GPS定位技术在桥梁施工测量中的应用

许昌波　杨丽香

摘要 ：本论文首先对GPS定位系统的构成和特点进行了说明，然后分析并阐述了GPS定位技术在桥梁施工测量中的具体方法和应用。

关键词 ：GPS定位 桥梁施工 测量

一、前言

GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国国防部研制的借助于分布在空中很多个GPS卫星确定地球表面点位置的一种新型定位系统。GPS定位技术建立控制网与常规方法相比：自动化程度高、全天候、高精度、定位块、灵活、操作方便等优点，而得以广泛应用。

二、GPS定位系统组成与应用特点

1、GPS系统组成

（一）空间部分

GPS空间部分由24颗GPS工作卫星均匀分布在6个倾角为55°的轨道上做绕地球运行，确保从地球的任何地点、时刻都能观测到至少4颗卫星；GPS卫星发射有用户用来定位、导航的导航电文及测距码等基础数据。

（二）用户部分

用户设备（气象仪、计算机等）、数据处理软件、GPS接收机是GPS用户组成部分，作用是接收并利用GPS卫星发射的信号进行导航定位。我们所说的GPS就是指用户部分。

（三）地面控制部分

主控站（1个）、监测站（5个）、注入站（3个）是地面控制的组成部分。监测站主要负责连续跟踪观测接收到的卫星讯号，提供主控站观测数据；主控站主要进行数据的处理、对系统进行管理，并将处理后的数据传送至注入站；注入站负责将数据存入相应卫星存储器。

2、GPS定位技术应用特点

GPS系统定位技术具有全天候、高效率、高精度、操作简单、自动化快速定位，应用广泛，具有多功能等特点。实践证明：GPS-RTK技术仅需几秒钟获取固定解算精度的前提下，就可实现厘米级精度作业。随着GPS系统解算软件的不断改进和更新，GPS能同时实现测站点三维坐标的精确测定；GPS接受机也越来越小，更加轻便，大大降低了劳动强度。

三、GPS定位技术在桥梁施工测量中应用的具体方法

1、准备工作

（一）对待测区进行勘察，并收集相关资料

主要调查当地的控制点分布情况、交通情况、水文分布情况、植被情况、以及当地的风俗民情等。相关资料包括待测区的地形图，各类控制点成果以及与之有关的地质、交通、气象、通信等方面的资料。

（二）选择接收机型号并检验

一般小于20公里点位情况良好，宜采用单频接收机，反之，选用双频接收机。接收机性能的检验主要有：一般检验，主要检查接收机各部件及其附件是否完好，使用手册等相关资料是否齐全等；通电检验，主要是检验接收机通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作情况；实测检验，主要检验方法为标准基线检验。

2、外业测量工作

（一）合理选点

每点最好能与其中某一点通视，应选择在上空开阔、视场内周围障碍物的高度角小于15°，以免信号被遮挡或吸收，影响观测质量。要远离大功率无线电发射源和高压电线等，其距离应大于200m，以免电磁场对信号的干扰。

（二）埋设标志

GPS网点应埋设具有标志的标石，以精确标志点位，点的埋设必须坚固以利于长久保存与利用，并做好记录。

（三）外业观测

外业观测工作主要包括：安装天线、观测作业和观测记录等。天线利用三脚架安置，天线底板上的圆水准器气泡必须居中，天线的定向标志应指北。观测作业就是获取所需要的定位信息和观测数据。观测记录由GPS接收机自动进行，观测者应做好记录。在测量的过程中，应严格限制高频及对讲机等无线电波的使用，避免环境对信号的干扰，从而提高GPS本身的定位精度。

四、GPS定位技术在桥梁施工测量中的应用

1、在水中进行桥墩交会的定位

在进行桥梁施工前必须要进行桥墩交会定位，按照传统的施工方法普遍采用前方交会法进行，然而有些大桥的施工处江面海面比较开阔，无疑给桥墩交会增加了难度。GPS动态定位（RTK定位技术），通过载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术发挥了不可估量的优势。实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，其工作原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，然后计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。采用这种方法进行水中桥墩定位时，只需要在基准站安装一台GPS接收机，这样用户可实时监测待测点的三维坐标，精度可达1～2cm。

2、桥梁塔柱施工中的应用

目前许多大型斜拉桥塔柱的高度也在不断增加，这就使得控制斜拉桥塔柱的斜率成为了确保桥梁质量的关键性问题，而且桥梁索塔间的跨度大，水位深，如果要按照传统方法很难进行精确测量，过去采用常规的放样方法很多，一般要放样一个设计点位时，往往需要来回移动目标，需要2～3人共同进行操作，而且有时在放样过程中对于遇到的一些困难的情况还必须借助于很多方法解决后才能进行放样，因此需要在桥梁施工的过程中利用GPS定位技术来代替传统放样。

GPS定位技术在泉州晋江大桥建设中进行了尝试和验证。大桥由主桥、南北引桥及南北互通立交组成。利用RTK技术放样时，仅需要把设计好的点位坐标输入到微型计算机中，测量人员带着GPS接收机，当测量人员走到相应的测量地点时，GPS接收机会自动提醒，这样既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。实践证明，利用GPS定位系统进行测量得到的结果是准确可行的。

3、在控制测量中的具体应用

根据桥梁自身的特点，桥梁施工控制网的范围普遍很大，特别是一些跨江河跨海的特大型桥梁，其巨大的跨度给测量带来了很大的困难，例如：福建莆田东吴大道罗屿特大桥位于湄洲湾海域，跨越罗屿海峡，桥梁设计为城市主干道海上特大桥，桥梁全长749米，两侧引道394米，总长1143米，最大水深约22.5米，设计为双向四车道，其中桥面宽度为22.5米。规模浩大，海面辽阔，受潮汐影响，海峡中央无控制点，如按照传统方法进行测量根本无法确保结果的精確性，所以应推广使用GPS定位技术的静态定位法进行桥梁控制网的测量。这种测量方法是通过GPS接收机在每一个流动站进行静止的观察测量。在进行观测的过程中，GPS接收机还能够同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时计算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，而且计算精度能够满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；若采用常规测量方法，如使用全站仪测量，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而如果采用RTK技术可起到事半功倍的效果。

五、结束语

GPS定位系统在公路工程、高速公路建设、跨越江河、大海特大型桥梁工程、市政建设等方面，已经取得了大量成功的经验，对工程项目建设的各个方面都具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]刘双海.GPS定位技术在桥梁施工测量中的应用[J].城市建设理论研究.2011.