談gps技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

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

2、<p>　　中圖分類號(hào)：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　1. GPS系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(cè)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(wàn)公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個(gè)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(yùn)行周期為11小時(shí)58分，這樣可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線以上可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)。 </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(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)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(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去；同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)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(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計(jì)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(guó)本土。 </p>

5、;<p>　?。?）GPS的用戶部分 </p><p>　　GPS用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。 </p><p>　　1.2 GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn) </p><p>　　相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)講，GPS測(cè)量有以下特點(diǎn)： </p>&

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

7、5ｐｐｍ，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。量實(shí)驗(yàn)證明，在小于50公里的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12×，而在100-500公里的基線上可達(dá)～。 </p><p><b>　　（3）觀測(cè)時(shí)間短 </b></p><p>　　小于20公里的短基線上，快速相對(duì)定位一般只需5分鐘觀測(cè)時(shí)間即可 </p><p

8、>　?。?）提供三維坐標(biāo) </p><p>　　GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。 </p><p><b>　?。?）操作簡(jiǎn)便 </b></p><p>　　GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)是安裝并開(kāi)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(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均

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

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

11、已知點(diǎn)坐標(biāo),推求各未知點(diǎn)坐標(biāo)的方法。由于進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),取得了充分的多余觀測(cè)量,因而可獲得非常高的定位精度。GPS靜態(tài)相對(duì)定位是一種較為經(jīng)典的精密定位模式,自1990年初開(kāi)始應(yīng)用于特大橋梁工程平面控制網(wǎng)的測(cè)量中。與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比,具有效率高、精度高與成本低等優(yōu)點(diǎn),因此,GPS被廣泛應(yīng)用于各種橋梁工程的平面控制測(cè)量與變形監(jiān)測(cè)工作中。近年來(lái),GPS相對(duì)靜態(tài)定位測(cè)量與快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量技術(shù),也在特大型跨海橋梁工程設(shè)計(jì)與施工測(cè)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(cè)量技術(shù)無(wú)法完成的長(zhǎng)距離施工測(cè)量精確定位技術(shù)難題。 </p><p>　　2.2 GPS 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 </p><p>　　所謂GPS動(dòng)態(tài)相對(duì)定位,就是將一臺(tái)GPS接收機(jī)安置于已知坐標(biāo)的同定觀測(cè)站(也稱基準(zhǔn)站或參考站)上,并同步觀測(cè)相同 </p><p>　　的衛(wèi)星；基準(zhǔn)接收機(jī)將瞬時(shí)觀測(cè)量與由基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)求得的相應(yīng)

13、結(jié)果進(jìn)行比較, </p><p>　　得出瞬時(shí)校正值,并用該瞬時(shí)校正值改正流動(dòng)接收機(jī)的瞬時(shí)觀測(cè)培,從而求得流動(dòng)站乃相對(duì)于基準(zhǔn)站五的瞬時(shí)位置。GPS動(dòng)態(tài)相對(duì)定位精度可達(dá)± 1m。在橋梁工程中,GPS動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)與數(shù)字回聲測(cè)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(cè)繪工作,以解決傳統(tǒng)測(cè)量手段幾乎不可能完成的大型跨海橋址水下地形圖測(cè)繪,并充分實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外業(yè)測(cè)量自動(dòng)化和成果數(shù)字化。據(jù)估計(jì),利用

14、GPS技術(shù)比傳統(tǒng)的前方交會(huì)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(jì)中的應(yīng)用 </p><p>　　GPS-RTK定位是基于載波相位測(cè)量的動(dòng)態(tài)相對(duì)定位方法。該方法從20世紀(jì)90年代中期以來(lái),隨著快速確定整周未知數(shù)方法的進(jìn)步,已發(fā)展成為一種實(shí)時(shí)的、高精度的動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)測(cè)量系統(tǒng)。它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分的方法,是近年來(lái)GPS

15、技術(shù)的一種新突破,它的出現(xiàn)為橋梁設(shè)計(jì)工程帶來(lái)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(cè)量上的發(fā)展前景 </p><p>　　公路工程的測(cè)量主要應(yīng)用了GPS的兩大功能：靜態(tài)功能和動(dòng)態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過(guò)接收到的衛(wèi)星信息，確定地面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)；動(dòng)態(tài)功能是通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)，把已知的三維坐標(biāo)點(diǎn)位，實(shí)地放樣地面上。通過(guò)以上對(duì)GPS測(cè)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(cè)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(diǎn)工程地區(qū)等。 </p><p>　　(2)GPS測(cè)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(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。 </p>

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

18、量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有困難，GPS高程測(cè)量無(wú)疑是一種有效的手段。 </p><p>　　3. GPS在橋梁沉降變形監(jiān)測(cè)的應(yīng)用 </p><p>　　目前,中國(guó)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(zhǎng)期的使用中,受不同載荷和材料老化,

19、管理和使用不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性的損傷,導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此,為了確保大橋能夠安全運(yùn)行,必須進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)以提高設(shè)計(jì)壽命。變形監(jiān)測(cè)通常使用傳統(tǒng)工程測(cè)量方法。工程測(cè)量變形監(jiān)測(cè)方法具有精度高,可靠的優(yōu)勢(shì),但工作量大,工作效率低,需要監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基點(diǎn)通視,受氣候影響較大,不容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)與測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化觀測(cè),這些缺點(diǎn)對(duì)變形監(jiān)測(cè)非常不利。GPS測(cè)量具有高精度三維定位能力,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作,為橋梁的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)變形監(jiān)測(cè)提供了的有效手段與

20、方法。另外,建立三維監(jiān)測(cè)網(wǎng)簡(jiǎn)單,不需要測(cè)站間通視。因此,在對(duì)大規(guī)模的公路和橋梁進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)中,GPS比使用傳統(tǒng)的測(cè)量工程方法有更好的準(zhǔn)確性和效率。 </p><p><b>　　4.結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　在我國(guó)的路橋設(shè)計(jì)中使用GPS技術(shù),可以減少設(shè)計(jì)成本,彌補(bǔ)常規(guī)傳統(tǒng)測(cè)量方法的不足,提高設(shè)計(jì)精度與設(shè)計(jì)效率。此外,在道路和橋梁的沉降變形監(jiān)測(cè)方面,GPS監(jiān)測(cè)

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

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