GPS在现代桥梁工程测量中的应用分析

2016-12-31李彬

现代商贸工业 2016年20期

关键词：全球定位系统测量方法桥梁工程

李彬

(内江市川东工程勘察监理咨询有限公司，四川内江 641003)

对于铁路、公路来说，必不可少的一部分就是桥梁，针对现代桥梁工程的测绘技术来说，CPS定位技术是相当常用的。为此，本文重点介绍了全球定位系统在现代桥梁工程测量中的应用，从而探索出一种更为有效、更为广泛的桥梁测量方法。

1 桥梁GPS测量的测量方法

1.1 GPS静态测量方法

针对当前多种GPS测量方法来说，历史最为悠久的就是静态测量。从上世纪90年代的初期，这种测量方法就在特大型桥梁工程的平面控制网测量中有所应用。GPS静态施测桥梁控制点之前，通常的做法就是通过精密三角网或者是精密导线测量来对桥梁基准点进行测量。我们对传统三角测量和GPS测量方法进行了对比后发现，GPS静态测量方法具有的优点是比较多的，常见的就有效率高、精度高、受限制的条件少等，所以，在桥梁工程平面控制测量工作中，GPS静态相对定位测量方法得到了更加广泛的应用，而变形监测工作也是如此。从近几年的情况来看，这种技术能够处理长边控制网施测精度问题，我们以具体工程作为案例分析，静态GPS控制网在杭州网跨海大桥，港珠澳大桥的基准点测量都有了成功的应用。

1.2 GPS实时的动态差分(RTK)的定位测量

笔者认为有必要对这种测量方法的工作原理进行介绍，这种定位测量技术的工作原理就是利用两台GPS接收机同时作业，但是保持一台固定不能移动，而另一台可以实时移动，而想得到快速和准确的定位，就需要这两台机器之间的即时数据交流而实现。结合相关的工作经验来看，利用这种测量方式能够比较容易将测量的精度实现到厘米级。当前这种技术在桥梁钻孔放样，桥梁水下地形测量、桥梁施工及较宽的定位等方面。在这项技术之前，常用的方法是全站仪跟踪方法对目标和经纬仪交会法和信标应用测量等。但这些方法存在的问题很多，如精度低、效率低、定位困难等。RTK技术在现代桥梁施工中应用的广泛程度是最大的，其效率之高和可靠的优点也得到了相关工作人员的认可。

1.3 GPS高程拟合技术

GPS实时的动态差分(RTK)还有一个比较明显的优点，就是能够获取平面坐标和高程值，并且可以在同一个时间实现。不过也受到卫星分布、高程异常和测区条件差等条件的限制，导致RTK高程测量没有得到人们的充分肯定。目前我们需要探讨的就是利用各种方式来拟合出精度较高的GPS高程。当前取得比较理想的成效就是各地建设的连续运行卫星定位参考服务系统，但是这部分网络经过精密平差，实施了更加严密的重力模型，能够在很大程度上解决了高程测量精度的弊端。某些地方是没有CORS网络的，而GPS高程测量应该拟合多个分部合理的水准高程点，这样的目的就是为了得到较高的GPS拟合高程。从我国当前的状况来看，GPS高程拟合的理论和操作方法与发达国家相比还是存在一定的差距，但是在相关技术不断完善和自身硬件条件不断提升的背景下，高程拟合的精度也取得了不小的进步。

2 GPS技术运用在桥梁建设中的优势分析

2.1 摆脱了天气因素的限制

对于阴雨天气或者恶劣环境来说，一般的建筑工程测量都难以正常开展工作。但是这种新型的GPS接收机实现了强大的抗干扰能力，GPS测量技术也摆脱了历史上的这种困境。除去了障碍物的因素，GPS定位技术就能够任何时候任何地点在地球上观测到超过四颗卫星进行测量，特别是北斗卫星系统和CLONASS系统运作之后，GPS测量技术也摆脱了从前的看天测量模式。

