橋梁監控中的GPS－RTK技術研究

禹鵬，謝勇(貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司)

橋梁監控中的GPS－RTK技術研究

禹鵬，謝勇
(貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司)

摘要:主要研究橋梁監控中的GPS－RTK技術。對橋梁控制測量中的GPS技術進行了分析，并對應用GPSRTK技術的橋梁監控工作展開了討論，GPS－RTK技術充分發揮了GPS技術與RTK技術的優勢，同時彌補了相互間的不足，在橋梁監控中的應用彌補了傳統監控技術的缺陷，獲得了更高的測量精度和效率，成本也有所下降，實際應用中需要重視對橋梁控制網的布置設計以及基準線的確定，從而有效保證橋梁監控質量。

關鍵詞:橋梁監控; GPS－RTK;測量

中圖分類號:U445

文獻標識碼:C

文章編號:1008－3383(2015)06－0079－01

收稿日期:2015－03－31

作者簡介:禹鵬(1988－)，男，重慶墊江人，從事橋梁檢測方面的研究。

1　橋梁控制測量

1.1橋梁控制網

對比常規工程控制網，橋梁控制網范圍更小，但點位密度大，對精度要求比較苛刻。橋梁平面控制網布測范圍通常在0.2～10.0 km，橫向在0.1～2.0 km，測量范圍比較小，在這么小的區域內須進行橋墩、承臺、梁等構件的施工，所以橋梁控制網點的布置是比較稠密的。

從施工初期到工程竣工，橋梁施工控制點從軸線放樣、墩臺基礎開挖以及澆筑再到上部結構安裝，橋梁施工控制點往往需要多次重復使用，因此在布置點位時要充分考慮點位的穩定性和使用的方便性，同時要注意做好護樁工作，并進行經常性檢查。

1.2橋梁控制網的布置

控制網布置質量好壞對橋梁工程施工控制有著重要意義，主要體現在精度、可靠度、靈敏度和施工費用等幾個方面。精度主要是對網點點位的精確程度描述，可靠度則是指在一定顯著水平下對粗差的發現與抵抗能力，靈敏度則是給定顯著水平與校驗功效下，進過統計檢驗獲得某一方面變形下界值，用以衡量變形監測質量。設計控制網時需要根據控制網的用途對其質量指標進行適當調整，橋梁控制網的主要目的在于滿足橋梁施工放樣與變形監測需要，著重考慮精度、可靠性、費用。

1.3控制網施測

對于傳統橋梁控制網多選擇三角測量方法進行測量，近些年GPS技術的不斷發展與在橋梁工程施工控制中的應用，使得導線網、測邊網、邊角網等建網方式也逐漸普及，根據既往工程經驗，想要使控制網中某觀測元素達到設計精度級別，選擇測距方式比較理想。對于特大型新型橋梁控制網，多數都采用了測邊網，但是橋梁是典型的線狀建筑，橋梁控制網的橫縱比例往往失調，所以測邊網并不能獲得理想的橫向精度，對于高精度大型橋梁，更多采用了全測邊部分測角邊角網。

2　GPS測量技術

2.1GPS靜態相對定位

是一種經典的定位模式，從上世紀90年代開始就應用到特大型橋梁平面工程中，對比傳統三角測量方法，有著更高的精度與效率，并且能夠有效節省測量成本，在橋梁工程平面控制測量與變形監測中有著廣泛的應用，近些年，GPS相對靜態定位、快速靜態相對定位技術在大型橋梁工程施工測量定位中都發揮出了關鍵性的作用，有效解決了傳統測量技術不能進行長距離施工測量定位的問題。

2.2GPS實時動態差分定位測量

該項技術使用安裝在運動載體上的GPS信號接收機與安裝在基準站上的GPS接收機進行GPS衛星的同步跟蹤，經過實時差分處理之后確定運動載體的運行軌跡，能夠獲得優于±1 m的定位精度。橋梁工程中使用GPS實時動態定位技術配合數字回聲探測技術，能夠快速獲得區域內江河湖海地形圖，解決了特大跨海橋梁工程橋址水下地形圖的繪制問題。

