GPS在路桥设计中的优势及应用分析

吴喜俊 韩 兵 王建修 左连华

（吉林省荣邦工程设计咨询有限责任公司，吉林 长春 130000）

1 GPS在路桥设计当中的使用原理

GPS的基本原理是测量出已知位置的卫星到测量人员接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而测量人员到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到测量人员所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是测量人员与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR），当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码发射导航电文。当测量人员接收到导航电文时，提取卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与测量人员的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，测量人员在WGS-84大地坐标系中的位置数据便可得知。

2 GPS测量方法对比常规测量方法的优点

2.1 不受时间、地点的限制

GPS的使用不会受到时间和地点的限制，它可以在全球的任何一个位置、任何的时间进行观测，所以，全天24 h，海陆空任何的地点都可以随时进行定位。

2.2 不受天气限制

GPS的使用不会受到天气的任何限制，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。

2.3 实时定位

GPS的定位结果是实时的，以往的卫星系统对定位结果的获得，是要测几个时间段的时间之后，才能得知，而GPS是利用实时的数据获得实时的定位，所以，GPS具有实时性，对于使用导航的用户而言，方便、快捷和准确。

2.4 无须通视

在传统的测量方式中，两个点之间，只有通视才能测量，而GPS在测量时，它的最大优势在于两点之间的测量不再需要通视，只要测量点能够接收到卫星的信号，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的便利，减少了成本费用，同时测量的精确度非常高。

2.5 降低了测量难度

GPS接收机在不断的更新和完善，所以，GPS的自动化测量技术也逐渐提高，正在慢慢趋向于“傻瓜式”操作。对于一些较为复杂的地形和在较为恶劣的环境下，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，而接下来的测量工作均由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，目前的接收机的功能越来越强大，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的劳动强度，提高了工作的效率。

2.6 定位精度高、速度快、经济效益高

与传统的方法比较，GPS的精度较高、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的，所以，GPS在国家经济建设的发展上做出了卓越的贡献，同时创造了较高的经济效益。

3 GPS在桥梁设计中的应用

GPS技术在桥梁设计中得到了很好的应用，它在进行测量时，构成的网状不仅能提高精确度，同时对测量支点的监测也取得了很好的效果。

3.1 GPS静态相对定位在桥梁设计中的应用

GPS静态相对定位的一般方法，就是将1台GPS接收机安置在已知坐标的地面点（已知点）上；另1台或多台GPS接收机安置在未知坐标的地面点（已知点）上，并保持各接收机固定不动，同步连续观测相同的GPS卫星星座，用以求得未知点相对于已知点的坐标增量（基线矢量），从而由已知点坐标，推求各未知点坐标的方法。由于进行连续观测，取得了充分的多余观测量，因而可获得非常高的定位精度。GPS静态相对定位是迄今为止较为经典的定位模式，在大型或者特大型桥梁的工程测量中发挥着举足轻重的作用，它被广泛应用在平面控制测量和变形监测工作中，其特点是测量精度高、时效性强、成本低等。GPS静态相对定位技术，彻底解决了传统测量测量技术的一些弊端，比如对于长距离的测量精准度不高，所以，GPS静态相对定位技术是桥梁设计中不可或缺的技术内容。

3.2 GPS动态相对定位在桥梁设计中的应用

GPS动态相对定位，是将GPS接收机放在已知坐标的基准站上，在此对相同的卫星进行观测，基准接收机将瞬时观测量与由基准站已知坐标求得的相应结果进行比较，得出瞬时校正值，并用该瞬时校正值改正流动接收机的瞬时观测培，从而求得流动站乃相对于基准站五的瞬时位置。根据相关的数据显示，相比较传统的定位方法，应用GPS技术能提高作业效率和降低成本将近3倍以上。所以，在桥梁设计中应用GPS动态相对定位是非常有必要的。

3.3 GPS-RTK 定位在桥梁设计中的应用

GPS-RTK定位是基于载波相位测量的动态相对定位方法。它是随着对整周未知数方法快速确定的不断进步，所以现在也发展成了实时性强、精度较高的动态相对定位方法。它是GPS测量技术上的新的突破，采用的是载波相位动态实时差分的方式，这项技术的应用，为路桥的设计提供了新技术的支持，从根本上提高了作业的效率。

3.4 GPS在公路工程的控制测量上的发展前景

在公路工程的测量上，GPS的两大功能得到了应用，即动态功能和静态功能。动态功能指的是通过卫星系统，将三位坐标点位放样在地面上；而动态功能指的是通过卫星系统接收到的信息，将地面上点的三维坐标进行确定。所以，GPS在公路工程控制监测上的发展前景是非常广泛的，具体表现在以下几个方面：第一，GPS精确度较高。GPS在实际的应用中，不会因为地域条件的恶劣、天气条件的恶劣、距离的长远等受影响，它的精确度都是非常高的。第二，GPS测量的工作效率高。GPS在实际的应用中，不会因为人为的因素受到任何的影响，测量过程中都是由计算机相关技术等进行自动的记录、计算，以及处理数据等，提高工作效率的同时，也提高了测量质量。第三，GPS-RTK技术彻底颠覆了传统公路测量模式。PTK在实际的应用中，对某位置的空间三维坐标能够快速准确地得出，其时效性较强，这种技术在路桥的设计中非常适合。第四，GPS测量提高作业效率，降低劳动强度。GPS在实际的应用中，与常规的测量方法的作业效率高3倍之多，同时降低了作业的强度和工作量，从根本上提高了效率。第五，GPS精度和同程的测量，可以与平面测量保持一致。由于近些年路桥等级的提高，对于一些特殊的地域环境，如山岭山丘、河流等，传统的测量已经不能满足实际的要求，而GPS进行高程测量恰恰可以实现高精度的测量，所以GPS的应用领域非常广泛。

4 GPS在桥梁沉降变形监测的应用

我国的跨河跨海桥梁众多，而且都是大跨度的桥梁，这些桥梁在长期的使用中，由于载荷、材料、承载力、管理等问题，都可能对桥梁的结构有不同程度的损伤，一旦桥梁结构性出现问题，其所带来的影响是巨大的。所以利用GPS，对桥梁进行变形监测，提高设计的寿命，保证桥梁的安全。传统的工程测量方法对桥梁进行变形监测，虽然工程测量的可靠性和精确性较高，但是测量的过程工作量非常大，耗费大量的人力、物力，所以导致了工作效率不高，工程测量还需要监测点和基点之间的通视，这个过程会受到气候影响，所以连续监测和自动化监测不能够很好的实现，这些弊端对变形监测结果有很大的影响。通过GPS进行测量，可以实现高精度的定位，不会受到任何气候条件、地理条件的影响，连续工作性和自动化监测效果较强，与此同时，监测点和基点之间不需要进行通视，而是通过卫星进行定位，所以，在桥梁沉淀变形监测中应用GPS，可以更好地得出监测结果，其准确率较高，也节省了大量的成本。

5 结语

综上所述，在卫星定位系统中，GPS是最新的定位与导航系统，它的导航持续性能非常强，同时也有较强的定位能力，抗干扰性能和保密性能也非常强大。目前由于GPS高精度的定位技术以及其具有的无限的潜力也正在被慢慢地挖掘，测量工作者们对其有很大的研究兴趣。GPS测量理论和设备的日益发展，GPS的技术逐渐成熟，测量的功能非常强大，所以，在我国的路桥设计中，使用GPS技术，不仅降低了设计成本，同时也颠覆了传统的测量方法，为设计工作提供了便捷，提高了设计的精确度。