GPS测量系统及其在路桥测量中应用探析

GPS测量系统及其在路桥测量中应用探析

罗维云

中建七局第四建筑有限公司陕西西安710018

摘要：GPS测量技术具有精确度高、速度快、节省人力成本等各方面优势，其技术已普遍应用于我国路桥测量，大大降低了人力、物力和财力，有效的促进我国路桥行业的稳健发展。下面就结合作者实际工作经验，简要概述了GPS测量系统在路桥工程施工测量中的应用。

关键词：GPS测量系统；测量技术；路桥工程

前言：GPS全球定位系统作为新形式测量系统，已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。GPS全球定位系统在公路桥梁工程测量中得到广泛应用。

1GPS系统简介

1.1含义及组成

GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户还应有卫星接收设备。

第一，空间卫星群：GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。

第二，GPS的地面控制系统：GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。

第三，GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收GPS卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。

1.2GPS测量的技术特点

第一，测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

第二，定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

第三，观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。

第四，提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

第五，操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高、监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

2路桥工程施工测量中的GPS测量系统应用分析

2.1放样测量

GPS技术的应用过程中，还有一项重要的作用就是利用RTK―GPS测量技术，实现对桥位的放样测量。在实际的路桥工程施工过程中，应用GPS技术进行放样测量，可以对施工位置进行准确的标记，减少施工中出现的误差。例如：在路桥工程施工控制网络中心的控制点中建立GPS参考站，设置2台操作站进行放样测量，在控制器中对桥位的坐标进行对比和调整，保证施工桥位的正确性。利用这种方法，在实际的路桥工程施工过程中，有效的减少了施工的误差，提高了施工的精准性，保证了施工的质量。

2.2平面测量

通常的高架桥路桥工程施工过程中，地形条件主要是地势起伏、高差大，对实际的施工造成了一定的影响。在进行施工的平面测量的时候，对测量数据的精准度要求就比较高。应用GPS技术，实现对施工的平面测量，需要先在GPS施工控制网络中，找出施工地形中不同的相对较高的分布点。这样有利于对施工的情况，进行实时的监控和测量。例如，施工部门可以先选取施工控制点，利用先进的设备对这些控制点进行观测，得出数据后进行实际测算，保证测量的数据处于误差范围内。

2.3线道横断面与纵断面测量

在路桥工程中，确定道路中线后，通过利用中线桩点坐标和绘图软件来给出道线横断面及各桩点的纵断面。由于所有使用的数据都是利用实时动态GPS技术在测绘地形图时所采集而来，所以勿需再去现场测量横、纵断面，从而大大提高了工作效率，减少外业工作量。此外，如果还需要对现场断面进行测量，也可以采用动态GPS进行定位测量。在此项测量过程中，GPS测量技术与传统测量方法相比较，其效率、精度、实用和经济等各方面都具有很明显的优势。

2.4高程控制测量

在路桥工程施工过程中，应用GPS技术进行测量，主要是因为GPS具有较强的高度差优势，可以在不能直接进行人工测量的时候，利用高度差进行测量。而且，应用GPS技术测量出的数据，精准度比较高，测量方法也比较简单，节约了大量的路桥工程施工中的测量资源。GPS的分布比较广泛，可以对施工的实际地形进行全方位的测量，及时的对出现的误差作出调整，可以保证施工质量。例如：在本次高架桥施工过程中，因为地相方面的原因，不适合直接进行测量。因此，需要应用GPS技术进行高程控制测量。根据地形的影响，可以把地形改正的曲面拟合法误差设置为±8mm，设置外部的符合精度为±7mm，确保所有的测量数值误差都处于规定的范围内，可以提高测量的精度，保证施工的质量。

3工程测量技术的发展趋势

3.1随着科学技术的发展，工程测量的数据收集已不再局限于一维和二维，根据新的系统将提供三维甚至四维的方向发展，并从传统的现场交互式测量形式转变为远程控制式测量形式。同时，测量作业平台也将会根据施工现场的特殊性要求将从固定的地面转变为车载、机载甚至卫星控制等，逐步从静态转变为动态，在很大程度上提高工程测量的灵活性。大型复杂结构的建筑物，设备，几何重建和质量控制的三维测量，以及现代工业生产过程自动化，过程控制，产品质量检测和监控数据和定位要求，精度要求越来越高，将推动三维测量技术工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量。

3.2工程测量技术将会打破传统的宏观测量领域，实现进一步的宏观方向和微观世界两个极端的发展，并对测量精度要求越来越高。在宏观测量技术方面，工程建设将具有更大的难度及规模，能更好地满足大型施工建设工程的测量要求，精度要求也更为提升；在微观测量技术方面，借助于先进的计算机技术，将向微型计量方向发展，跨入微观领域，测量的尺度维度大大缩小，将发展出微型显微测量及图像处理技术。地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。

3.3在传统的工程测量中，测量的数据分析往往是通过偏重基本的网的坐标运算、平差计算、几何形式计算，这种运算方法效率低，精度也满足不了现代测量的技术要求。随着测量技术的发展，将会逐步转型为高密度高精度的空间点处理、“点云’擞据分析、可视化处理、“逆向工程”、被测实物的三维空间坐标重建和设计模型的对比分析，测绘数据同各种理论数据库实现完美对接。

4结语：

在路桥工程的施工建设中，GPS系统测量技术解决方案的实用、便捷、高效，而且体现了其强大的抗干扰性能、高精度以及在恶劣条件下稳定工作的能力。今后，随着GPS测量精度的进一步提高，GPS技术必将在工程建设领域发挥更重要的作用。

参考文献：

[1]汪键林，GPS测量技术在工程测绘中的应用[J].中国新技术新产品，2010，（2）.

[2]武晓龙，许斌锋.应用GPS测量技术建构物动态监测思路探讨[J].科技资讯，2009，（6）.

[3]黄国强，苏长勇.GPS测量技术在公路工程中的应用[J].中国新技术新产品.2007（12）.