GPS在路橋工程測量中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究

文｜廈門翔路順工程建設(shè)有限公司 林曉光

在新形勢下，城市加快了現(xiàn)代化的建設(shè)步伐，從而促進(jìn)了道路橋梁在施工和測量方面的技術(shù)不斷提升。路橋的施工建設(shè)與測量，會(huì)受到地理環(huán)境等各種因素的影響，這就使傳統(tǒng)的定位和測量技術(shù)越來越不適應(yīng)路橋工程建設(shè)中的測量要求，特別在現(xiàn)代化建設(shè)的步伐加快的同時(shí)，施工速度也相應(yīng)地提速，對施工中的測量數(shù)據(jù)提出了更高的精準(zhǔn)要求，而GPS 測量技術(shù)正好符合現(xiàn)代化路橋建設(shè)施工中測量的要求，GPS 測量技術(shù)更先進(jìn)，應(yīng)用到路橋施工建設(shè)中，使測量的數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，測量更高效，對提高路橋建設(shè)施工的整體質(zhì)量起到了積極的作用。

1 GPS概述

1.1 GPS的發(fā)展史

GPS技術(shù)是在1964年被研制成功的，主要功能是導(dǎo)航和定位。GPS系統(tǒng)不受天氣的影響和時(shí)間的限制，在能觀測到衛(wèi)星的前提下，只要能夠接受到衛(wèi)星信號，在地球的任何地方，都可以開展測量的工作，因此GPS系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用到各種領(lǐng)域中。

1.2 GPS的特點(diǎn)

GPS定位系統(tǒng)由三部分組成: 地面控制、空間衛(wèi)星控制、用戶。（1）GPS衛(wèi)星覆蓋全球，可以同時(shí)觀測到四顆衛(wèi)星，能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行定位和授時(shí)。也就是說，GPS系統(tǒng)不受時(shí)間和地點(diǎn)所限，可以在地球上的任何地點(diǎn)，比如江河湖海上、陸地上，在任何時(shí)間里，比如白晝和黑夜，都能同時(shí)觀測到四顆衛(wèi)星，從而完成授時(shí)和定位的工作。（2）GPS的定位服務(wù)不會(huì)受到天氣的限制，不管是在風(fēng)和日麗，還是在風(fēng)雨雷電的天氣里，更不管是在霧雪冰雹還是在更加惡劣的氣候環(huán)境下，都可以嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)地順利完成任務(wù)。（3）GPS定位具有實(shí)時(shí)性，它可以利用實(shí)時(shí)觀測的數(shù)據(jù)讓用戶實(shí)時(shí)了解自己所在的位置。如果利用子午衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位，需要對若干段時(shí)間進(jìn)行觀測，才能獲得用戶所在的具體位置，而GPS的實(shí)時(shí)性彌補(bǔ)了子午衛(wèi)星系統(tǒng)的不足。（4）在常規(guī)測量中，點(diǎn)與點(diǎn)之間需要通視才可進(jìn)行測量，而采用 GPS進(jìn)行測量時(shí)，點(diǎn)與點(diǎn)之間不需要通視，各個(gè)測量點(diǎn)只要能接收到衛(wèi)星信號就能進(jìn)行定位，不需要許多過渡點(diǎn)，因此GPS使測量工作更加方便、更加省時(shí)省費(fèi)，同時(shí)提高了測量的精準(zhǔn)度。

2 GPS在路橋工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 靜態(tài)GPS相對定位的應(yīng)用

靜態(tài)GPS相對定位，指的是接收衛(wèi)星信號時(shí)，使用有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的接收機(jī)同時(shí)進(jìn)行，衛(wèi)星信號處理后，與之有關(guān)的工作者就可以計(jì)算對應(yīng)的兩點(diǎn)在W GS-84地心坐標(biāo)系具體的三維坐標(biāo)的差，并能準(zhǔn)確確定其差值，把其中一點(diǎn)作為基點(diǎn)進(jìn)行推算對應(yīng)點(diǎn)上的坐標(biāo)。靜態(tài) GPS相對定位的優(yōu)勢是準(zhǔn)確率高，所以被應(yīng)用到各種領(lǐng)域中進(jìn)行監(jiān)測、測量、勘測、控制等，比如需要了解大地的詳細(xì)情況時(shí)、勘測城市中的道路、監(jiān)測形變、各種工程中的管理控制等。靜態(tài) GPS 相對定位在橋隧方面的應(yīng)用，從目前來看，主要應(yīng)用在線路精密控制網(wǎng)的勘測中，通過GPS測定航測相片外部具體控制點(diǎn)的情況是非常精準(zhǔn)的。在新時(shí)代的形勢下，路橋的工程不斷增多，規(guī)模也不斷擴(kuò)大，等級不斷提高，路線勘測的標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)地提高了，可是由于線路長，未知點(diǎn)多，所以傳統(tǒng)的測量方式已經(jīng)不能適應(yīng)其測量要求，而且測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，與現(xiàn)代路橋工程的要求也不相符，而 GPS 在技術(shù)方面很大的優(yōu)勢，是傳統(tǒng)測量技術(shù)所無法達(dá)到的，靜態(tài)GPS在布網(wǎng)方面不僅科學(xué)合理，且測量的精準(zhǔn)度也是傳統(tǒng)測量技術(shù)所無法比擬的。我國已經(jīng)利用GPS技術(shù)，逐漸將線路首級高精度控制網(wǎng)構(gòu)建起來，并應(yīng)用到路橋的建設(shè)和維護(hù)中。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，采用靜態(tài) GPS 相對定位，能夠縮短路橋工程的絕對點(diǎn)的誤差，使幾十公里的路段內(nèi)，誤差大約僅有2cm，如果使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測量，是無法達(dá)到這種精準(zhǔn)度的。并且還加快了路橋工程項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)程，使維護(hù)周期縮短，降低了工程成本。

