GPS技術(shù)在道路橋梁工程測量中的應(yīng)用

孟祥妹　趙振東

摘 要：GPS技術(shù)由于其高精度、全天候、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，目前在大地測量與道路工程測量等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。文章主要通過介紹GPS應(yīng)用技術(shù)的原理與發(fā)展，與GPS技術(shù)的優(yōu)越性等特點(diǎn)，并結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)對GPS技術(shù)應(yīng)用在道路工程測量的相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：GPS-全球定位系統(tǒng)；道路橋梁；工程測量

引言

GPS（Global Positioning System）-全球定位系統(tǒng)，GPS技術(shù)是從20世紀(jì)70年代由美國開始研制的最早應(yīng)用于軍事部門的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，GPS具有全球性、全能性、全天候、實(shí)時(shí)性和連續(xù)性的精密三維定位導(dǎo)航功能，并且具有良好的保密性和抗干擾性。由此GPS以其簡單高效的特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于測繪技術(shù)領(lǐng)域與道路工程測量、海洋測量以及導(dǎo)航等領(lǐng)域，并取得了顯著的成效。實(shí)踐證明，GPS技術(shù)在縮短工期和設(shè)計(jì)靈活性及降低成本等方面，GPS技術(shù)較常規(guī)的測量技術(shù)具有較多的優(yōu)越之處。

1 GPS技術(shù)簡介

全球定位系統(tǒng)（GPS）是美國第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS接收機(jī)是由由24領(lǐng)衛(wèi)星組成，其中包括21顆工作衛(wèi)星和2顆備用衛(wèi)星，并均勻的分布在6個(gè)近似圓形的軌道上。各個(gè)軌道平面之間的傾角為55，平均運(yùn)行周期為11小時(shí)58分。一般情況下能同時(shí)觀測到6 顆衛(wèi)星，最多時(shí)可到9顆衛(wèi)星。

GPS定位原理類似于傳統(tǒng)的后方交會原理。如果已知空間GPS衛(wèi)星的具體位置。如果僅需確定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)則GPS接收機(jī)只需要繼續(xù)接收3顆GPS衛(wèi)星發(fā)射出的衛(wèi)星信號。也就是取得衛(wèi)星到測站點(diǎn)的幾何直線距離，就可以根據(jù)后房交會的原理確定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。但實(shí)際中因?yàn)樵靸r(jià)或工程費(fèi)用的原因，GPS接收機(jī)中的時(shí)鐘精度是有限的，同時(shí)與GPS時(shí)間相比有較大的偏差，所以就需要將這一時(shí)間作為待定的參數(shù)，將其與待定空間參數(shù)結(jié)合并就解，因此最少需要4顆全站儀衛(wèi)星。

2 GPS在道路橋梁工程測量中的應(yīng)用

近年來，隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，道路工程測量技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，GPS技術(shù)為道路工程測量提供了嶄新的技術(shù)方法和手段。以GPS技術(shù)為依據(jù)的高速度、高效率、高精度的GPS相關(guān)技術(shù)，正逐漸取代傳統(tǒng)的用于道路工程測量中的測角、測距、測高程為主體的地面測量定位技術(shù)。與此同時(shí)定位范圍已從陸地和近海擴(kuò)展到海洋和宇宙空間，定位方法已從傳統(tǒng)的靜態(tài)擴(kuò)展到動態(tài)，定位服務(wù)領(lǐng)域已從傳統(tǒng)的導(dǎo)航和測量領(lǐng)域擴(kuò)展到當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的廣闊領(lǐng)域。

當(dāng)今，我國GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個(gè)領(lǐng)域，例如：GPS技術(shù)已普遍應(yīng)用到國家大地水準(zhǔn)網(wǎng)、城市高程控制網(wǎng)、道路工程控制網(wǎng)的建立與改造中，同時(shí)在石油勘探、通信線路、高速公路、地下鐵路、建筑變形、隧道貫通、大壩監(jiān)測、地震的形變監(jiān)測等也已廣泛的使用全站儀定位-GPS技術(shù)。同時(shí)隨著GPS差分定位技術(shù)和RTK實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)的不斷發(fā)展，單點(diǎn)定位精度不斷提高，GPS技術(shù)不僅在工程方面應(yīng)用廣泛，在導(dǎo)航、石油物探點(diǎn)定位、運(yùn)載工具實(shí)時(shí)監(jiān)控、地質(zhì)勘查剖面測量等領(lǐng)域?qū)⒂懈訌V泛和優(yōu)越的應(yīng)用前景。

2.1 GPS在道路建設(shè)工程控制網(wǎng)中的應(yīng)用

道路工程控制網(wǎng)是道路工程建設(shè)、管理和維護(hù)的基礎(chǔ)，其精度要求與道路工程項(xiàng)目的性質(zhì)及規(guī)模關(guān)系密切。常規(guī)的方法多采用邊角控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)。而利用GPS定位的方法建立道路工程控制網(wǎng)，具有點(diǎn)位選擇限制少，作業(yè)時(shí)問短，工程費(fèi)用低及成果精度高等特點(diǎn)。且GPS定位方法可用于建立道路工程首級控制網(wǎng)，及變形監(jiān)測控制網(wǎng)、工程勘探、道路施工控制網(wǎng)及隧道等地下工程控制網(wǎng)的布設(shè)等等。為保證工程的精度GPS定位方法通常采用載波相位靜態(tài)差分技術(shù)。以保證工程數(shù)據(jù)精度能夠達(dá)到毫米級別。

