摘要：桥梁工程施工中，需要合理地开展控制网测设工作，主要是为桥梁各个部位的施工放样和后续应用阶段的监测提供基础。随着科技的不断进步以及测绘技术的不断发展，GPS测量技术被广泛应用在高速公路、铁路等大型桥梁工程平面控制测量施工中，它具有效率高、精度高及成本低的特点。本文中主要探讨大型桥梁平面控制测量中GPS的应用，以供同行借鉴与参考。
关键词：GPS；平面控制测量；应用要点
引言
控制网的质量对桥梁工程的整体安全性和功能性具有直接的影响。GPS技术是现阶段测量工程中常用的一种技术，具有测量精度高、适应范围广和抗干扰能力强等特点。切实将GPS测量技术应用到桥梁测量中，对提升控制网的质量具有十分积极的影响。本文首先描述GPS测量技术工作原理、然后结合工程实例介绍GPS测量技术在大型桥梁施工平面控制测量中的应用。
1、GPS技术优势
GPS系统在运行中主要由三个部分组成，即设备GPS接收机、地面监控系统和空间卫星。GPS由于具有适用性、连续性、无间断、全球性以及全能性的优越性，因此其定时、定位与导航工作在人们的生活、工作及建筑工程中应用效果理想。GPS技术的优势表现在多个方面，（1）应用GPS技术能够充分地提升定位精度，这主要是利用载波相位测量，并且在运用GPS技术过程中，可以开展工程精密定位工作，利用最短的观测时间将平面位置观测结果的误差降至1mm之内。在实际工程中运用GPS技术，可以在20min之内完成静态相对定位工作，在2s内完成实时动态定位，在2min内完成快速静态定位，以此使得需要快速进行的工程能在规定时间内得到完成。（2）应用GPS技术优于常规测量方式的最大优点之一就是不需要通视，在这样的环境下不仅可以最大限度地降低测量作业所需消耗的费用和时间，还可以使得选点工作操作更加简便、灵活。（3）应用GPS技术可以提高公路桥梁工程相关工作的自动化程度。例如在开展公路桥梁工程外业观测时，相关施工人员在应用GPS技术时能够将野外测量工作变得简单化，并且可以更有效地进行全球全天候测量，这一点优势对于促进GPS技术应用意义非凡。
2、GPS桥梁平面控制测量原理
GPS静态定位技术与传统的三角测量相比，具有测站无需通视、仪器操作简单、全天候观测、精度高、效率高及成本低的特点。
2.1GPS数据处理
GPS数据处理中使用的观测数据是通过野外观测GPS接收机得到的，其中的数据都是根据厂家规定的二进制格式存储，如果在进行观测作业时使用的GPS接收机类型不一样，得到的数据就不能在同一个软件下统一处理，因此，要将数据观测文件通过接收机厂家的格式转换软件将格式进行统一（目前使用的大部分都是RINEX格式）然后用软件统一进行基线解算，基线解算合格后输出形成基线向量文件提供平差计算。
2.2GPS网平差
GPS无约束网平差使用的观测量为GPS基线向量，平差一般在基线向量相同的地心坐标系下进行，不包括外部起算数据，以此得到观测站平差后的空间直角坐标。无约束网平差可以探测处理粗差及评定网内符合精度。在高程系统之外，一般使用的都是二维约束平差，由基线计算出的GPS卫星星历中的参数可以与特定参照系相互转换，由此得出指定坐标点位的坐标，平差之前要融入方位、边长及两个或者两个以上的起算点坐标。在网平差结束之后，要对其结果进行校验，主要以中误差、改正数或者相关数理统计结果进行评价。
3、GPS在大型桥梁平面控制测量中的应用
3.1工程介绍
某公路大桥总长8206m，主桥100m+100m+300m+1088m+300m+100m+100m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主孔跨度为1088m，主塔高度为306m，长580m，群桩基础平面为113.75m×48.1m。由于大桥地质核心的水文、地质、气象及航运方面条件复杂，出现大风的次数较为频繁且持续时间长，所以采用常规边角测量建立桥梁施工平面控制网难度较大，在此运用GPS进行平面控制测量。
3.2选点布网
