GPS測(cè)量技術(shù)在路橋工程測(cè)量中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

王 繼

（菏澤市公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東 菏澤 274000）

0 引言

新形勢(shì)下，城市化建設(shè)步伐不斷加快，道路橋梁的建設(shè)數(shù)量也在不斷攀升。路橋工程測(cè)量屬于路橋設(shè)計(jì)及施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但是測(cè)量工作受到外界環(huán)境的影響較大，傳統(tǒng)定位和傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足路橋工程建設(shè)的要求。在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)和發(fā)展下，GPS技術(shù)在路橋工程測(cè)量中的應(yīng)用日益廣泛，其不僅可以滿足現(xiàn)代化路橋建設(shè)施工測(cè)量要求，還能提升路橋施工建設(shè)測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)程度，提升測(cè)量效率，從而提升路橋項(xiàng)目建設(shè)的整體質(zhì)量[1]。本文針對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)在路橋工程項(xiàng)目測(cè)量中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1 GPS測(cè)量技術(shù)在路橋工程測(cè)量中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與目的

1.1 GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1.1 不受時(shí)間和地點(diǎn)限制

在路橋工程測(cè)量中，與傳統(tǒng)的測(cè)量手段相比，GPS測(cè)量技術(shù)能夠擺脫路橋工程測(cè)量在空間和時(shí)間方面的局限，主要是因?yàn)槟壳靶l(wèi)星系統(tǒng)基本已經(jīng)覆蓋了全球各個(gè)地域，使得GPS測(cè)量技術(shù)能夠適應(yīng)不同的測(cè)量需求，可以在任意時(shí)間進(jìn)行定位和應(yīng)用。

1.1.2 不受天氣因素影響

在路橋工程測(cè)量中，與其它測(cè)量技術(shù)相比較而言，GPS測(cè)量技術(shù)可以使路橋工程測(cè)量工作不受天氣因素的限制。即便在惡劣的天氣狀況下，GPS測(cè)量技術(shù)也可精準(zhǔn)地進(jìn)行位置確定，確保測(cè)量工作的順利進(jìn)行。

1.1.3 具備實(shí)時(shí)定位功能

開展路橋測(cè)量工作的過程中，相對(duì)于其他技術(shù)手段來(lái)說(shuō)，GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用能夠隨時(shí)隨地對(duì)所處區(qū)域的具體位置進(jìn)行定位。比如實(shí)際定位測(cè)量中，如果使用的是子午衛(wèi)星系統(tǒng)，通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能確定用戶所處的具體位置。但是應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)以后，則能夠短時(shí)間內(nèi)完成定位，并及時(shí)將定位結(jié)果反饋給技術(shù)人員，方便工作人員的觀測(cè)，應(yīng)用的時(shí)效性顯著[2]。

1.1.4 無(wú)需開展通視操作

路橋項(xiàng)目在施工過程中，如果需要進(jìn)行測(cè)量，通常情況下會(huì)安排專業(yè)的員工利用傳統(tǒng)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通視操作后才能進(jìn)行測(cè)量，再依據(jù)工程建設(shè)情況開展實(shí)際測(cè)量。但是通過GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，可省略點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通視，只需要保證每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)可正常接收衛(wèi)星信號(hào)，便能夠?qū)崿F(xiàn)定位并開展測(cè)量。以此可知，GPS測(cè)量技術(shù)不但能夠有效加快測(cè)量的速度，實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約，還可以有效提升測(cè)量的質(zhì)量和效率。

1.2 GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用目的

GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于路橋工程測(cè)量時(shí)，通常會(huì)從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)維度進(jìn)行應(yīng)用。動(dòng)態(tài)應(yīng)用，主要是在衛(wèi)星系統(tǒng)的支持下完成測(cè)量，GPS的動(dòng)態(tài)功能能夠利用地面進(jìn)行放樣，及時(shí)搜集工程測(cè)量中所需的數(shù)據(jù)資料，從而為三維坐標(biāo)的確定奠定基礎(chǔ)。靜態(tài)功能，應(yīng)用的基礎(chǔ)是衛(wèi)星信息，可有效的對(duì)測(cè)量位置的三維坐標(biāo)進(jìn)行確定。因此，在具體應(yīng)用過程中，技術(shù)人員要以工程項(xiàng)目的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，根據(jù)路橋項(xiàng)目的具體測(cè)量需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)方式的選擇[3]。

