道路桥梁工程测量中的GPS技术应用

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　　摘要：随着社会经济的不断发展，道路桥梁工程的建设也是如火如荼，工程测量是路桥工程建设中的重要环节，通过GPS技术的应用有助于测量水平的提升，提供准确的数据，为路桥工程的建设提供保障。
　　关键词：道路桥梁；工程测量；GPS技术
　　1GPS测量的特点
　　1.1不受时间、地点限制
　　GPS使用不会受到时间和地点限制，它可以在全球任何一个位置、任何时间进行观测，所以，全天24h，海陆空任何地点都可以随时进行定位。
　　1.2不受天气限制
　　GPS使用不会受到天气任何限制，冰雹天气、雨雪天气、大雾天气等，这些天气GPS定位服务依然可以正常进行，保证使用者在恶劣天气下能够顺利地完成定位、测量、监测等工作。
　　1.3实时定位
　　GPS定位结果是实时的，以往卫星系统对定位结果获得，是要测几个时间段时间之后，才能得知，而GPS是利用实时数据获得实时定位，所以，GPS具有实时性，对于使用导航用户而言，方便、快捷和准确。
　　1.4无须通视
　　在传统测量方式中，两个点之间，只有通视才能测量，而GPS在测量时，它最大优势在于两点之间测量不再需要通视，只要测量点能够接收到卫星信号，便可以对此测量点进行定位，从而进行测量，所以，GPS给测量工作带来了很大便利，减少了成本费用，同时测量精确度非常高。
　　1.5降低了测量难度
　　GPS接收机在不断更新和完善，所以，GPS自动化测量技术也逐渐提高，正在慢慢趋向于“傻瓜式”操作。对于一些较为复杂地形和在较为恶劣环境下，应用GPS测量技术，只要工作人员将仪器安装好，连好电缆线，监测其工作状态，而接下来测量工作均由GPS自动完成，并记录结果，在测量结束时，仅仅是将电源切断，接收机收好，测量工作即可结束。与此同时，目前接收机功能越来越强大，体积反而越来越小，所以重量也相对较轻，其更容易被提取和放置，这也在一定程度上减轻了工作者劳动强度，提高了工作效率。
　　1.6定位精度高、速度快、经济效益高
　　与传统方法比较，GPS精度较高、速度快、操作便捷、自动化程度高，这些优点是任何测量方法都无法比拟，所以，GPS在国家经济建设发展上做出了卓越貢献，同时创造了较高经济效益。
　　2在路桥施工中GPS测量技术优势
　　GPS技术控制网边长、网形都具有严格、明确规定，局限性较强。《工程测量规范》中明确要求GPS技术定位三角网中三角形内角必须始终大于30°，在测量过程中，即使地形方面对测量工作造成了限制，该三角形内角也必须大于25°。在实际测量工作中，受到地理环境因素影响，部分工程测量项目三角形网无法满足这一要求。在这种情况下，GPS测量技术能够取代常规定位、测量方法，较好解决这一困境。GPS技术目前已经能够实现全天候直接测量待测点三维坐标，能够在路桥施工中发挥强大技术性优势。在路桥施工中利用GPS测量技术能够有效避免工程因测量工作粗差出现返工。同时，GPS测量技术测量精度高，勘测效率高，能够有效减少测量工作花费时间，从而促进工程进度。利用GPS测量技术进行测量，每个放样点只需停留一两秒时间，测量效率与常规测量相比明显更高。在进行中线放样时，还能同时进行中桩抄平，交叉作业，GPS技术有效提高了路桥施工测量效率。GPS测量技术在路桥施工中不仅能够应用到路桥测量平、纵、横、监理，还能用于施工放样、竣工测量、养护测量等多个方面。与全站仪相比，GPS测量技术具有明显优势。全站仪就是全站型电子速测仪，它是一种三维坐标测量系统，能够自动显示测量结果，还能与外围设备交换信息。全站仪主要组成单元包括电子测角、电子测距、电子计算、数据存储。