GPS在橋梁工程中高效率應(yīng)用技術(shù)

樊永祥

摘要：本文根據(jù)臺(tái)州灣大橋及接線工程的施工測(cè)量控制情況，結(jié)合GPS技術(shù)的特點(diǎn)，與常規(guī)的測(cè)量方法相比較，闡述GPS技術(shù)在實(shí)際測(cè)量工作當(dāng)中的操作過程以及注意事項(xiàng)，能夠很好的將GPS技術(shù)更好的應(yīng)用到工程測(cè)量中去，發(fā)揮其快速靈活的優(yōu)勢(shì)，解決施工過程中的實(shí)際問題，很大程度上提高施工測(cè)量的效率，最后著重介紹GPS技術(shù)在臺(tái)州灣大橋工程測(cè)量中的具體應(yīng)用以及其在實(shí)際測(cè)量中相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)GPS技術(shù)；GPS-RTK；樁基測(cè)量；參數(shù)轉(zhuǎn)換；質(zhì)量控制

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多測(cè)量新技術(shù)也得到了很大的改革，許多測(cè)量新技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到了工程測(cè)量中，大大的提高了測(cè)量效率。常規(guī)的工程測(cè)量主要是利用全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量工具進(jìn)行，但其在實(shí)際工作中存在著野外工作量大、效率低、自動(dòng)化程度較低等缺點(diǎn)，很難滿足現(xiàn)代施工測(cè)量的要求。GPS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)與GPS-RTK技術(shù)作為新型的測(cè)量技術(shù)，已經(jīng)在現(xiàn)代工程測(cè)量中起到了舉足輕重的作用，它具有實(shí)時(shí)、快速、精度好、外業(yè)工作量小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，將GPS技術(shù)應(yīng)用到工程測(cè)量中將會(huì)很好的節(jié)省測(cè)量時(shí)間，提高施工測(cè)量效率，加快了工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度。本文結(jié)合臺(tái)州灣大橋項(xiàng)目工程情況，闡述利用GPS技術(shù)在工程上的應(yīng)用，大大提高測(cè)量作業(yè)效率。

1.工程概況

臺(tái)州灣大橋?qū)儆谔卮笮晚?xiàng)目，我標(biāo)段位于TS10標(biāo)段，線路主路線長(zhǎng)度8.07km。整個(gè)標(biāo)段目前分為3個(gè)作業(yè)工區(qū)，椒江l#高架橋，互通工區(qū)，椒江2#高架橋，椒江l#高架橋全長(zhǎng)3070.3m，互通工區(qū)有橋梁和路基，其中主線橋全長(zhǎng)1141m，匝道橋梁全長(zhǎng)1329.4m，填方路基2597m。椒江2#高架橋3856.5m。本項(xiàng)目是沿海高速橋項(xiàng)目，施工區(qū)域位于海邊沼澤灘涂地，地質(zhì)非常軟且河流林木較多，所以施工測(cè)量工作難度很大。

2.在橋梁工程中利用靜態(tài)GPS進(jìn)行一級(jí)GPS控制點(diǎn)復(fù)測(cè)

本項(xiàng)目施工區(qū)域位于沿海灘涂地帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，給施工測(cè)量帶來(lái)了很大的難度。我標(biāo)段處于九塘壩和十塘壩之間，設(shè)計(jì)院提供的的控制點(diǎn)位于九塘壩上，九塘壩底沿線有許多建筑物和林木，控制點(diǎn)不能與測(cè)區(qū)通視，所以我們?yōu)榱朔奖闶┕y(cè)量，在另一側(cè)的十塘壩上加密了控制點(diǎn)。

2.2測(cè)量任務(wù)

我們?cè)跍y(cè)區(qū)內(nèi)一共布設(shè)了控制點(diǎn)24個(gè)，將其中四個(gè)首級(jí)控制點(diǎn)作為已知點(diǎn)，用于內(nèi)業(yè)平差計(jì)算出其余各個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。我項(xiàng)目的共使用了6臺(tái)南方GPS儀器采用網(wǎng)聯(lián)接的形式進(jìn)行。根據(jù)GPS測(cè)量要求，全線一次布網(wǎng)，統(tǒng)一測(cè)量，整體平差的原則進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

2.3外業(yè)組織

我們測(cè)量采用靜態(tài)模式，同步環(huán)組成大地四邊形結(jié)構(gòu)，按邊聯(lián)式擴(kuò)展聯(lián)測(cè)。測(cè)量的基本技術(shù)參數(shù)按照《公路勘測(cè)規(guī)范》要求進(jìn)行，選擇在衛(wèi)星數(shù)≥4顆且GDOP≤6的時(shí)候進(jìn)行觀測(cè)，每一個(gè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度≥45分鐘，數(shù)據(jù)采集間隔10秒，每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)—個(gè)時(shí)段。我們?cè)趯?shí)際復(fù)測(cè)是每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度為90分鐘，每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)1個(gè)時(shí)段。

