談gps技術(shù)在路橋設(shè)計與監(jiān)測中的應(yīng)用

1、<p>　　談GPS技術(shù)在路橋設(shè)計與監(jiān)測中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：GPS全球定位系統(tǒng)作為新形式測量系統(tǒng)，已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。本文首先簡單介紹了GPS系統(tǒng)然后分析了技術(shù)特點以及應(yīng)用總結(jié)了GPS在路橋設(shè)計與監(jiān)測應(yīng)用中的優(yōu)點。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS系統(tǒng)；路橋設(shè)計；應(yīng)用；GPS-RTK；變形監(jiān)測 </p>

2、<p>　　中圖分類號：P258 文獻標識碼：A </p><p>　　1. GPS系統(tǒng)的簡要介紹 </p><p><b>　　1.1含義及組成 </b></p><p>　　GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測量用戶還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。 </p><p><b&g

3、t;　?。?）空間衛(wèi)星群 </b></p><p>　　GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60度，軌道和地球赤道的傾角為55度，衛(wèi)星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號。 </p><p>　　（2）GPS的地面控制系統(tǒng) </p

4、><p>　　GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。GPS地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。 </p>

5、;<p>　　（3）GPS的用戶部分 </p><p>　　GPS用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進行導航定位等。 </p><p>　　1.2 GPS測量的技術(shù)特點 </p><p>　　相對于常規(guī)的測量方法來講，GPS測量有以下特點： </p>&

6、lt;p>　?。?）測站之間無需通視 </p><p>　　測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。 </p><p><b>　?。?）定位精度高 </b></p><p>　　一般雙頻GPS接收機基線解精度為5ｍｍ＋1ｐｐｍ，而紅外儀標稱精度為5ｍｍ＋

7、5ｐｐｍ，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12×，而在100-500公里的基線上可達～。 </p><p><b>　?。?）觀測時間短 </b></p><p>　　小于20公里的短基線上，快速相對定位一般只需5分鐘觀測時間即可 </p><p

8、>　?。?）提供三維坐標 </p><p>　　GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。 </p><p><b>　?。?）操作簡便 </b></p><p>　　GPS測量的自動化程度很高。在觀測中測量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均

9、由儀器自動完成。 </p><p><b>　　（6）全天候作業(yè) </b></p><p>　　GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。 </p><p>　　2 .GPS在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用 </p><p>　　GPS技術(shù)在應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中,可構(gòu)成較好的網(wǎng)形,能提高定位精度,同時對

10、檢測傳統(tǒng)常規(guī)測量的支點也非常的有效。 </p><p>　　2.1 GPS 靜態(tài)相對定位在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用 </p><p>　　GPS靜態(tài)相對定位的一般方法,就是將1臺GPS接收機安置在已知坐標的地面點(已知點)上；另1臺或多臺GPS接收機安置在未知坐標的地面點(待定點)上,并保持各接收機固定不動,同步連續(xù)觀測相同的GPS衛(wèi)星星座,用以求得未知點相對于已知點的坐標增量(基線矢量),從而由

11、已知點坐標,推求各未知點坐標的方法。由于進行連續(xù)觀測,取得了充分的多余觀測量,因而可獲得非常高的定位精度。GPS靜態(tài)相對定位是一種較為經(jīng)典的精密定位模式,自1990年初開始應(yīng)用于特大橋梁工程平面控制網(wǎng)的測量中。與傳統(tǒng)的測量方法相比,具有效率高、精度高與成本低等優(yōu)點,因此,GPS被廣泛應(yīng)用于各種橋梁工程的平面控制測量與變形監(jiān)測工作中。近年來,GPS相對靜態(tài)定位測量與快速靜態(tài)相對定位測量技術(shù),也在特大型跨海橋梁工程設(shè)計與施工測量定位中發(fā)揮著

12、重要作用,成功的解決了以前傳統(tǒng)測量技術(shù)無法完成的長距離施工測量精確定位技術(shù)難題。 </p><p>　　2.2 GPS 動態(tài)相對定位在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用 </p><p>　　所謂GPS動態(tài)相對定位,就是將一臺GPS接收機安置于已知坐標的同定觀測站(也稱基準站或參考站)上,并同步觀測相同 </p><p>　　的衛(wèi)星；基準接收機將瞬時觀測量與由基準站已知坐標求得的相應(yīng)

