GPS 定位技术在道路桥梁施工测量中的应用

陈香任

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

0 引言

随着道路桥梁工程建设环境复杂度的提高，传统道路桥梁施工测量技术已无法满足施工建设需求，如何科学利用GPS定位技术以协助道路桥梁施工测量，保证测量数据的准确可靠，是当前亟需解决的课题。GPS 定位技术始创于美国，通过借助卫星技术实现精确的定位和导航，前期被广泛的应用于军事领域，随后GPS 以其具备优良的准确性、定位能力和抗干扰能力被大量应用于工程建设、勘探测量、地图测绘等生产生活领域[2]。通过针对GPS 技术的持续优化，在道路桥梁施工测量中得以科学应用能够有效减少实际工程的进度和投入。因此，针对GPS 定位技术在道路桥梁施工测量的具体应用展开研究具有实践意义。

1 GPS 定位技术应用特征

1.1 GPS 定位技术含义

道路桥梁建设工程一般施工难度系数大、技术要求高、施工环境复杂。GPS 技术是基于卫星定位技术而建立的一类无线电定位、导航系统，因为实现过程时需要借助很多卫星设备，所以将GPS 定位技术应用到道路桥梁施工建设测量中时，能够充分发挥其具有的覆盖范围广、定位精准度高、测量定位时间少、随时随地实现测量的优势[3]。

1.2 GPS 测量技术工作原理

GPS 定位技术借助卫星设备接收使用者发射的通信信号指令，从而精准测算出物体间的准确间距，并定位准确位置，测量精度可达到毫米范围以内[4]。随着电子地图技术的应用普及，在道路桥梁建设工程测量时应用GPS 定位技术的应用性已受到测量人员的广泛认可，能够有效实现测量效率和精度的提高，节省测量支出，提升工程建设质量。

GPS 定位系统中应由24 颗卫星设备构成，24 颗卫星分布在环绕地球的不同运行轨道，交织形成了通信信号全覆盖的空间网络，能够实现通信数据信号的高效收发。同时，在地球表面位置安置专门的控制和监测站，实现通信数据信号的接收，计算机信息系统将接收到的通信信息经过处理后发送至使用者，以提供定位、导航服务，其工作原理如图1 所示。

图1 GPS 测量技术原理

1.3 GPS 定位技术在道路桥梁施工测量应用的技术优势

应用GPS 定位技术在道路桥梁施工测量中，除了具备能够实现覆盖范围广、定位精准度高、测量定位时间少、随时随地实现测量定位、导航优势，还可利用GPS 技术的通视功能实现道桥施工方案的修正，有效节约道桥施工成本，提升施工效率[5]。覆盖范围广主要体现在GPS 技术能够实现道桥施工的随时随地全天候测量，对时间和空间的测量要求极低；定位精准度高体现在针对500 km 范围内的基准线，其直线测量精度能够保证在毫米范围内；道路桥梁施工测量过程中，无论是静态定位还是动态定位都能实现在几秒之内完成，测量定位用时少；同时，在应用GPS 技术进行道桥施工测量时，无需专门布网及专门设置测量通视站，可有效降低测量施工成本，提高测量的灵活度，为GPS 技术的应用实践性提供保证。

2 GPS 技术在桥梁施工测量中的应用

为了提升GPS 技术的施工测量精度，在实际应用之前应做好测量准备工作。先对测量区域进行必要的环境勘察，针对水文、气候、植被等情况加以分析，合理选择适宜量程的GPS 信号接收设备，提高测量精度。根据测量环境合理选择外业测量点，以实现测量点与道桥施工段的某点形成通视效果，通视区域内禁止出现倾斜角大于15°的遮挡建筑。另外，测量位置还应避开无线信号发射源及高压电区域，以防止造成GPS 信号干扰，选好测量位置后，埋设标识设施，为测量工作提供便利。

2.1 应用GPS 技术实现道桥塔柱安装

桥梁塔柱高度测算是桥梁建设的重要环节，随着桥梁工程建设规模的提高，塔柱的建设高度也不断增加，这为实际测算提出了不小的挑战。尤其是斜拉式塔，桥面的跨度相对较大，更应该准确测算出桥梁斜度，为后期建设质量提供保证。应用GPS技术的RTK 技术代替常规的人工放样测量技术，将GPS 接收设备安置在事先选择好的测量坐标点，将接收的卫星通信数据传输至计算机信息系统，计算得出放样的准确位置，通过往复测量直至定位到符合设计放样标准的位置，在所有指标符合要求后方可进行塔柱的安装，从而有效减少测量成本，提高测量效率。

