基于GPS-RTK技術的橋梁監控應用研究

趙建

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

現階段，社會對于交通運輸的需求日益增長。為滿足社會需求，我國陸路運輸交通網得到快速發展，橋梁成為陸路運輸交通網的重要基礎設施。為保障橋梁的施工質量，引入各類先進技術手段，對橋梁工程質量進行監控分析，及時發現橋梁施工中存在的各類問題，保障橋梁施工質量，為后續橋梁的正常使用提供重要支持。

1 橋梁控制測量的主要內容

1.1 橋梁控制網

相比較常規測量工程中的控制網來說，橋梁控制網具有范圍小、密度大、精度要求較高等特點。通常情況下，實際橋梁控制網縱向范圍處于0.2～10km 以內，橫向范圍則處于0.1～2.0km 以內。想要在此控制網內對承臺、橋墩、梁體等各類關鍵構件施工進行實時監控，就必須要布設更為密集的監測點[1]。

此外，從全項目周期角度來看，橋梁控制網中的控制點需要發揮軸線放樣監控、墩臺基礎開挖監控、橋梁梁體安裝監控等多方面作用。也就是說，橋梁控制網中的控制點大多需要重復使用，所以在具體控制點布設過程中不僅需要考慮控制點的穩定性和精準性，還需要對使用中的便利性進行考慮分析。控制點布設完成后，還需要做好控制點的護樁工作，并安排專人定期對控制點精準性和穩定性進行檢查分析，保障控制點的應用成效。

1.2 布置控制網

橋梁控制網的布置質量將會直接影響到橋梁工程施工的整體精度及可靠性，所以必須提高相關重視。結合實際情況來看，橋梁控制網的布置應從精度、靈敏度、可靠性以及經濟性等方面進行綜合考慮。其中精度是對控制網中監控點布設精準程度的有效描述；靈敏度是指在給定顯著水平和檢驗功效條件下，對所獲取的橋梁某方面變形介質進行統計檢驗，進而分析橋梁變形監測質量；可靠性是指在給定顯著水平下，監測點對橋梁監控中粗差發現能力和抵抗能力；經濟性則是指監測過程中可能會產生的經濟費用。在具體控制網布置過程中，應對上述四種指標進行充分考慮，進而設計出一種經濟性、精度、靈敏度以及可靠性均相對較高的橋梁控制網布置方法，降低施工成本的同時，提高橋梁監控效果。

1.3 控制網施測

一直以來，傳統的橋梁控制網多是采用三角測量法進行具體橋梁監控活動，而隨著科學技術的持續發展，如今GPS 技術已經成為橋梁控制網施測過程中的常用技術，并促使如導線網、邊角網、測邊網等各類控制網構建方式開始得到普及應用。結合當前實際來看，想要有效控制橋梁控制網的應用效果，促使橋梁施工達成預期目標，應根據橋梁實際，合理選擇測距方式[2]。現階段，多數特大型新型橋梁工程在實施監測控制時都引入了測邊網方式，相對于傳統三角測量法來說，此種方式雖然監控效果更為優秀，但受限于橋梁的線性特征，實際橋梁橫縱比例存在較為嚴重失調，使得測邊網監控方式在應用過程中難以有效保障橫向測量精度。因此，對于高精度大型橋梁，應優先采用全測邊部分測角邊角網方式進行控制網施測。

2 GPS 技術及GPS-RTK 技術

2.1 GPS 技術

GPS 技術可以細化為GPS 靜態相對定位測量技術和GPS 實時動態差分定位測量技術兩種。其中GPS靜態相對定位測量技術在橋梁監控領域的應用起步時間相對較早，并在應用中表現出優于三角測量法的監控精度和測量效率。現如今，GPS 靜態相對定位測量技術已經廣泛應用到橋梁工程平面控制測量、橋梁變形監測等多個領域，并在應用中有效解決傳統三角測量法無法長距離施工監測定位等問題；GPS 實時動態差分定位測量技術可以通過安裝在運動載體上的GPS 信號接收器和設置在基準站上的GPS 信號接收器來實現對GPS 衛星定位的同步跟蹤，進而對所采集到的數據信息進行差分處理，獲取到運動載體的實際運行軌跡。結合實際情況來看，GPS 實時動態差分定位測量技術可以與數字回聲探測技術相互配合，進而更為快速地獲取水域水下地形圖，解決傳統技術水下地形圖繪制難的問題。

2.2 GPS-RTK 定位測量技術

RTK 技術作為一種新型GPS 測量方法，其應用了載波相位動態實時差分的方法，可以在野外應用過程中將測量精度控制在厘米級，無須進行后續計算分析。在橋梁監控領域中，RTK 技術的應用則可以解決超長距離施工定位問題，并有效提高橋梁監控精度。相對于GPS 技術來說，RTK 技術能夠實現自動化測量，可以有效減少施工測量中人力需求，提高測量精度和測量效率。

