道路橋梁工程中的GPS技術(shù)研究

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【摘要】GPS在工程測量上具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，能夠很大程度上提高測量的精度、效率以及工程的質(zhì)量，使道路和橋梁的測量更加準(zhǔn)確，方便，快速；同時(shí)它還能夠進(jìn)行監(jiān)測工作，保證施工過程能夠更準(zhǔn)確、更高質(zhì)量的進(jìn)行，從而避免出現(xiàn)不必要的質(zhì)量缺失。本文詳細(xì)介紹了GPS測量技術(shù)的原理，重點(diǎn)討論在道路和橋梁施工測量中如何提高對GPS的運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】道路橋梁；測量；GPS；探討

1GPS技術(shù)概述

1.1概念及發(fā)展現(xiàn)狀

在當(dāng)前的工程建設(shè)領(lǐng)域，我們已經(jīng)開始將GPS技術(shù)運(yùn)用到道路與橋梁的建設(shè)中，進(jìn)行工程測量定位，逐漸取代了傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、全站儀。這不但是我們工程建設(shè)方面的一個(gè)進(jìn)步，還使得GPS技術(shù)朝著越來越成熟的方向發(fā)展下去。隨著人們對GPS的合理利用，越來越多的領(lǐng)域?qū)?huì)涉及到這項(xiàng)技術(shù)，它將引領(lǐng)將人們從陸地工程轉(zhuǎn)變到海洋中和宇宙空間上，從靜態(tài)定位轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)定位，為廣大領(lǐng)域的研究開拓路線。

1.2GPS系統(tǒng)的構(gòu)成

1.2.1空間部分———GPS星座

GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20～200km的上空，均勻分布在6個(gè)軌道面上，每個(gè)軌道面4顆。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象，這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/p>

1.2.2地面控制部分———地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)測系統(tǒng)也是整個(gè)GPS中重要的系統(tǒng)，由主控站、全球監(jiān)測站和、地面控制站（又稱注入站）組成。主控站是從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，編制電文，然后將結(jié)果送到地面控制站，同時(shí)還能夠?qū)πl(wèi)星的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，傳送到主控站中統(tǒng)一管理，并且能夠了解氣象的變化；地面控制站（注入站）的作用十分簡單，在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)，把這些電信號導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到GPS衛(wèi)星中，空間部分和地面控制

1.2.3用戶設(shè)備部分———GPS信號接收機(jī)

用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機(jī)，接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。目前各種類型的接收機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用，尤其在道路與橋梁的測量中，很大程度的減輕了工作量，提高了工作效率。

2GPS進(jìn)行道路橋梁測量原理及分類

當(dāng)運(yùn)用GPS技術(shù)在道路和橋梁工程施工測量上時(shí)，衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶的GPS接收機(jī)接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。這一過程實(shí)際上是將衛(wèi)星作為動(dòng)態(tài)空間已知點(diǎn)，利用距離交會(huì)的原理確定接收機(jī)的三維位置。

2.1GPS定位按定位方式分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位）

2.1.1單點(diǎn)定位

單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等載體的概略導(dǎo)航定位。

2.1.2相對定位（差分定位）

相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。

2.2GPS定位按接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位

2.2.1靜態(tài)定位

靜態(tài)定位是指GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上是靜止進(jìn)行觀測的，并且在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，在觀測過程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，接收機(jī)高精度地測量GPS信號的傳播時(shí)間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)。

2.2.2動(dòng)態(tài)定位

動(dòng)態(tài)定位是指GPS接收機(jī)測定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡，測量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測數(shù)分鐘進(jìn)行初始化工作，然后流動(dòng)站按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。

3道路橋梁工程測量中GPS運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)

（1）GPS測量技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用，因其較高的精度，減少了過去放線誤差引起的返工，提高了勘測精度和勘測效率。一般每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1～2s，流動(dòng)站小組作業(yè)，每小組3～4人就可完成中線測量5～10km，并且在中線放樣的同時(shí)就可以完成中樁抄平工作。另外gps測量技術(shù)還可以涵蓋路橋測量的平、縱、橫，以及施工的放樣、監(jiān)理的復(fù)測、竣工測量、養(yǎng)護(hù)測量等等諸多方面，在路橋勘測、施工和后期養(yǎng)護(hù)、管理中都有著較大的優(yōu)勢。（2）以前在道路橋梁的測量中常采用全站儀，它雖然能夠完善地實(shí)現(xiàn)了測量和處理過程的電子一體化，并且能夠自動(dòng)顯示測量結(jié)果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了與外圍設(shè)備交換信息，但是該儀器與GPS比較，GPS更勝一籌。GPS不需要測站點(diǎn)之間相互通視，不受氣候影響，能夠節(jié)省龐大的人力物力，在測量時(shí)，精度高、作業(yè)快、費(fèi)用省、應(yīng)用靈活，并且還有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。采用GPS在一般的地形地勢下，特別是在地勢較高的地方，只需設(shè)站一次即可測完半徑為15km以內(nèi)的測區(qū)，大大地減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和全站儀的搬站次數(shù)，僅需一個(gè)人在地形地貌碎部點(diǎn)進(jìn)行觀測，可以得到該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。（3）GPS技術(shù)還可以利用專門的配套軟件，組建與工程對應(yīng)的模型進(jìn)行施工，很大程度上提高了工程的準(zhǔn)確度，避免了工程在傳統(tǒng)施工方法時(shí)可能出現(xiàn)的未知問題。根據(jù)測量的結(jié)果，還可以直接繪制出施工流程，或者是相應(yīng)的區(qū)域圖，有效地提高了施工單位的工作效率。