2.2 应用GPS 技术实现道桥桥墩定位

以往桥梁建设时，桥墩的定位测算通常使用经纬仪进行施工现场的位置定位，测算结果往往存在误差，而且经纬仪的使用对操作人员技术能力要求较高，无形中增加了测量难度。加之桥梁建筑建设环境多为跨江跨海位置，传统的经纬仪测量方式逐渐无法适应高难度、大跨度的水下桥墩定位测量工作。应用GPS 技术的动态定位技术实现对跨江跨海的桥梁定位测量，完成对桥主面跨度与桥索塔距离一致性测算，动态GPS 定位技术的测量精度可精确到毫米，有效避免了后期返工维修的可能。应用动态GPS定位技术实现对桥墩的放样定位操作，通过多次测算，将测算值与设计值进行反复比较，从而有效降低测算误差。其优势是可实现自动选择精准度高的放样位置，在此位置装配接收设备，利用接收设备的流动站完成同卫星设备的通信数据实时传输，将测算数据传输至计算机系统，从而得出最终的三维位置坐标。

2.3 应用GPS 技术实现道桥施工高程控制测量

应用GPS 技术实现道桥施工高程控制测量，能够精确测算出桥梁工程的点和点间的大地高度差，通过计算得出更有利于桥梁施工的科学建设高度，测算过程需要测量人员的良好观察配合完成，需及时获取到大地水准面的异常情况，以保证桥梁高程测量的实施顺利。应用GPS 水准测量法实现大地高度差的转换，在精确测算出同名点大地高度及对应高程，通过计算得出二者之间的转换对应关系。桥梁高程控制测量是施工测量的重要环节，在充分考虑施工现场环境因素的同时，应保证测量和定位的高度准确性，提升操作人员对大地水准面的判断能力，合理利用GPS 技术获取准确的高差值，完成转换工作，保证水准面在实现正常标准的基础上完成桥梁建设施工。

2.4 应用GPS 技术实现道桥施工控制测量

控制网的测量精度对桥梁建设质量的影响重大，桥梁的使用寿命会随着控制网的精度的提高而延长，后期的维修概率也会越小。由于桥梁工程有别于普通的道路建设工程，对于设计的广度和宽度要求较高，所以针对桥梁建设控制网的测量通常选用静态GPS 测量技术，此技术的优势是测量精确度高、测量用时短、节省人力等资源，利用GPS 流动站接收器接收被测位置的信息，并将基准站卫星数据与此数据进行往复比对，从而最终获得用户站的准确位置定位，实现道桥施工控制测量目的。

3 GPS 定位技术应用案例分析

3.1 某高架桥工程案例概况

某高架桥建设工程建设位置在平原，工地位置地形地貌较差，地质环境相对复杂，地层中约有75 m 的软土地基，难以应用常规的测量方法及设备完成高准确度的施工测量。因此选择GPS 测量定位技术对高架桥实施施工测量，以保证测算准确度。

3.2 桥梁平面控制测量

高架桥的控制点选择在应用GPS 易测量的施工道路位置，还应保证相邻的控制点之间能够产生相互测量呼应，因此通过“边连接”方式实现GPS 测量控制点的位置选取，具体位置如图2 所示。

图2 高架桥平面控制测量选择控制点位置

结合此案例实际施工特点，在高架桥施工现场选取42 个GPS 测量控制位置，设置4 台Leica350 型号的GPS 信号接收设备，利用静态GPS 定位技术实现高架桥的控制点的快速测量工作，测量过程中配合同步的卫星设备应不少于4 颗，测算总计336 条基础线，每个基准线之间不存在较大差异性，整个控制点测量工作能够在两个工作日内完成。

3.3 桥梁高程控制测量

此案例高架桥选择GPS 水准测量法完成高程控制测量，设计以三等水准度为测量基准进行测量时，设置6 个位置分布均匀的桥梁控制位置点，通过大地异常修正方法计算得出高架桥的内部拟合高度，测量结果外部误差为±6 mm，中误差为±5 mm，在合理误差精度范围内。设计以四等水准度为测量基准进行测量时，高程测量存在±8 mm 的中误差，最高误差为30 mm，同样在合理误差精度范围内。

3.4 应用动态GPS 定位技术实现放样

此案例选择动态GPS 定位技术，以载波相位动态实时差分法实现高架桥测量放样，在高架桥施工环节，将GPS 控制设备同计算机信息系统连接，将桥梁设计的桩位图纸和桥位图纸上传至计算机系统，同时上传系统通过GPS 控制设备测算出的放样数据，随后通过实地测量的GPS 位置坐标利用动态定位方法实现二者的转换。操作人员应提前在放样桩位进行全方位测量，并在控制网的关键控制位置设置GPS 参考点，并借助2 台动态定位流动站完成放样工作。

4 结语

由于国内桥梁建设多处于地形复杂的施工环境，传统的道桥施工测量技术逐渐无法有效完成实际施工的测算工作，通过科学利用GPS 定位技术以协助道路桥梁施工测量，保证测量数据的准确可靠，同时加速GPS 技术的优化，以促进我国道路桥梁建设的健康有序发展。