）空間部分

GPS空間部分由24顆GPS工作衛星均勻分布在6個傾角為55°的軌道上做繞地球運行，確保從地球的任何地點、時刻都能觀測到至少4顆衛星；GPS衛星發射有用戶用來定位、導航的導航電文及測距碼等基礎數據。

（二）用戶部分

用戶設備（氣象儀、計算機等）、數據處理軟件、GPS接收機是GPS用戶組成部分，作用是接收并利用GPS衛星發射的信號進行導航定位。我們所說的GPS就是指用戶部分。

（三）地面控制部分

主控站（1個）、監測站（5個）、注入站（3個）是地面控制的組成部分。監測站主要負責連續跟蹤觀測接收到的衛星訊號，提供主控站觀測數據；主控站主要進行數據的處理、對系統進行管理，并將處理后的數據傳送至注入站；注入站負責將數據存入相應衛星存儲器。

2、GPS定位技術應用特點

GPS系統定位技術具有全天候、高效率、高精度、操作簡單、自動化快速定位，應用廣泛，具有多功能等特點。實踐證明：GPS-RTK技術僅需幾秒鐘獲取固定解算精度的前提下，就可實現厘米級精度作業。隨著GPS系統解算軟件的不斷改進和更新，GPS能同時實現測站點三維坐標的精確測定；GPS接受機也越來越小，更加輕便，大大降低了勞動強度。

三、GPS定位技術在橋梁施工測量中應用的具體方法

1、準備工作

（一）對待測區進行勘察，并收集相關資料

主要調查當地的控制點分布情況、交通情況、水文分布情況、植被情況、以及當地的風俗民情等。相關資料包括待測區的地形圖，各類控制點成果以及與之有關的地質、交通、氣象、通信等方面的資料。

（二）選擇接收機型號并檢驗

一般小于20公里點位情況良好，宜采用單頻接收機，反之，選用雙頻接收機。接收機性能的檢驗主要有：一般檢驗，主要檢查接收機各部件及其附件是否完好，使用手冊等相關資料是否齊全等；通電檢驗，主要是檢驗接收機通電后有關信號燈、按鍵、顯示系統和儀表的工作情況；實測檢驗，主要檢驗方法為標準基線檢驗。

2、外業測量工作

（一）合理選點

每點最好能與其中某一點通視，應選擇在上空開闊、視場內周圍障礙物的高度角小于15°，以免信號被遮擋或吸收，影響觀測質量。要遠離大功率無線電發射源和高壓電線等，其距離應大于200m，以免電磁場對信號的干擾。

（二）埋設標志

GPS網點應埋設具有標志的標石，以精確標志點位，點的埋設必須堅固以利于長久保存與利用，并做好記錄。

（三）外業觀測

外業觀測工作主要包括：安裝天線、觀測作業和觀測記錄等。天線利用三腳架安置，天線底板上的圓水準器氣泡必須居中，天線的定向標志應指北。觀測作業就是獲取所需要的定位信息和觀測數據。觀測記錄由GPS接收機自動進行，觀測者應做好記錄。在測量的過程中，應嚴格限制高頻及對講機等無線電波的使用，避免環境對信號的干擾，從而提高GPS本身的定位精度。

四、GPS定位技術在橋梁施工測量中的應用

1、在水中進行橋墩交會的定位

在進行橋梁施工前必須要進行橋墩交會定位，按照傳統的施工方法普遍采用前方交會法進行，然而有些大橋的施工處江面海面比較開闊，無疑給橋墩交會增加了難度。GPS動態定位（RTK定位技術），通過載波相位測量為依據的實時差分GPS測量技術發揮了不可估量的優勢。實時動態定位（RTK）系統由基準站和流動站組成，其工作原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛星進行連續觀測，流動站上的接收機在接收衛星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據，然后計算機根據相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。采用這種方法進行水中橋墩定位時，只需要在基準站安裝一臺GPS接收機，這樣用戶可實時監測待測點的三維坐標，精度可達1～2cm。

2、橋梁塔柱施工中的應用

目前許多大型斜拉橋塔柱的高度也在不斷增加，這就使得控制斜拉橋塔柱的斜率成為了確保橋梁質量的關鍵性問題，而且橋梁索塔間的跨度大，水位深，如果要按照傳統方法很難進行精確測量，過去采用常規的放樣方法很多，一般要放樣一個設計點位時，往往需要來回移動目標，需要2～3人共同進行操作，而且有時在放樣過程中對于遇到的一些困難的情況還必須借助于很多方法解決后才能進行放樣，因此需要在橋梁施工的過程中利用GPS定位技術來代替傳統放樣。

GPS定位技術在泉州晉江大橋建設中進行了嘗試和驗證。大橋由主橋、南北引橋及南北互通立交組成。利用RTK技術放樣時，僅需要把設計好的點位坐標輸入到微型計算機中，測量人員帶著GPS接收機，當測量人員走到相應的測量地點時，GPS接收機會自動提醒，這樣既迅速又方便，由于GPS是通過坐標來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作。實踐證明，利用GPS定位系統進行測量得到的結果是準確可行的。

3、在控制測量中的具體應用

根據橋梁自身的特點，橋梁施工控制網的范圍普遍很大，特別是一些跨江河跨海的特大型橋梁，其巨大的跨度給測量帶來了很大的困難，例如：福建莆田東吳大道羅嶼特大橋位于湄洲灣海域，跨越羅嶼海峽，橋梁設計為城市主干道海上特大橋，橋梁全長749米，兩側引道394米，總長1143米，最大水深約22.5米，設計為雙向四車道，其中橋面寬度為22.5米。規模浩大，海面遼闊，受潮汐影響，海峽中央無控制點，如按照傳統方法進行測量根本無法確保結果的精確性，所以應推廣使用GPS定位技術的靜態定位法進行橋梁控制網的測量。這種測量方法是通過GPS接收機在每一個流動站進行靜止的觀察測量。在進行觀測的過程中，GPS接收機還能夠同時接收基準站和衛星的同步觀測數據，實時計算整周未知數和用戶站的三維坐標，如果解算結果的變化趨于穩定，而且計算精度能夠滿足設計要求，便可以結束實時觀測。一般應用在控制測量中，如控制網加密；若采用常規測量方法，如使用全站儀測量，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區實施比較困難，而如果采用RTK技術可起到事半功倍的效果。

五、結束語

GPS定位系統在公路工程、高速公路建設、跨越江河、大海特大型橋梁工程、市政建設等方面，已經取得了大量成功的經驗，對工程項目建設的各個方面都具有十分重要的作用。

參考文獻：

[1]劉雙海.GPS定位技術在橋梁施工測量中的應用[J].城市建設理論研究.2011.