1.2.1 進(jìn)行控制測(cè)量

通常情況下，在路橋項(xiàng)目測(cè)量工作中使用GPS技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員需要對(duì)工程項(xiàng)目的具體狀況進(jìn)行科學(xué)分析，確定測(cè)量過程是動(dòng)態(tài)方式還是靜態(tài)方式。若建設(shè)的路橋工程規(guī)模較大，在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，需要先構(gòu)建出完善的控制網(wǎng)絡(luò)，并保證其具有較高的精密度。在對(duì)工程項(xiàng)目開展測(cè)量的過程中，技術(shù)人員要優(yōu)先選擇靜態(tài)方法[4]。與之相反，若是建設(shè)的路橋工程為一般的路橋項(xiàng)目，并且工程項(xiàng)目對(duì)于測(cè)量的精度要求不高，那么技術(shù)人員可以選擇動(dòng)態(tài)方式。在GPS測(cè)量技術(shù)應(yīng)用過程中，技術(shù)人員要全面分析測(cè)量數(shù)據(jù)信息的時(shí)效性，從而保證測(cè)量的精準(zhǔn)度。因此在實(shí)際測(cè)量工作中，技術(shù)人員一旦獲取與工程項(xiàng)目實(shí)際精度要求相符的數(shù)據(jù)以后，就可以終止測(cè)量?？刂茰y(cè)量的原理見圖1所示。

圖1 GPS測(cè)量技術(shù)控制測(cè)量原理

1.2.2 測(cè)繪大比例尺地圖

開展路橋工程施工建設(shè)的過程中，編制地形圖十分關(guān)鍵。施工人員在編制地形圖時(shí)，必須與路橋工程建設(shè)實(shí)際情況相結(jié)合，確定編制方法和合適的比例。傳統(tǒng)的測(cè)量方式不僅需要投入大量的資金及人力，而且工作量也比較大，最終也無(wú)法保證項(xiàng)目測(cè)量的精準(zhǔn)度。而將GPS技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目測(cè)量中，不僅能夠?qū)崟r(shí)的獲取所需的數(shù)據(jù)信息，而且能減少工作量，提高測(cè)量效率。比如，大比例尺地圖測(cè)繪過程中，要對(duì)工程沿線區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，GPS測(cè)量技術(shù)的停留時(shí)間通常為1～2min，在這停留時(shí)間內(nèi)，能夠及時(shí)獲取觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)參數(shù)，并對(duì)其屬性進(jìn)行分析，確定其位置特征，從而繪制出完善的地形圖[5]。

2 GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

路橋工程施工建設(shè)中，GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，可以促進(jìn)道路橋梁施工技術(shù)水平的提升，滿足道路橋梁施工發(fā)展需求。比如，某路橋項(xiàng)目路線全長(zhǎng)約32.45km，道路紅線寬50m，雙向6車道。全線共新建立交3座，橋梁8座，隧道3座，下穿通道1座，過路通道涵4道，排水涵洞14道，結(jié)合相關(guān)規(guī)劃沿線設(shè)置雨水、污水、照明等市政管線。為保障施工質(zhì)量，采取GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。

2.1 建立GPS平面控制網(wǎng)

依據(jù)國(guó)家D級(jí)GPS網(wǎng)布設(shè)的要求，必須確保控制網(wǎng)平面控制精準(zhǔn)度。依據(jù)國(guó)家D級(jí)GPS網(wǎng)布設(shè)情況，一級(jí)導(dǎo)線以加密形式干預(yù)，該項(xiàng)目地形圖繪制中比例尺應(yīng)為1∶500，在高級(jí)控制點(diǎn)位置閉合。進(jìn)行GPS控制點(diǎn)布設(shè)時(shí)，共計(jì)設(shè)置18個(gè)控制點(diǎn)，其中9個(gè)點(diǎn)對(duì)，彼此相鄰點(diǎn)之間的距離為3km，對(duì)4個(gè)國(guó)家控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，已知的4個(gè)點(diǎn)參與平差，具體見圖2。

圖2 GPS控制網(wǎng)示意圖

2.2 埋設(shè)點(diǎn)位標(biāo)志

以不銹鋼制造GPS標(biāo)志，應(yīng)用C30混凝土，在堅(jiān)硬的巖石上埋設(shè)，應(yīng)用埋置鋼筋混凝土樁的形式在無(wú)巖石低端干預(yù)，具體見圖3所示。