4道路橋梁工程測量中GPS技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1變形監(jiān)測

道路與橋梁工程的建設(shè)往往具有施工環(huán)境復(fù)雜、工程體量巨大、施工過程中不確定的因素眾多等特點(diǎn)，造成測量控制過程也困難重重。如果測量的精度得不到很好的保證，工程的質(zhì)量也將不可避免的受到影響。而GPS技術(shù)很好的解決了這個(gè)難題。將GPS系統(tǒng)與工程實(shí)體相連，對建筑內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)施工出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，GPS會(huì)立即傳送數(shù)據(jù)，施工和管理人員會(huì)及時(shí)的得到信息，立即采取針對性措施，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。GPS也可以對建筑物所處的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，如路基邊坡開裂、滑動(dòng)，橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變形等，GPS會(huì)及時(shí)發(fā)送警報(bào)信號。這種技術(shù)不但保證了工程建設(shè)的安全，節(jié)省了不必要的費(fèi)用，同時(shí)還提高了工程整體的質(zhì)量。

4.2在工程的控制網(wǎng)中的運(yùn)用

在傳統(tǒng)的工程測量中，控制網(wǎng)的建設(shè)和管理對工程質(zhì)量的提高、施工安全的保障都有著極為重要的作用。采用GPS技術(shù)進(jìn)行控制網(wǎng)的建設(shè)，布點(diǎn)不受地形限制，測量放線不受時(shí)間段和氣候影響，能夠運(yùn)用較少的資金得到較好的效果。同時(shí)GPS技術(shù)因其精度較高，在隧道、工程勘探、施工等領(lǐng)域也能夠得到廣泛的運(yùn)用。

4.3提高了工作效率

通過GPS設(shè)備的數(shù)據(jù)接口、電纜和配套軟件，可以輕易的將它與計(jì)算機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和儲(chǔ)存，能夠?qū)y量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎴D、斷面圖等，減少了工程繪圖所消耗的大量時(shí)間，降低了技術(shù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了成果的準(zhǔn)確性，對工程的施工效率也有很大的提高。

4.4對斷面測量

通過使用GPS技術(shù)對傳統(tǒng)的方法進(jìn)行改進(jìn)，可以更準(zhǔn)確、更高效的測量道路和橋梁工程的土方開挖和回填工程量，大大減少了技術(shù)人員在現(xiàn)場工作量，可以輕松地得到測量樁點(diǎn)坐標(biāo)、高程和距離等數(shù)據(jù)，并利用繪圖軟件繪制斷面圖。在測量準(zhǔn)確度上，比傳統(tǒng)上的人工測量更加精確。在工程環(huán)境較差、地質(zhì)狀況差的地段，人為測量往往存在很大的誤差，并且對技術(shù)人員的人身安全也沒有百分之百的保證。GPS技術(shù)的運(yùn)用，能夠達(dá)到較高的效率和精度，逐漸成為工程測量必不可少的工具。

4.5對質(zhì)量成果進(jìn)行控制

在傳統(tǒng)的質(zhì)量驗(yàn)收中，驗(yàn)收人員往往要親臨施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察和測量，監(jiān)管部門也要在整個(gè)施工過程中進(jìn)行跟蹤監(jiān)督。但是運(yùn)用GPS技術(shù)，這些步驟都可以通過GPS技術(shù)大大簡化，在整個(gè)施工過程中進(jìn)行檢測和控制。到最后的竣工質(zhì)量驗(yàn)收，同樣也可以運(yùn)用GPS技術(shù)，對高程、坐標(biāo)和面積等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和匯總，根據(jù)結(jié)果來評定工程的質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，通過技術(shù)人員簡單的操作能夠自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算，省時(shí)省力。通過GPS測量的數(shù)據(jù)不僅可以明顯的看出工程是否合格，而且可以將數(shù)據(jù)永久保存，為工程今后的維護(hù)、管養(yǎng)提供可靠的依據(jù)。

5結(jié)束語

隨著時(shí)間的推移，GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢將會(huì)更加科技化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化，能夠讓廣大的用戶得心應(yīng)手，效率更高，將GPS運(yùn)用到道路和橋梁的建設(shè)中，使施工更簡便、更準(zhǔn)確、更高效，竣工檢查更公平，更有說服力，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)提供新的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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作者:蔣宏圖 單位:江蘇中源工程管理股份有限公司