论文部分内容阅读
摘要：本文对全球卫星定位系统GPS进行了基本介绍，并参考国内部分工程，阐述了GPS在公路桥涵设计中的应用方法及其优点。
关键词：全球定位 GPS 桥路设计
全球卫星定位系统（global positioning system ，GPS）是以人造地球卫星为观测对象的无线电导航系统。该系统能为用户提供精密的三维空间坐标、运动物体的三维速度和标准时间，具有全球性、连续性和全天候的功能。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。
1、GPS在道路工程中的应用
在道路工程中，GPS目前主要用于建立各种道路工程控制网及测定航测外业控制点等。高等级公路的迅速发展对勘测技术提出了更高要求，由于线路长、已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，如沪宁、沪杭高速公路的上海段就是利用GPS建立首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右，达到常规方法难以实现的精度，同时大大提前工期。
2、GPS在桥梁工程中的应用
GPS技术同样应用于特大桥梁的控制测量中，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。如在江阴长江大桥的建设中，首先用常规方法建立高精度边角网，然后利用GPS对该网进行检测，GPS检测网达到毫米级精度，比常规精度网的效果好。
2.1 GPS静态相对定位测量
GPS静态相对定位是一种经典的精密定位模式，自20世纪90年代初开始用于特大型桥梁工程平面控制网测量中。与传统二角测量方法相比，具有精度高、效率高、成本低等显著优点，被广泛应用于各种桥梁工程平面控制测量和变形监测中。近几年来，GPS相对静态定位测量、快速静态相对定位测量技术，还在特大型跨海桥梁工程施工测量定位中发挥了重要作用，成功地解决了传统测量技术无法完成的长距离施工测量精确定位难题。
2.2 GPS实时动态差分定位测量
定位原理：使用安放在一个运动载体（待定点）上的GPS信号接收机与安放在一个基准站（已知点）上的GPS接收机同步跟踪相同的GPS卫星，并通过实时“差分”处理后，联合确定该运动载体的运行轨迹，其定位精度可达到优于±1m的水平。在桥梁工程中，应用GPS实时动态定位技术配合数字回声测深技术，可以快速、高质量地测绘桥址区域内江河湖海的水下地形图，有效地解决了常规测量手段几乎无法完成的特大型跨海桥梁工程桥址水下地形图的技术难题，并全面实现了水下地形测绘的内、外业测量自动化和成果数字化。同时，该模式还可以用于水域地质钻探定位、流向测量等精度要求不高的定位工作。根据估算，使用GPS技术比前方交会定位方法降低成本和提高工效均在3倍以上。
2.3 GPS—RTK定位测量
GPS静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。它采用了载波相位动态实时差分（Real-Time Kinematic）方法，是GPS技术的新突破，它的出现为工程放样、地形测图以及各种较低等级控制测量带来了曙光，极大地提高了外业作业效率。
3、GPS测量的特点
①测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。②定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+10-6，而红外测距仪标称精度为5mm+5×10-6，GPS测量精度与红外测距仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50km的基线上其相对定位精度可达12×10-6，而在100km—500km的基线上可达10-6-10-7。③观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。④提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。⑤操作简便。GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高程和监视仪器的工作状态，而其他观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。⑥全天候作业。GPS观测可在任何地点、任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
4、GPS测量方法对比常规测量方法的优点
①《规范》对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10km，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。②搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。③国家大地点破坏严重影响测量作业。由于国家基础控制点大多为20世纪50、60年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏了解遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50km以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。④地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制要求布设在距离路线的300m范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。⑤长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在四等以上。用常规测量方法，往往采用增加测回数，延长观测时间等费时、费工的方法来设法提高精度。长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带，进行常规控制测量，为通视和网形，往往砍伐工作量相当大，这样测设费用很大，作业艰苦。GPS方法很好的弥补了常规测量方法的以上缺陷，增加了工作效率和测量精度。
5、结语
GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性全天候连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。其定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力引起测量工作者的极大兴趣。随着GPS测量理论与设备的不断发展，使得GPS测量技术日趋成熟，测量功能更加完善，应用面更广，操作更简便，使GPS测量更实用化和自动化，在我国的路桥设计中使用GPS，减少了设计成本，弥补了常规测量方法的缺陷，提高了设计精度和设计效率。
参考文献
[1]宋录彬.全球卫星定位系统（GPS）在高速公路测量中的应用〔J〕.内蒙古公路与运输，2006（1）：83-84.