“是的！”高個(gè)子外星人開心地轉(zhuǎn)了一圈，“我很喜歡現(xiàn)在的樣子，當(dāng)然我也不會(huì)忘記‘人’的感覺。怎么樣，你也要留下來(lái)了吧？”

圖3 GPS標(biāo)志示意圖

2.3 開展外業(yè)觀測(cè)

該測(cè)量項(xiàng)目中，應(yīng)用雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，其型號(hào)為AshtechZ-12，數(shù)量共計(jì)8臺(tái)。開展GPS控制網(wǎng)的干預(yù)，選擇靜態(tài)觀測(cè)方式，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為45～90min，主要的觀測(cè)技術(shù)參數(shù)見表1所示。

表1 GPS觀測(cè)基本技術(shù)參數(shù)

2.4 完成基線計(jì)算

以隨機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，其中共計(jì)30個(gè)閉合環(huán)，6個(gè)同步環(huán)，24個(gè)異步環(huán)。這些同步閉合環(huán)之中，相對(duì)誤差值在1.6～2.4ppm之間，異步環(huán)之中，1.8～6.1ppm，應(yīng)用GPS ADJ對(duì)平差計(jì)算網(wǎng)的平差進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用平面坐標(biāo)系統(tǒng)（國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）測(cè)量線路，計(jì)算過程中，對(duì)具有顯著問題的基線開展計(jì)算，平差約束選擇國(guó)家級(jí)4點(diǎn)方式開展。三維無(wú)約束平差WGS-84坐標(biāo)系中，0.16～0.59cm均為三維基線平均相對(duì)誤差水平，0.01～0.29cm為二維平差之中的誤差水平；0.1810～2.1187為高程擬合RMS，第三及第四水準(zhǔn)測(cè)量精準(zhǔn)度指標(biāo)必須與精度指標(biāo)適應(yīng)。采用平差計(jì)算后顯示，GPS控制網(wǎng)精度高達(dá)4等GPS網(wǎng)點(diǎn)精準(zhǔn)度要求，其與線路測(cè)量需求相適應(yīng)。

3 GPS測(cè)量技術(shù)在路橋工程測(cè)量中的發(fā)展趨勢(shì)

目前，GPS測(cè)量技術(shù)在路橋工程測(cè)量中得到了很好的應(yīng)用，也取得了良好的效果，為路橋工程施工質(zhì)量提供了有力的保障。但是，隨著越來(lái)越多的路橋工程所處環(huán)境更復(fù)雜、施工難度更大、質(zhì)量要求更高，對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)也提出了更高的要求，促使GPS測(cè)量技術(shù)在動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量和靜態(tài)定位模式測(cè)量?jī)煞矫娌粩喟l(fā)展發(fā)展。

3.1 動(dòng)態(tài)定位模式測(cè)量發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)線路勘測(cè)中，目前極少應(yīng)用動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)，但這會(huì)成為路橋工程測(cè)量發(fā)展的重要趨勢(shì)，也就是說(shuō)，今后在線路勘測(cè)中會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)，并將不斷提升動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)的勘測(cè)水準(zhǔn)。分析動(dòng)態(tài)GPS定位技術(shù)，主要從兩個(gè)角度體現(xiàn)其應(yīng)用前景。

3.1.1 整合常規(guī)全站儀與RTK技術(shù)

RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)就是載波相位差分技術(shù)，是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的。RTK技術(shù)測(cè)量的精準(zhǔn)度非常高，具有定點(diǎn)速度快、誤差不積累、節(jié)省人力等特點(diǎn)。常規(guī)全站儀設(shè)站靈活，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)記錄，自動(dòng)計(jì)算，但受地形和人為因素影響大。整合常規(guī)全站儀與RTK技術(shù)，在RTK技術(shù)的支撐下，將進(jìn)一步促進(jìn)常規(guī)全站儀觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升，可以減少地形和人為因素的影響，所以已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，比如野外觀測(cè)數(shù)據(jù)收集及中線測(cè)設(shè)。