13、結(jié)果進行比較, </p><p>　　得出瞬時校正值,并用該瞬時校正值改正流動接收機的瞬時觀測培,從而求得流動站乃相對于基準站五的瞬時位置。GPS動態(tài)相對定位精度可達± 1m。在橋梁工程中,GPS動態(tài)相對定位技術(shù)與數(shù)字回聲測深技術(shù)相結(jié)合,可以快速和高品質(zhì)的完成內(nèi)江湖泊水下地形圖測繪工作,以解決傳統(tǒng)測量手段幾乎不可能完成的大型跨海橋址水下地形圖測繪,并充分實現(xiàn)內(nèi)部和外業(yè)測量自動化和成果數(shù)字化。據(jù)估計,利用

14、GPS技術(shù)比傳統(tǒng)的前方交會定位方法,可以降低成本和提高效率三倍以上。 </p><p>　　2.3 GPS-RTK 定位在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用 </p><p>　　GPS-RTK定位是基于載波相位測量的動態(tài)相對定位方法。該方法從20世紀90年代中期以來,隨著快速確定整周未知數(shù)方法的進步,已發(fā)展成為一種實時的、高精度的動態(tài)相對定位技術(shù)測量系統(tǒng)。它采用了載波相位動態(tài)實時差分的方法,是近年來GPS

15、技術(shù)的一種新突破,它的出現(xiàn)為橋梁設(shè)計工程帶來了新的血液,可以極大提高了外業(yè)作業(yè)效率。 </p><p>　　2.4 GPS在公路工程的控制測量上的發(fā)展前景 </p><p>　　公路工程的測量主要應(yīng)用了GPS的兩大功能：靜態(tài)功能和動態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過接收到的衛(wèi)星信息，確定地面某點的三維坐標；動態(tài)功能是通過衛(wèi)星系統(tǒng)，把已知的三維坐標點位，實地放樣地面上。通過以上對GPS測量的應(yīng)用事例的探

16、討，可以看出GPS在公路工程的控制測量上具有很大的發(fā)展前景。 </p><p>　　(1)GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等。 </p><p>　　(2)GPS測量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)控制，自動記錄、自動數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動平差計算。 </p>

17、<p>　　(3)GPSRTK技術(shù)將徹底改變公路測量模式。RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時放樣、中樁測量、點位測量等。 </p><p>　　(4)GPS測量可以極大地降低勞動作業(yè)強度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測量作業(yè)效率為常規(guī)測量方法的3倍以上。 </p><p>　　(5)GPS高精度高程測

18、量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當前高等級公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實施常規(guī)的幾何水準測量有困難，GPS高程測量無疑是一種有效的手段。 </p><p>　　3. GPS在橋梁沉降變形監(jiān)測的應(yīng)用 </p><p>　　目前,中國已建立了很多跨河或者跨海的大型或者超大型橋梁。大跨度橋梁在長期的使用中,受不同載荷和材料老化,

19、管理和使用不當?shù)纫蛩氐挠绊?可能會導致結(jié)構(gòu)性的損傷,導致災(zāi)難性的后果。因此,為了確保大橋能夠安全運行,必須進行變形監(jiān)測以提高設(shè)計壽命。變形監(jiān)測通常使用傳統(tǒng)工程測量方法。工程測量變形監(jiān)測方法具有精度高,可靠的優(yōu)勢,但工作量大,工作效率低,需要監(jiān)測點與基點通視,受氣候影響較大,不容易實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測與測量過程的自動化觀測,這些缺點對變形監(jiān)測非常不利。GPS測量具有高精度三維定位能力,可以實現(xiàn)連續(xù)工作,為橋梁的動態(tài)和靜態(tài)變形監(jiān)測提供了的有效手段與

20、方法。另外,建立三維監(jiān)測網(wǎng)簡單,不需要測站間通視。因此,在對大規(guī)模的公路和橋梁進行變形監(jiān)測中,GPS比使用傳統(tǒng)的測量工程方法有更好的準確性和效率。 </p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　在我國的路橋設(shè)計中使用GPS技術(shù),可以減少設(shè)計成本,彌補常規(guī)傳統(tǒng)測量方法的不足,提高設(shè)計精度與設(shè)計效率。此外,在道路和橋梁的沉降變形監(jiān)測方面,GPS監(jiān)測

21、方法比傳統(tǒng)的工程測量方法具有更快的速度、更高的效率和更高的精度,在中國的道路和橋梁的設(shè)計以及監(jiān)測方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 王江.GPS在杭州灣跨海大橋變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù). 2010(S1) </p><p>　　[2] 肖木來,王繼輝.GPS在路橋

22、設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技資訊. 2008(31) </p><p>　　[3] 趙飛燕,陳再輝.GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].水資源與水工程學報. 2006(05) </p><p>　　[4] 吳迪軍.GPS在現(xiàn)代橋梁工程測量中的應(yīng)用綜述[J].鐵道勘察. 2006(02) </p><p>　　[5]JTJ066298,全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程[S