2.4 GPS內(nèi)業(yè)計(jì)算

把GPS外業(yè)觀測(cè)原始數(shù)據(jù)用專業(yè)的南方GNSSADJ平差軟件進(jìn)行處理，核查現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)原始數(shù)據(jù)的可靠性，核對(duì)點(diǎn)號(hào)、儀器高度，并判定刪除頻繁失鎖及接收時(shí)間太短的衛(wèi)星信號(hào)，然后進(jìn)行基線解算，在解算完其基線滿足規(guī)范精度指標(biāo)后，再采用科傻GPS平差軟件進(jìn)行三位網(wǎng)無(wú)約束平差、二維約束平差、閉和差、重復(fù)基線較差計(jì)算。經(jīng)計(jì)算成果滿足規(guī)范要求，測(cè)量成果真實(shí)可靠。

3.GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在橋梁工程測(cè)量中的應(yīng)用

3.1GPS-RTK測(cè)量技術(shù)

3.1.1GPS-RTK測(cè)量需要滿足的條件

在RTK測(cè)量時(shí)，需要要滿足以下三個(gè)條件：一、能接受到5個(gè)以上的GPS衛(wèi)星；二、遷站過程中不能關(guān)機(jī)，不能失鎖；三、必須能同時(shí)接收到GPS衛(wèi)星的信號(hào)和基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號(hào)。

3.1.2測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的獲取

由于GPS觀測(cè)的坐標(biāo)系統(tǒng)為世界大地坐標(biāo)系（WGS-84），設(shè)計(jì)院提供給我們的坐標(biāo)是西安80坐標(biāo)系，因此我們要將WGS-84坐標(biāo)系和西安80坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集坐標(biāo)時(shí)應(yīng)采用不少于3個(gè)點(diǎn)的高等級(jí)起算點(diǎn)的坐標(biāo)系成果，所選起算點(diǎn)應(yīng)分布均勻，且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)。我們先在測(cè)區(qū)內(nèi)選定一個(gè)設(shè)計(jì)院提供的控制點(diǎn)TZ3027作為基準(zhǔn)站，采集基準(zhǔn)站控制點(diǎn)的84坐標(biāo)，最后將這四個(gè)已知控制點(diǎn)的84坐標(biāo)和80坐標(biāo)進(jìn)行匹配，求解出轉(zhuǎn)換參數(shù)。這樣就可以利用這套轉(zhuǎn)換參數(shù)RTK所測(cè)的84坐標(biāo)直接轉(zhuǎn)換為80坐標(biāo)，用于施工過程中的測(cè)量放樣工作。

3.1.3RTK測(cè)點(diǎn)的質(zhì)量控制

RTK測(cè)量所采用的起算數(shù)據(jù)是從首級(jí)控制網(wǎng)獲得的，具有很強(qiáng)的可靠性。為了檢核己知數(shù)據(jù)輸入以及測(cè)量過程的正確性，我們?cè)诨鶞?zhǔn)站設(shè)置好之后，用流動(dòng)站測(cè)量測(cè)區(qū)內(nèi)已知控制點(diǎn)坐標(biāo)，將實(shí)測(cè)坐標(biāo)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，如果符合測(cè)量要求，就可以進(jìn)行施工測(cè)量工作。為了防止儀器在測(cè)量過程中因?yàn)榛鶞?zhǔn)站受到外界條件而移動(dòng)使測(cè)量誤差增大，所以在每次測(cè)量工作完成后，要重新測(cè)量一下已知點(diǎn)坐標(biāo)，這樣就可以檢查出測(cè)量前后誤差。

3.2 GPS-RTK技術(shù)樁基施工測(cè)量中的應(yīng)用

采用RTK技術(shù)進(jìn)行樁基放樣工作就很好的彌補(bǔ)了全站儀的不足，提高了工作效率。RTK測(cè)量測(cè)站點(diǎn)不要求通視，可以全天候作業(yè)，提高測(cè)量作業(yè)效率。

（1）我們采用的GPS儀器為拓普康HiperⅡG，其測(cè)量精度為平面：10mm+1ppm高程：15mm+1ppm，符合樁基測(cè)量要求。

（2）為了保障測(cè)量精度，要定期校檢對(duì)中桿是否豎直，如果對(duì)中桿發(fā)生變形，要及時(shí)進(jìn)行校檢。同時(shí)也要定期對(duì)GPS儀器進(jìn)行檢定，保證儀器的準(zhǔn)確性。