橋隧開展維護(hù)作業(yè)時(shí)，整合GPS技術(shù)與RTK技術(shù)，可對(duì)橋隧的破損嚴(yán)重程度進(jìn)行分析，不僅可以減少橋隧的維護(hù)成本，促進(jìn)維護(hù)質(zhì)量，還屬于新型的勘測(cè)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，RTK融合常規(guī)全站儀，已經(jīng)成為線路測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，可以提供可靠的參考數(shù)據(jù)輔助橋隧工程的維護(hù)和設(shè)計(jì)，有序開展竣工測(cè)量，實(shí)現(xiàn)橋隧維護(hù)施工的正常化和高效化。

對(duì)GPS輔助航測(cè)成圖進(jìn)行合理應(yīng)用，科學(xué)地構(gòu)建模型。從航測(cè)成圖角度分析，常規(guī)測(cè)量方法所需的控制點(diǎn)數(shù)量均在5個(gè)左右，高程測(cè)量及橋隧平面位置測(cè)量所花費(fèi)的資源也相對(duì)較多。但是在航測(cè)成圖應(yīng)用GPS輔助的情況下，可以依靠GPS，對(duì)三維空間坐標(biāo)準(zhǔn)確測(cè)量并獲取，保障攝影中心數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，其需要的地面控制點(diǎn)數(shù)量也相對(duì)較少，可以對(duì)圖片開展動(dòng)態(tài)化控制，縮減工作量[6]。

3.2 靜態(tài)定位模式測(cè)量發(fā)展趨勢(shì)

GPS技術(shù)應(yīng)用于路橋項(xiàng)目測(cè)量時(shí)，靜態(tài)測(cè)量也是應(yīng)用較多的一種方法。工程人員在應(yīng)用靜態(tài)定位測(cè)量方法時(shí)，需要對(duì)三角點(diǎn)的焦點(diǎn)進(jìn)行核對(duì)，實(shí)現(xiàn)加密測(cè)量的目的，這也是對(duì)路橋線路控制網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量的重要手段。針對(duì)工程項(xiàng)目測(cè)量的具體情況分析可以發(fā)現(xiàn)，大部分靜態(tài)測(cè)量模式都是從首級(jí)控制網(wǎng)出發(fā)，以實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)的控制和測(cè)量。從目前路橋工程測(cè)量的現(xiàn)狀來(lái)看，開展一般等級(jí)路橋工程測(cè)量工作過程中，時(shí)常是還未確定首級(jí)控制網(wǎng)所采用的測(cè)量手段及方法，便開展靜態(tài)測(cè)量工作。這樣在靜態(tài)定位測(cè)量應(yīng)用的過程中，由于影響因素比較多，極易導(dǎo)致加密測(cè)量的三角點(diǎn)發(fā)生損壞。所以，針對(duì)三角點(diǎn)加密測(cè)量，必須要提前確定好首級(jí)控制網(wǎng)的測(cè)量手段及方法，這是十分關(guān)鍵的一項(xiàng)工作[7]。我國(guó)主要采取GPS靜態(tài)測(cè)量方式開展上述測(cè)量工作，也被叫做快速靜態(tài)定位模式。在應(yīng)用過程中，各個(gè)流動(dòng)站內(nèi)會(huì)統(tǒng)一布置GPS接收機(jī)，工作人員在開展靜態(tài)測(cè)量的過程中既可以同步接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，也可以同步傳輸接收機(jī)端的數(shù)據(jù)，從而解算出所需的三維坐標(biāo)數(shù)值。由此可知，這一方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可完全取代全站儀導(dǎo)線測(cè)量控制點(diǎn)加密工程，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)科技水平不斷提升，經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，路橋工程建設(shè)需求不斷增大，對(duì)施工測(cè)量的要求也隨之提高?？茖W(xué)合理的應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)，可精準(zhǔn)地定位，準(zhǔn)確地測(cè)量，能夠提升測(cè)量工作效率，突破時(shí)間和空間的限制，且不受環(huán)境因素的影響，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分顯著。同時(shí)，將GPS應(yīng)用在路橋測(cè)量中，可建立精準(zhǔn)度較高的測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化測(cè)繪內(nèi)容，方便道路橋梁的施工建設(shè)。所以，相關(guān)單位及技術(shù)人員應(yīng)深化GPS測(cè)量技術(shù)的研究，不斷提高GPS測(cè)量技術(shù)水平，使其在路橋工程測(cè)量中發(fā)揮更大的效用。