全站仪能够实现测量、处理过程电子一体化，其测量基本原理是测角、测距。全站仪一大缺陷是受通视条件限制，为此，利用其进行路桥施工测量，多采用偏距支距法进行放样。利用全站仪进行路桥施工测量，则会存在极坐标与直角坐标互换问题。同时，不断搬站也会导致极坐标定向方向发生变化，换算参数发生变化。为此，利用全站仪进行测量，外业工作人员需要十分熟悉换算公式和方法。GPS测量则能够直接获取待测点坐标，利用坐标系统进行互相转换。利用GPS进行测量，只需要求得国家坐标系统和地方坐标系统转换参数即可。与全站仪相比，GPS具有许多优势，如无需通视，测量精度高，测量速度快，测量方式简单，花费少，抗干扰，灵活性强等等。
　　3 GPS技术应用
　　3.1基准站设置
　　基准站设置应选择在周围地形空旷带，周边无高大建筑物，尽量避开高压线、无线电站、变压器等有线、无线位置；地基要选择在坚固牢靠平坦区域，必要时采用钢筋混凝土或灰土对地基进行处理，防止大风吹动，影响GPS观察数据。基准站设置包括方法很多，主要有：
　　1）任意点设定法，此方法设置比较简单，通过已知点或未知点在测区内任意设置基准站。优点为基准站位置选择空间比较大，在施工现场容易设置；缺点为在后续测量中数据转换比较复杂，为测量增加了工作量。
　　2）内业解算坐标转换参数法，此方法主要是先在内业做好准备工作，然后通过GPS强大功能计算出转换参数，便可进行下阶段施工。优点为操作比较简单，不需要实地联测进行匹配便可进行操作；缺点为：基准站距离流动站较远时或周围具有高建筑、视野不开旷时，信号不够稳定，需要重新选择地方。
　　3）已知点校正基准站法，此方法主要通过内业及GPS计算出参数，对基准站进行校正。优点为：方法比较简单，应用灵活；缺点为：对基准站假设位置要求比较高，必须选择在地势比较空旷，视野良好信号好地方。通过各方法对比，选择适合测量工作，基准站设置是下阶段GPS测量准备工作。
　　3.2静态测量技术应用研究
　　（1）勘察路线和选择GPS地址。工作者应当根据工程实际情况做好测量工作，通过勘察结果明确线路方向并合理进行沿线选择，可以利用GPS等现代信息技术进行附近路线勘察监测，明确具体位置，并且利用该技术对具体位置进行准确地确定。 　　（2）设计科学合理GPS站点控制网。以道路坡度、地形等情况为基础对道路建设具体路线进行确定，利用卫星、现代科技信息技术提高定位精准度，从而全面提高设计可靠性及可行性。
　　（3）选择合适GPS站点和埋石。加强GPS站点设置及管控，合理进行位置选择，以相关参数、技术要求、工程需要为基础加强对站点扩展及联系。
　　（4）安装测量仪器进行观测。根据国家标准规定及工程标准要求确定卫星数量以及设置方式是否满足要求。开展外业观察工作中应当保证监测时间在半小时以上，设置不低于四个观测卫星。
　　（5）处理观测数据。完成观测工作后在计算机中输入GPS观测所得结果数据并且对数据进行高质量分析处理，并且保存。
　　（6）将GPS控制网加密。首先要将第一级GPS控制网进行加密处理，然后要以GPS点位起点和重点合理分段并且设置导线。
　　（7）用计算机计算出此条线路导线坐标和平差。
　　3.3RTK技术应用
　　（1）静态定位
　　测量中需要坐哈静态定位，将GPS接收器设置在各个测量站点，保证接收器工作正常。接收器观测数据需要在测量过程中和接收卫星、基站保持同步，进而计算侧向所得数据、位置并且进行校对。测量工作中如果结果、精度达到规定要求那么可以停止测量。在加密控制网络中开展静态定位测量，测量方式如果为原始测量那么很多外界因素会影响到测量准确性，很多测量工作无法在恶劣条件区域开展，此时为了避免出现测量问题需要利用GPS测量技术从而保证测量结果准确且可靠，提高测量精准度。
　　（2）动态定位
