道路橋梁工程中的GPS技術(shù)研究論文
【摘要】GPS在工程測量上具有很強的應用性，能夠很大程度上提高測量的精度、效率以及工程的質(zhì)量，使道路和橋梁的測量更加準確，方便，快速；同時(shí)它還能夠進(jìn)行監測工作，保證施工過(guò)程能夠更準確、更高質(zhì)量的進(jìn)行，從而避免出現不必要的質(zhì)量缺失。本文詳細介紹了GPS測量技術(shù)的原理，重點(diǎn)討論在道路和橋梁施工測量中如何提高對GPS的運用。
【關(guān)鍵詞】道路橋梁；測量；GPS；探討
1GPS技術(shù)概述
1.1概念及發(fā)展現狀
在當前的工程建設領(lǐng)域，我們已經(jīng)開(kāi)始將GPS技術(shù)運用到道路與橋梁的建設中，進(jìn)行工程測量定位，逐漸取代了傳統的經(jīng)緯儀、全站儀。這不但是我們工程建設方面的一個(gè)進(jìn)步，還使得GPS技術(shù)朝著(zhù)越來(lái)越成熟的方向發(fā)展下去。隨著(zhù)人們對GPS的合理利用，越來(lái)越多的領(lǐng)域將會(huì )涉及到這項技術(shù)，它將引領(lǐng)將人們從陸地工程轉變到海洋中和宇宙空間上，從靜態(tài)定位轉變?yōu)閯?dòng)態(tài)定位，為廣大領(lǐng)域的研究開(kāi)拓路線(xiàn)。
1.2GPS系統的構成
1.2.1空間部分———GPS星座
GPS的空間部分是由24顆工作衛星組成，它位于距地表20～200km的上空，均勻分布在6個(gè)軌道面上，每個(gè)軌道面4顆。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀(guān)測到4顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象，這就提供了在時(shí)間上連續的全球導航能力。
1.2.2地面控制部分———地面監控系統
地面監測系統也是整個(gè)GPS中重要的系統，由主控站、全球監測站和、地面控制站（又稱(chēng)注入站）組成。主控站是從各監測站收集跟蹤數據，計算出衛星的軌道和時(shí)鐘參數，編制電文，然后將結果送到地面控制站，同時(shí)還能夠對衛星的工作狀態(tài)進(jìn)行監測；監測站將取得的衛星觀(guān)測數據，傳送到主控站中統一管理，并且能夠了解氣象的變化；地面控制站（注入站）的作用十分簡(jiǎn)單，在每顆衛星運行至上空時(shí)，把這些電信號導航數據及主控站指令注入到GPS衛星中，空間部分和地面控制
1.2.3用戶(hù)設備部分———GPS信號接收機
用戶(hù)設備部分即GPS信號接收機，接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的后處理軟件包構成完整的GPS用戶(hù)設備。目前各種類(lèi)型的接收機體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外觀(guān)測使用，尤其在道路與橋梁的測量中，很大程度的減輕了工作量，提高了工作效率。
2GPS進(jìn)行道路橋梁測量原理及分類(lèi)
當運用GPS技術(shù)在道路和橋梁工程施工測量上時(shí)，衛星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數和時(shí)間信息，用戶(hù)的GPS接收機接收到這些信息后，經(jīng)過(guò)計算求出接收機的三維位置，三維方向以及運動(dòng)速度和時(shí)間信息。這一過(guò)程實(shí)際上是將衛星作為動(dòng)態(tài)空間已知點(diǎn)，利用距離交會(huì )的原理確定接收機的三維位置。
2.1GPS定位按定位方式分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位）
2.1.1單點(diǎn)定位
單點(diǎn)定位就是根據一臺接收機的觀(guān)測數據來(lái)確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀(guān)測量，可用于車(chē)船等載體的概略導航定位。
2.1.2相對定位（差分定位）
相對定位（差分定位）是根據兩臺以上接收機的觀(guān)測數據來(lái)確定觀(guān)測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀(guān)測量也可采用相位觀(guān)測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀(guān)測值進(jìn)行相對定位。
2.2GPS定位按接收機的運動(dòng)狀態(tài)可分為靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位
2.2.1靜態(tài)定位
靜態(tài)定位是指GPS接收機在每一流動(dòng)站上是靜止進(jìn)行觀(guān)測的，并且在捕獲和跟蹤GPS衛星的過(guò)程中固定不變，在觀(guān)測過(guò)程中，同時(shí)接收基準站和衛星的同步觀(guān)測數據，接收機高精度地測量GPS信號的傳播時(shí)間，利用GPS衛星在軌的已知位置，實(shí)時(shí)解算整周未知數和用戶(hù)站的三維坐標。
2.2.2動(dòng)態(tài)定位
動(dòng)態(tài)定位是指GPS接收機測定一個(gè)運動(dòng)物體的運行軌跡，測量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀(guān)測數分鐘進(jìn)行初始化工作，然后流動(dòng)站按預定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀(guān)測，并連同基準站的同步觀(guān)測數據，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。
3道路橋梁工程測量中GPS運用的優(yōu)點(diǎn)