2.2 排除了通视的障碍问题

传统利用三角网法进行测量，这种方法对于控制点的通视要求是相对较高的，另外对于布点的优化也是一件比较困难的工作。利用GPS方法进行控制测量的话，需要确保必要点互相通视的前提下，在更加合适的地方选择好点位，进一步将基准网的质量提高。对于RTK测量来说，通视是其中优点比较明显的技术，尽管部分非关键点遭到破坏，但是测量工作也能正常开展。

2.3 性价比比较高

以前级别比较高的桥梁测量，结合全站仪的高精度，以便更好地完成测量工作和通视要求的测量者是比较高的。目前，全球定位系统技术的应用越来越广泛，从价格的角度来看，全球定位系统接收机的价格低于传统仪器的价格。但是更多情况下GPS测量精度要比全站仪可靠，其作业效率更加让人满意。GPS接受机也在施工单位中广泛应用开来，用其来引导施工作业，一方面可以加快施工进度，另一方面还能够提高测量的精度，防止高人力成本的消耗，这也是技术高性价比优势的一种体现。

3 GPS技术在桥梁测量中的弊端分析

3.1 受到遮挡物的影响程度大

对于桥梁测量来说，遮挡物是不能不提及的话题。常见的遮挡物就有机械设备、树木，甚至是桥梁自身，而这些因素就会影响到测量的精度，更为严重的影响就是正常测量工作都不能开展，虽然说，在实际工作中，大部分桥梁测量都可以使用GPS测量技术，从而获取理想的定位服务，但是由于遮挡物的存在，GPS测量方法就难以实现优化。这也告诉我们一个道理，某些状况下单纯的GPS定位技术还是比不上传统的测量技术。

3.2 不稳定的高程精度

上文提到如何有效获得高精度GPS高程成果的问题，那么要想得到可靠GPS拟合高程也是一件比较难以实现的工作。通常情况下，GPS高程测量的精度还是令人满意的，但是如果遇到了遮挡物或者是处在群山峻岭中桥梁情况的话，高程精度问题就不得不引起我们的重视。当前服务在空间的GPS卫星数量相当的多，大陆地区就有十几颗，平面定位精度不会产生较大的问题。但是有一个较为严重的问题需要我们重视，那就是GPS分布的结构不是很理想，这就影响了高程测量的精度。在实际测量中，10多厘米的误差更为常见，这与工程项目的要求相反。但在全球定位系统拟合中存在一些缺点。输入的测量坐标参数有偏差，点校正模型是不理想的，它会影响高程测量的精度。例如，三个高程点的校正，如果能够实现三个基本的直线，那么高程模型造成的偏差，会放大直线联测的高程点精度数倍。要有效地处理测量问题，可以考虑实现高性能的全球定位系统接收机的的的的观测方案的优化，综合了各种测量方法和作业，所以可以实现一定程度的高度测量精度。

3.3 实时亚厘米的平面定位难以实现

虽然目前在全球定位系统还存在许多不足，但对于普通桥梁工程的测量，它可以满足。但是，但是要想实现实时亚厘米级的平面定位或有一定的难度。探究原因，主要表现在以下几个方面：一是建筑施工现场的环境比较复杂，受到遮挡和干扰的影响，GPS接受信号的功能未能充分发挥，而这种情况下，观测到的卫星数量就会减少，几何图形强度减低，也降低了卫星的质量。第二，GPS定位技术在桥梁工程中的应用，其测量精度也会受到多路径效应的影响。第三，RTK测量自身的定位精度难以保证在1厘米之内。但是采用全站仪的话，可以实现1毫米左右的精度，这也是GPS测量技术难以实现的。现在测量工程技术人员作出了各种努力，提高RTK平面定位精度，目前常用的手段就有缩短移动站与基准站间的距离，采用精度更高的GPS接收机，剔除信号不稳定的卫星等等。尽管RTK平面定位精度技术得到了改观，但是仍然是处于不成熟的阶段。