（3）測(cè)量時(shí)要時(shí)刻注意手簿接收的信號(hào)，要確保信號(hào)最好，而且測(cè)量結(jié)果為固定解。

（4）放樣時(shí)，要認(rèn)真仔細(xì)的將坐標(biāo)輸入到GPS手簿中，確保坐標(biāo)輸入準(zhǔn)確。endprint

3.3。GPS-RTK技術(shù)路基工程中的應(yīng)用

3.3.1路基邊坡放樣

臺(tái)州灣大橋項(xiàng)目路基工程屬于填方路基，所以在施工過程中要進(jìn)行路基邊坡放樣。測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)復(fù)雜，林木河流較多，采用全站儀放樣難度較多且進(jìn)度緩慢，所以我們采用RTK進(jìn)行放樣。如圖1所示：

（1）根據(jù)路面寬度L1放樣出路面邊線。

（2）采集出路面邊線處的原地面標(biāo)高H1，根據(jù)中樁設(shè)計(jì)標(biāo)高和路面坡度算出路肩處坡頂標(biāo)高H2，這樣就可以計(jì)算出坡頂?shù)狡履_的高差h，然后用高差和邊坡坡比計(jì)算出坡腳和坡底的水平距離L2。

（3）坡腳到設(shè)計(jì)線的距離為L(zhǎng)1和L2之和，然后根據(jù)偏距計(jì)算出坡腳坐標(biāo)就可以利用RTK放樣出路基邊坡線了。路基邊坡坡腳到路線設(shè)計(jì)線的距離為：L1+（H2-H1）×1.5。

3.3.2路基縱、橫斷面測(cè)量

我們利用RTK可以快速的放樣出路基斷面的點(diǎn)位，同時(shí)對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的標(biāo)高數(shù)據(jù)也可以測(cè)量出，這樣就可以很快的完成縱、橫斷面的標(biāo)高數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出路基的土石方量，可以從斷面圖中看出地表的起伏情況。所以利用RTK進(jìn)行縱、橫斷面的測(cè)量比全站儀測(cè)量要大大提高工作效率。

3.3.3地貌測(cè)量

如果能夠了解施工區(qū)域的地形地貌，測(cè)繪出施工區(qū)域的地形圖，會(huì)很大程度上為我們施工帶來(lái)方便。我們需要測(cè)量出這些地貌的形狀大小，我們可以利用RTK快速采集施工地帶的地貌點(diǎn)，通過對(duì)地貌點(diǎn)的測(cè)量，可以對(duì)我們了解當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?，?guī)劃施工方案帶來(lái)很大的方便。

3.3.4用地測(cè)量

我們的路線要有一定的施工區(qū)域，施工要在規(guī)定的施工區(qū)域內(nèi)有條不紊的進(jìn)行。而要確定出施工區(qū)域就需要測(cè)量人員放樣出施工紅線位置，由于施工線路較長(zhǎng)，測(cè)量工作量大，采用RTK技術(shù)可以很快的放樣出紅線點(diǎn)，確定出施工區(qū)域，大大減少了工作強(qiáng)度以及工作效率。

總結(jié)：通過以上論述，可以看出將GPS技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程測(cè)量中，會(huì)大大提高工作效率，它與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比有許多優(yōu)勢(shì)：

（1）利用靜態(tài)GPS技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)線的控制測(cè)量，測(cè)量精度高，可以全天候作業(yè)，測(cè)點(diǎn)間無(wú)需通視，省時(shí)省力，節(jié)約測(cè)量費(fèi)用，很大程度上提高了工作效率。

（2）GPS RTK實(shí)時(shí)定位技術(shù)，具有操作快捷、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

（3）能夠?qū)崟r(shí)地掌握定位精度，定位精度高。

（4）能快速進(jìn)行碎部測(cè)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字成圖。

（5）RTK測(cè)量的數(shù)據(jù)誤差來(lái)源少，其大小只與衛(wèi)星分布以及信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)，相鄰控制點(diǎn)沒有誤差累積，保證其具有較高的測(cè)量精度。

（6）RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。

（7）不受外界因素和人為因素的影響，全天候作業(yè)。

總之，GPS技術(shù)的出現(xiàn)，給測(cè)繪工作帶來(lái)了很大的方便，它在工程中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的測(cè)量方式，節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，大大加快了測(cè)量工作的效率。在實(shí)際測(cè)量中，GPS測(cè)量的質(zhì)量控制非常重要，所以在測(cè)量過程中要多檢驗(yàn)，多復(fù)核，提高成果的可靠性。只有在實(shí)際測(cè)量工作中不斷地總結(jié)與探索，才能將測(cè)量工作順利完成，提高工作效率。endprint