[2]吴迪军.GPS在现代桥梁工程测量中的应用综述〔J〕.铁道勘察，2006（2）：1-2.
关键词：全球定位 GPS 桥路设计
全球卫星定位系统（global positioning system ，GPS）是以人造地球卫星为观测对象的无线电导航系统。该系统能为用户提供精密的三维空间坐标、运动物体的三维速度和标准时间，具有全球性、连续性和全天候的功能。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。
1、GPS在道路工程中的应用
在道路工程中，GPS目前主要用于建立各种道路工程控制网及测定航测外业控制点等。高等级公路的迅速发展对勘测技术提出了更高要求，由于线路长、已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，如沪宁、沪杭高速公路的上海段就是利用GPS建立首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右，达到常规方法难以实现的精度，同时大大提前工期。
2、GPS在桥梁工程中的应用
GPS技术同样应用于特大桥梁的控制测量中，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。如在江阴长江大桥的建设中，首先用常规方法建立高精度边角网，然后利用GPS对该网进行检测，GPS检测网达到毫米级精度，比常规精度网的效果好。
2.1 GPS静态相对定位测量
GPS静态相对定位是一种经典的精密定位模式，自20世纪90年代初开始用于特大型桥梁工程平面控制网测量中。与传统二角测量方法相比，具有精度高、效率高、成本低等显著优点，被广泛应用于各种桥梁工程平面控制测量和变形监测中。近几年来，GPS相对静态定位测量、快速静态相对定位测量技术，还在特大型跨海桥梁工程施工测量定位中发挥了重要作用，成功地解决了传统测量技术无法完成的长距离施工测量精确定位难题。
2.2 GPS实时动态差分定位测量
定位原理：使用安放在一个运动载体（待定点）上的GPS信号接收机与安放在一个基准站（已知点）上的GPS接收机同步跟踪相同的GPS卫星，并通过实时“差分”处理后，联合确定该运动载体的运行轨迹，其定位精度可达到优于±1m的水平。在桥梁工程中，应用GPS实时动态定位技术配合数字回声测深技术，可以快速、高质量地测绘桥址区域内江河湖海的水下地形图，有效地解决了常规测量手段几乎无法完成的特大型跨海桥梁工程桥址水下地形图的技术难题，并全面实现了水下地形测绘的内、外业测量自动化和成果数字化。同时，该模式还可以用于水域地质钻探定位、流向测量等精度要求不高的定位工作。根据估算，使用GPS技术比前方交会定位方法降低成本和提高工效均在3倍以上。
2.3 GPS—RTK定位测量
GPS静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。它采用了载波相位动态实时差分（Real-Time Kinematic）方法，是GPS技术的新突破，它的出现为工程放样、地形测图以及各种较低等级控制测量带来了曙光，极大地提高了外业作业效率。
3、GPS测量的特点
①测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。②定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+10-6，而红外测距仪标称精度为5mm+5×10-6，GPS测量精度与红外测距仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50km的基线上其相对定位精度可达12×10-6，而在100km—500km的基线上可达10-6-10-7。③观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。④提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。⑤操作简便。GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高程和监视仪器的工作状态，而其他观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。⑥全天候作业。GPS观测可在任何地点、任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
4、GPS测量方法对比常规测量方法的优点
①《规范》对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10km，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。②搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。③国家大地点破坏严重影响测量作业。由于国家基础控制点大多为20世纪50、60年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏了解遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50km以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。④地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制要求布设在距离路线的300m范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。⑤长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在四等以上。用常规测量方法，往往采用增加测回数，延长观测时间等费时、费工的方法来设法提高精度。长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带，进行常规控制测量，为通视和网形，往往砍伐工作量相当大，这样测设费用很大，作业艰苦。GPS方法很好的弥补了常规测量方法的以上缺陷，增加了工作效率和测量精度。
5、结语
GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性全天候连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。其定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力引起测量工作者的极大兴趣。随着GPS测量理论与设备的不断发展，使得GPS测量技术日趋成熟，测量功能更加完善，应用面更广，操作更简便，使GPS测量更实用化和自动化，在我国的路桥设计中使用GPS，减少了设计成本，弥补了常规测量方法的缺陷，提高了设计精度和设计效率。
参考文献
[1]宋录彬.全球卫星定位系统（GPS）在高速公路测量中的应用〔J〕.内蒙古公路与运输，2006（1）：83-84.
[2]吴迪军.GPS在现代桥梁工程测量中的应用综述〔J〕.铁道勘察，2006（2）：1-2.