2.2 GPS在工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用

變形監(jiān)測技術(shù)主要應(yīng)用于監(jiān)測大橋、高層建筑等建筑物及構(gòu)筑物的地基沉降、位移及其整體的傾斜狀況等。變形監(jiān)測工作的特點(diǎn)是被監(jiān)測建筑物的尺寸比較大，監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜且對監(jiān)測技術(shù)的要求比較高。傳統(tǒng)常規(guī)的監(jiān)測技術(shù)是應(yīng)用水準(zhǔn)測量的方法，監(jiān)測地基的沉降情況。傳統(tǒng)技術(shù)是應(yīng)用小角度測量方法。投點(diǎn)法及視準(zhǔn)線法監(jiān)測地基的沉降位移和及整體的傾斜狀況。當(dāng)今GPS技術(shù)也可應(yīng)用在變形監(jiān)測領(lǐng)域，通常我們通過建立高興度的GPS監(jiān)測網(wǎng)，得到毫米級季度的嘴對平面位移與相對豎直監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后通過利用全站儀進(jìn)行監(jiān)測對比。實(shí)踐表明GPS技術(shù)可以完全取代高精度的邊交網(wǎng)控制測量，且精度相對較高。因此在有條件的情況下，利用GPS控制網(wǎng)更加方便快捷。

3 GPS技術(shù)應(yīng)用在道路橋梁工程測量的優(yōu)點(diǎn)

3.1 GPS技術(shù)用途廣泛：GPS技術(shù)可應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)多個(gè)領(lǐng)域。在工程測量領(lǐng)域里，GPS定位系統(tǒng)可應(yīng)用于大地測量、地殼板塊運(yùn)動監(jiān)測、工程施工、道路橋梁建設(shè)等領(lǐng)域，可以應(yīng)用于建立各種工程監(jiān)測網(wǎng)及進(jìn)行各種繁瑣的工程測量等。進(jìn)行各種工程測繁等。自動變形監(jiān)測系統(tǒng)、工程施工的自動控制系統(tǒng)是未來GPS技術(shù)的在工程測量中的研究方向之一。

3.2 利用GPS技術(shù)在進(jìn)行線路測量時(shí)不受天氣狀況的影響

GPS測量技術(shù)采用的是衛(wèi)星定位原理，可以再任何的時(shí)間地點(diǎn)連續(xù)的進(jìn)行觀測工作，且可以在視線不佳的天氣或夜間進(jìn)行觀測不受天氣狀況的影響。該優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的光學(xué)測量儀器無法比擬的。

3.3 GPS技術(shù)定位精度高

利用GPS進(jìn)行測量其精度較傳統(tǒng)方法要提高很多。其中、短距離精度可達(dá)毫米級。其中大型建筑物、構(gòu)筑物變形監(jiān)測如果采用特殊的觀測手段方法和適當(dāng)數(shù)據(jù)處理模型和軟件后。其平面精度可達(dá)到亞毫米級。

3.4 GPS技術(shù)應(yīng)用到工程測量中工作效率高

GPS技術(shù)對測量的數(shù)據(jù)具有存儲功能，通過計(jì)算機(jī)連接和繪圖軟件可以直接將測量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生成平面圖和斷面圖，從而大大減小了繪圖的工作量，提高了工作效率。實(shí)踐表明，GPS應(yīng)用在道橋工程測量中可大大提高工作效率，簡化傳統(tǒng)的測量程序，從而大大的縮短了測量時(shí)間。利用GPS 控制網(wǎng)進(jìn)行選點(diǎn)其靈活度高，布網(wǎng)方便，基本不受通視、網(wǎng)形的限制，特別是在地形復(fù)雜、通視困難的測區(qū)，利用GPS技術(shù)其優(yōu)越性更加明顯。

4 結(jié)束語

綜上，應(yīng)用GPS技術(shù)建立道路勘探、施工控制網(wǎng)和隧道工程等領(lǐng)域具有顯著地優(yōu)勢。在道路橋梁工程領(lǐng)域，GPS技術(shù)其自身獨(dú)有的強(qiáng)大功能，充分顯示了它在工程領(lǐng)域?qū)嶋H工程測量工作中較常規(guī)控制測量手段起具有更大的適應(yīng)性和優(yōu)越性。但也同時(shí)存在著一些不足，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)一步的研究GPS的強(qiáng)大功能將不斷完善。GPS技術(shù)將在國民經(jīng)濟(jì)的更多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

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作者簡介：孟祥妹（1986，11-），女，籍貫：黑龍江牡丹江，黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士，研究方向：道路與鐵道工程。

趙振東（1986，2-），男，籍貫：黑龍江牡丹江，黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，本科，研究方向：土木工程。