�。�1）GPS測量技術(shù)在路橋施工中的應用，因其較高的精度，減少了過(guò)去放線(xiàn)誤差引起的返工，提高了勘測精度和勘測效率。一般每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1～2s，流動(dòng)站小組作業(yè)，每小組3～4人就可完成中線(xiàn)測量5～10km，并且在中線(xiàn)放樣的同時(shí)就可以完成中樁抄平工作。另外GPS測量技術(shù)還可以涵蓋路橋測量的平、縱、橫，以及施工的放樣、監理的復測、竣工測量、養護測量等等諸多方面，在路橋勘測、施工和后期養護、管理中都有著(zhù)較大的優(yōu)勢。（2）以前在道路橋梁的測量中常采用全站儀，它雖然能夠完善地實(shí)現了測量和處理過(guò)程的電子一體化，并且能夠自動(dòng)顯示測量結果，同時(shí)實(shí)現了與外圍設備交換信息，但是該儀器與GPS比較，GPS更勝一籌。GPS不需要測站點(diǎn)之間相互通視，不受氣候影響，能夠節省龐大的人力物力，在測量時(shí)，精度高、作業(yè)快、費用省、應用靈活，并且還有可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)勢。采用GPS在一般的地形地勢下，特別是在地勢較高的地方，只需設站一次即可測完半徑為15km以?xún)鹊臏y區，大大地減少了傳統測量所需的控制點(diǎn)數量和全站儀的搬站次數，僅需一個(gè)人在地形地貌碎部點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測，可以得到該點(diǎn)的三維坐標值。（3）GPS技術(shù)還可以利用專(zhuān)門(mén)的配套軟件，組建與工程對應的模型進(jìn)行施工，很大程度上提高了工程的準確度，避免了工程在傳統施工方法時(shí)可能出現的未知問(wèn)題。根據測量的結果，還可以直接繪制出施工流程，或者是相應的區域圖，有效地提高了施工單位的工作效率。
4道路橋梁工程測量中GPS技術(shù)的具體應用
4.1變形監測
道路與橋梁工程的建設往往具有施工環(huán)境復雜、工程體量巨大、施工過(guò)程中不確定的因素眾多等特點(diǎn)，造成測量控制過(guò)程也困難重重。如果測量的精度得不到很好的保證，工程的質(zhì)量也將不可避免的受到影響。而GPS技術(shù)很好的解決了這個(gè)難題。將GPS系統與工程實(shí)體相連，對建筑內環(huán)境與外環(huán)境進(jìn)行監測，當施工出現變動(dòng)時(shí)，GPS會(huì )立即傳送數據，施工和管理人員會(huì )及時(shí)的`得到信息，立即采取針對性措施，進(jìn)行適當的處理。GPS也可以對建筑物所處的環(huán)境進(jìn)行監測，如路基邊坡開(kāi)裂、滑動(dòng)，橋梁結構發(fā)生變形等，GPS會(huì )及時(shí)發(fā)送警報信號。這種技術(shù)不但保證了工程建設的安全，節省了不必要的費用，同時(shí)還提高了工程整體的質(zhì)量。
4.2在工程的控制網(wǎng)中的運用
在傳統的工程測量中，控制網(wǎng)的建設和管理對工程質(zhì)量的提高、施工安全的保障都有著(zhù)極為重要的作用。采用GPS技術(shù)進(jìn)行控制網(wǎng)的建設，布點(diǎn)不受地形限制，測量放線(xiàn)不受時(shí)間段和氣候影響，能夠運用較少的資金得到較好的效果。同時(shí)GPS技術(shù)因其精度較高，在隧道、工程勘探、施工等領(lǐng)域也能夠得到廣泛的運用。
4.3提高了工作效率
通過(guò)GPS設備的數據接口、電纜和配套軟件，可以輕易的將它與計算機相連，進(jìn)行數據的傳輸和儲存，能夠將測量數據轉變?yōu)槠矫鎴D、斷面圖等，減少了工程繪圖所消耗的大量時(shí)間，降低了技術(shù)人員勞動(dòng)強度，提高了成果的準確性，對工程的施工效率也有很大的提高。
4.4對斷面測量
通過(guò)使用GPS技術(shù)對傳統的方法進(jìn)行改進(jìn)，可以更準確、更高效的測量道路和橋梁工程的土方開(kāi)挖和回填工程量，大大減少了技術(shù)人員在現場(chǎng)工作量，可以輕松地得到測量樁點(diǎn)坐標、高程和距離等數據，并利用繪圖軟件繪制斷面圖。在測量準確度上，比傳統上的人工測量更加精確。在工程環(huán)境較差、地質(zhì)狀況差的地段，人為測量往往存在很大的誤差，并且對技術(shù)人員的人身安全也沒(méi)有百分之百的保證。GPS技術(shù)的運用，能夠達到較高的效率和精度，逐漸成為工程測量必不可少的工具。
4.5對質(zhì)量成果進(jìn)行控制
在傳統的質(zhì)量驗收中，驗收人員往往要親臨施工現場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察和測量，監管部門(mén)也要在整個(gè)施工過(guò)程中進(jìn)行跟蹤監督。但是運用GPS技術(shù)，這些步驟都可以通過(guò)GPS技術(shù)大大簡(jiǎn)化，在整個(gè)施工過(guò)程中進(jìn)行檢測和控制。到最后的竣工質(zhì)量驗收，同樣也可以運用GPS技術(shù)，對高程、坐標和面積等數據進(jìn)行計算和匯總，根據結果來(lái)評定工程的質(zhì)量是否滿(mǎn)足設計和規范要求，通過(guò)技術(shù)人員簡(jiǎn)單的操作能夠自動(dòng)進(jìn)行運算，省時(shí)省力。通過(guò)GPS測量的數據不僅可以明顯的看出工程是否合格，而且可以將數據永久保存，為工程今后的維護、管養提供可靠的依據。
5結束語(yǔ)
隨著(zhù)時(shí)間的推移，GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢將會(huì )更加科技化、網(wǎng)絡(luò )化、集成化、智能化，能夠讓廣大的用戶(hù)得心應手，效率更高，將GPS運用到道路和橋梁的建設中，使施工更簡(jiǎn)便、更準確、更高效，竣工檢查更公平，更有說(shuō)服力，為我國的現代化建設提供新的動(dòng)力。
參考文獻
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