2.2 動(dòng)態(tài)GPS相對定位的應(yīng)用

動(dòng)態(tài) GPS 相對定位與靜態(tài) GPS 相對定位有著本質(zhì)的區(qū)別，它是把一臺(tái) GPS 接收機(jī)安放在基準(zhǔn)站不再移動(dòng)。而其他的幾臺(tái)或者另外一臺(tái)GPS接收機(jī)則可以隨時(shí)移動(dòng)，有關(guān)工作人員將基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的信號差分作為基點(diǎn)，精確地算出流動(dòng)站各個(gè)時(shí)間段的位置參數(shù)。差分GPS動(dòng)態(tài)測量的數(shù)據(jù)處理分為實(shí)時(shí)處理、后處理兩種不同的方式，實(shí)時(shí)處理指的是，工作人員在借助發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備的前提下，把基準(zhǔn)站的各種數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)地傳到流動(dòng)站，但是后處理并不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸。

3 GPS在路橋工程中應(yīng)用的趨勢

隨著GPS的不斷發(fā)展，它所應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，自從衛(wèi)星不斷增多，GPS接收機(jī)各方面的優(yōu)勢也凸顯出來，使更多的單位開始應(yīng)用 GPS 接收機(jī)，從而促進(jìn)了GPS的大力發(fā)展。

3.1 靜態(tài)GPS定位的應(yīng)用趨勢

在未來，對于線路的勘測，GPS靜態(tài)定位技術(shù)因其自身的優(yōu)勢所應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣，很可能成為主要測量方法，從隧道外測量監(jiān)控到大型橋梁的施工測量控制，從首級控制到一二級導(dǎo)線的控制等，其有關(guān)的應(yīng)用和理論上的研究將不斷深入，與之相關(guān)的實(shí)際操作規(guī)范將建立并不斷加以完善，靜態(tài)GPS定位應(yīng)用到路橋的工程建設(shè)維護(hù)中，能夠更好地服務(wù)于其控制和測量的工作。GPS 能夠更科學(xué)地對遠(yuǎn)距離已知點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，并且能夠直接進(jìn)行通視，在進(jìn)行短距離測量時(shí)速度極快，且動(dòng)態(tài)感較強(qiáng)，測量精度高，使路橋隧道等工程的施工更加方便順利。

3.2 動(dòng)態(tài)GPS定位的應(yīng)用趨勢

從目前來看，動(dòng)態(tài) GPS 技術(shù)在線路勘測中還沒有被應(yīng)用，但在未來的線路勘測中，對于此項(xiàng)技術(shù)會(huì)不斷深入地進(jìn)行研究，因?yàn)閷?dòng)態(tài)GPS應(yīng)用于線路勘測中會(huì)給路橋的建設(shè)帶來極大的便利，對于動(dòng)態(tài)GPS的應(yīng)用趨勢主要有以下兩方面：（1）RTK 技術(shù)與常規(guī)全站儀進(jìn)行結(jié)合。RTK 技術(shù)在測量的精度上非常高，可以精確到厘米，而且實(shí)時(shí)性非常強(qiáng)，其全稱是RealTim eKinem atic，即實(shí)時(shí)載波相位測量。采用RTK 技術(shù)，會(huì)使觀測的數(shù)據(jù)質(zhì)量更高，其應(yīng)用的廣泛也較廣，如野外數(shù)據(jù)的采集、線測設(shè)。在路橋工程建設(shè)維護(hù)中，如果將RTK技術(shù)與GPS技術(shù)相結(jié)合，就能夠?qū)蛩砥茐牡某潭攘私獾酶敿?xì)，能夠縮短路橋維護(hù)的時(shí)間，提高路橋工程的整體質(zhì)量，而這種勘測系統(tǒng)將會(huì)是線路勘測技術(shù)上的一次革新，這將是一種全新的線路勘測系統(tǒng)。（2）采用 GPS 輔助的航測成圖和建立模型目前對航測成圖來講，每對像對需要的控制點(diǎn)至少4-6個(gè)，路橋平面位置和高程的測量需要大量的人力物力和時(shí)間，但GPS輔助航測成圖，測量員可借助GPS，精確地測出攝影中心的三維空間坐標(biāo)，試驗(yàn)表明，這種測量技術(shù)，不需要太多的地面控制點(diǎn)就能達(dá)到像片控制的目的，從而提高工程質(zhì)量和工作效率。

結(jié)語：勘測要以設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，我國目前的線路勘側(cè)水平和系統(tǒng)化、集成化的程度都不高，與世界先進(jìn)水平還有很大的差距，需要進(jìn)一步提高才能滿足路橋工程建設(shè)對勘測設(shè)計(jì)的客觀要求。在路橋工程建設(shè)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)采集是難點(diǎn)，而GPS、航測、全站儀等高科技術(shù)的應(yīng)用，則能大大提高工作效率和工程的整體質(zhì)量。