　　完成测量工作后需要观察处理结果然后再开展安装工作，进而实现自动观察效果。为确保采样点位置准确应当保证观察结果同步于基站数据。当前采用GPS测量激素能够得到较为准确测量结果，其可以达到cm级别精准度，可见其准确度非常高。将动态定位技术应用于路桥工程施工中能够完成绘制地形图、测量横截面，能够对中桩进行高效测量。
　　（3）大型地形图绘图
　　利用全站仪、经纬仪测量破碎部分，可以结合小平面映射。最后在地形图绘制中可以采用大比例。传统测试站应当能够在工作站、断点观察范围。这种方式具有大强度劳动、长时间、较慢速度特点，不过采用GPS技術对人员和仪器设备要求较低，断点范围坐标能够在几分钟内确定。将要素代码输入其中然后快速映射到绘图软件中。
　　（4）道路选择和中线铆接
　　以规章制度为基础开展勘测设计工作。应用RTK技术能够提高中线勘测准确度，提高中线选择科学性。流动站中以RTK作为接收器能够将一定距离数据收集同时参考控制点。对重要设备材料进行准确定位并且在接收器中输入相关数据利用绘图软件绘制选择线。对现场破碎部件进行放样校准。
　　4GPS在路桥工程中应用发展趋势
　　虽然当前我国路桥工程建设中，已经开始应用GPS技术进行路桥施工测量，但是由于我国对于该项技术应用时间较短，所以，GPS技术在路桥工程测量中应用还有很大发展空间。在未来测量作业环节，通过对GPS技术不断完善与优化，可以使其发挥出更大作用。
　　4.2静态GPS定位应用趋势
　　在未来路桥工程建设过程中，GPS静态定位技术很可能成为测量作业环节主要技术，从隧道外测量监控到大型桥梁施工测量控制，从首级控制到一二级导线控制等，GPS技术应用将更加广泛，同时，在勘测环节操作规范也将不断被完善。除此之外，路桥工程部门还可以在工程后期维护工作用，应用静态GPS定位技术。通过静态GPS定位技术可实现远距离已知观测点联测，便于对路桥工程在使用过程中发生沉降进行观测，同时为路桥工程加固与养护提供可参考依据。
　　4.2动态GPS定位应用趋势
　　从当前应用现状来看，动态GPS定位技术还有应用于路桥工程线路勘测环节，但是随着对该项技术研究不断深入，在未来路桥工程测量环节，动态GPS定位应用将会为路桥建设提供一定便利。未来对于动态GPS定位发展趋势包括以下方面：首先，RTK（RealTimeKinematic）技术即实时载波相位测量技术，与全站仪融合应用。在工程测量环节，RTK技术应用可以使测量精度保持在厘米水平。同时，该技术还可在野外数据采集和线测设等方面发挥作用。在路桥工程中应用GPS-RTK技术，就可以详细了桥隧工程使用情况，并且可以为工程维护计划制定提供必相关数据。其次，在未来测量作业中，可以通过GPS技术对航测成图进行辅助，并以此为基础建立工程三维模型，航测成图需要准确测算出路桥工程中4～6个控制点平面位置与高程信息，这对于路桥工程放样测试和高程控制测试意义重大。除此之外，在航测成图过程中应用动态GPS技术可以对摄影空间内三维坐标进行精确测定，这样可以使工程建模准确度更高，从而提升路桥工程勘测作业整体工作效率。
　　5结语
　　在路桥工程建设中GPS技术在未来将得到更加有效应用，动态与静态GPS定位技术都在实际应用中都需要根据工程具体情况进行优化，未来全球定位技术本身也会得到快速发展，随之而来就是其相应技术在具体应用中效果优化，在路桥工程建设中应用当前这些先进数字化测量技术是路桥工程建设与管理效果提升重要路径，也是我国交通事业发展助推力量。
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　　（作者单位：北京建达道桥咨询有限公司）
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