2.3GPS－RTK定位測量

RTK是一種能夠在野外獲得厘米級測量精度的測量方法，使用了載波相位動態實時差分方法，在橋梁施工測量中應用的優勢在于能夠解決超長距離施工定位問題，獲得了比較理想的測量精度，通過專門定制的海上GPS打樁定位系統能夠實現自動測量，減少了施工測量耗費的時間。

3　應用GPS－RTK技術的大型橋梁施工監控

3.1控制網技術設計

(1)精度設計

根據橋梁設計要求確定控制網精度級別，對于精密工程，盡量選擇小的測量范圍，大型橋梁控制網絡通常要求橋墩中心在橋軸線方向上位置中誤差不超過2.0 cm，計算獲得點位中誤差不能超過8 mm，這相當于C級GPS控制網精度。

(2)基準設計

選擇足夠的地面坐標系起算數據和GPS測量數據重合，選擇足夠的地方控制點，獲得坐標轉換參數，選擇連測點要充分考慮舊資料，保持資料額定連續性，同時要注意避免舊資料造成的測量精度下降以及起算點之間的兼容性問題。

(3)網型設計

GPS網主要有跟蹤站式、會戰式、多基準式、同步圖形拓展以及單基準站式。高精度橋梁控制網為了進一步提高網精度，可選擇布置為三角網的形式，獨立環與附合路線坐標閉合差需要滿足規范標準要求。

3.2控制網布置

應GPS觀測要求，需要減少其他信號干擾，保證能夠正常接收信號，為了保證信號傳輸正常，要選擇四周開闊的位置布設控制點，并且地面超過15°范圍內不能存在障礙物，也要考慮避免多路徑效應，要求控制點周圍不能存在強反射面，遠離高壓線，為了保證網點精度，不能出現支點，并要將點位布置在穩固，能夠實現長期保存的地點。

3.3實測

(1) GPS設備選擇

選擇GPS設備需要按照作業控制網精度要求進行，并且選擇接收機參加作業之前需要檢驗設備的性能與可靠性，通常GPS接收機的檢驗工作主要有一般檢驗、通電檢驗、實測檢驗等步驟。

(2)外業實施

首選選點埋石。根據上述網點布置原則選擇合適位置，便于進行長期利用。在GPS點位置布置必要的中心標志標石，并保證標石穩定堅固，方便長期保存利用，尤其是大型橋梁有著相對較長的建設周期，GPS測點應用頻繁，要充分考慮測點的穩定性，可選擇施工強制對中觀測墩作為基準。

(3)作業模式選擇

GPS技術不斷發展，兩點間相對位置確定有著多種技術方法，形成了多種作業模式，不同的作業模式有著不同的觀測時間與作業方式，應用范圍也存在著一定的差別。現階段常見的作業模式主要有靜態相對定位、快速相對靜態定位、動態定位等技術，而GPS控制網可用的只有靜態/動態相對定位兩種工作模式。

對于橋梁施工控制GPS控制網絡，對控制網的精度要求需要并不是很高，無需選擇高精度但是觀測時間長的靜態相對定位模式，選用快速靜態定位就能夠快速并且高精度的完成控制觀測。

3.4數據處理

(1)基線解算

通常都選擇相位觀測值雙差分技術進行外業基線解算，配合隨機軟件應用廣播星歷進行解算。

(2)外業檢核

每天將觀測數據上傳到計算機應用隨機軟件進行基線解算，應用同步環、獨立環等外業數據檢核，存在不合格數據要重測或者補測。

4　結束語

GPS－RTK技術在橋梁實時監測中的應用對比傳統的測量方式有著很高的優越性，尤其是實時性與高采樣性能數據方便了橋梁狀態的分析研究，為橋梁建設與管理部門的決策提供了可靠的數據依據，保證了橋梁建設與使用的安全性能，是一種優秀的橋梁監控測量技術。

參考文獻:

［1］劉基余，李征航.全球定位系統原理及其應用［M］.武漢:武漢測繪科技大學出版社，2013.

［2］閆志剛，張兆龍，趙曉虎.GPS－RTK作業模式原理及其實用技術［J］.四川測繪，2011，24(2) : 66－69.