3 GPS-RTK 技術在橋梁監控中的應用

3.1 橋梁控制網設計

3.1.1 精度設計

基于橋梁項目的實際要求，合理確定橋梁控制網的控制精度級別。通常情況下，為保障橋梁工程的施工質量，實際橋梁控制網所選定的控制精度越高越好，尤其是針對高精度大型橋梁工程來說，更需要盡可能選擇高精度測量級別。以大型橋梁橋墩精度控制為例，其控制網通常要求橋墩中心與橋梁軸線方向偏差應控制在±2.0cm 以內，具體計算過程中所獲取到的定位點誤差則應控制在±8mm 以內，此標準與C級GPS-RTK 控制網精度基本一致，所以在橋梁控制網精度設計中可以選用GPS-RTK 中的C 級控制網作為橋梁控制網精度控制級別[3]。

3.1.2 基準設計

在進行基準設計時，應將現有的地面坐標系數據信息與GPS-RTK 測量中所獲取到的測量數據進行匹配重合，進而從橋梁控制網中合理選擇控制點，將控制點轉化為地面坐標系參數，為后續GPS-RTK 定位測量技術的進一步應用提供重要支持。此外，為保障GPS-RTK 技術的應用成效，還需要對過往之間信息進行充分分析考慮，并保持資料的連續性，避免過往資料有效性下降，解決地面坐標線起算點不兼容問題。

3.1.3 網型設計

現階段，常用的GPS-RTK 橋梁控制網主要分為跟蹤站式、多基準式、會戰式、單基準站式、同步圖形拓展式等形式。在進行橋梁控制網的網型設計時，工作人員還可在上述各種形式的GPS-RKT 橋梁控制網型式中融入三角網形式，進而促使所設計的橋梁控制網的獨立環和附和路線坐標閉合差滿足現有規范標準實際要求。

3.2 橋梁控制網的布置

由于GPS-RTK 定位測量技術在應用過程中會受到工作環境、衛星狀況等因素的影響，所以為能夠有效營造出更好的工作環境，降低測量干擾，應在測量過程中減少周邊信號源的存在，確保信號接收器能夠正常接收信號，保障信號傳輸正常。同時，還需要將監控點布設在開闊地帶，并要求監控點周邊區域不存在障礙物。再次，還需要在進行橋梁控制網布置過程中對多路徑效應進行充分考慮，即要求控制點周邊區域不存在強反射面，并要遠離高壓線等電磁干擾區域。最后，在進行具體監控點布置時，還要避免使用支點，保障監控點的穩固性和使用便利性，多維度保障橋梁控制網的應用成效。

3.3 橋梁控制網的施測

3.3.1 GPS-RTK 設備選擇

在進行GPS-RTK 設備選擇時，應根據橋梁控制網的精度級別要求合理進行，并在GPS-RTK 設備應用前，對所有設備的性能、精度及使用可靠性進行全面檢驗，避免施工過程中因設備精度問題導致測量數據精度受到影響。通常情況下，GPS-RTK 設備檢驗主要采用一般檢驗、通電檢驗、實測檢驗等流程，為保障測量數據精度，必須要對相關內容進行著重關注。

3.3.2 外業實測

根據橋梁網點布置的相關要求，合理選擇埋設標志石，確保標志石的長期重復利用。具體來說，應在GPS 點位置布設必要的重心標志石，并保障標志石的穩固性，尤其是針對施工周期相對較長的大型橋梁來說，其GPS-RTK 監測點使用更為頻繁，所以為保障測量的精準性，可以選擇施工強制中對觀測墩來作為橋梁控制網的基準中心點。

3.3.3 外業作業模式

隨著GPS-RTK 技術的持續發展，如今兩點之間定位技術也形成了諸多技術方法，進而衍生出多種外業作業模式，并且不同的作業模式在觀測時間、作業方式以及應用范圍上也存在一定差異。現階段，常用的外業作業模式主要包括靜態相對定位、動態定位、快速相對靜態定位等，由于橋梁控制網對于GPS 控制網的精度要求相對不高，所以無須選用觀測時間較長的靜態相對定位外業作業模式，可以選用快速靜態定位外業作業模式來達成外業監控效果。

3.4 數據處理

GPS-RTK 技術的數據處理主要包括基線解算和外業檢核兩部分內容。其中基線解算通常選用相對觀測值雙差分技術，配合隨機軟件應用廣播星歷進行具體外業基線解算；外業檢核則是對每天上傳到系統中的外業作業數據通過隨機軟件進行基線解算，檢核外業作業數據的有效性，對于不合格數據進行剔除，并要求外業作業人員進行重新觀測和補測，保障外業作業質量。

4 結語

綜上所述，相對于傳統測量方式來說，GPS-RTK技術在橋梁監控中具有更強優勢，尤其是在數據采集以及橋梁狀態動態分析方面，其可以獲取到更加精準有效的數據信息，進而為后續橋梁施工及管理提供重要數據支持，保障橋梁施工的安全性，提高橋梁整體運營效益。