根据GPS测量不需要观测站之间相互通视，点的位置根据工程的需求及规范要求布设，因此，GPS平面控制测量工作方式更加灵活，节省了传算点、过渡点等一系列的测量工作。选点要遵守以下原则：坚持以工程的实际需求为基础，全面考虑多个工程面；要求具有足够的广阔空间，方便接收机的安装和操作；要求工程周边没有强烈的反射卫星信号的物体；要求地面牢固，能够保护各点；要求交通便利，使施工能够正常通行。
3.3外业观测
根据GPS选点原则，在此工程中设置18个点，为了今后的使用更加方面，建造22座观测墩，分别为4座8m、3座6m、11座3m和4座2m。
使用8台GPS接收机进行同步观测，观测时的有效卫星数据要≥6颗，高度截止角＞15°，GDOP≤6，每隔15s进行采样，卫星象限分布（25±20）%，观测时间按照每时段240min，观测2个时段，完成18个平面控制网观测点及联测的3个国家基准点的外业测量工作。表1-表3为此次测量数据。
3.4数据平差计算
平差计算的流程如图1所示。经过三维无约束平差，基线向量的改正数（VΔx，VΔy，VΔz）小于3倍标准差，表示外业观测质量优良。之后进行二维约束平差，基线向量改正数与无约束平差结果的基线改正数的较差（dVΔx、dVΔy）小于2倍标准差。
3.5精度指标的分析
GPS控制网地心坐标分析：以WUHNGPS跟踪站为固定点，通过基线计算结果并且传递坐标，WUHNGPS跟踪站地心框架坐标为：
X=-2267749.3365m，Y=5009154.2898m，
Z=3221290.6629m
平差之后点位误差为±0.64cm。
桥位控制网坐标系分析：中央子午线120°，起算点为I001、I002、I003，高斯椭球投影面，观测得到的数据为32条GPS独立基线，3点约束平差方式为：
I001：X=3，526，544.5000m，Y=651，575.2400m
I002：X=3，535，654.4500m，Y=601，545.5400m
I003：X=3，541，654.5400m，Y=581，421.4500m
最弱点：ST20Mx=±0.16cmMy=±0.18cm
Mp=±0.24cm[Mp=±√（Mx2+My2）]
最弱边：ST16-ST20相对精度为：1/451351。
桥位控制网独立坐标分析：在中央子午线120°59′中的8m高投影面，起算点为ST02，方位角为ST02-ST11，62.2m高，观测得到的数据为28条GPS独立基线，对其进行投影优化：
ST02坐标为X=3541418.245mY=532465.450m；
ST02-ST11方位角为4°34′22＂；
最弱点：ST20Mx=±0.12cmMy=±0.19cmMp=±0.22cm；
最弱边：ST16-ST20相对精度为：1/451562；
以上数据结果满足测量规范要求。
4、使用测量时其他注意事项
4.1布设原则
（1）结合GPS的测量需求，在控制点布设过程中，需要保证控制点周边没有障碍物，不会影响GPS的测量精度。另外，控制点周边不能有较强的反射面，保证GPS测量的开阔性。
（2）控制点的布置需要具备一定的可扩展性。
（3）控制点的布置过程中，避免出现支点，保障测量的准确性和精度。
（4）控制点的布置过程中，需要考虑后续桥梁工程的监测工作。因此，控制点需要具备耐储存性和稳定性。
（5）控制点需要具备多方向的通视性，在满足GPS测量的基础上，可以满足常规测量的基本需求。
4.2GPS控制网的施测
GPS控制网的施测属于外业。本工程为了满足工程的具体需求，按照上述控制点的选点原则，根据网形设计情况，完成对控制点的选点。选点完成后，采用标石完成对控制点的展示。采用标石有助于对控制点的保护和保存，为桥梁工程的后续工作提供基础。标石需要具备稳定性、坚固性和耐久性，同时符合工程的具体要求。
5、结语
随着GPS技术的不断更新与发展，GPS将会被越来越多的应用到诸如大地、工程、地籍等测量或者各种类型的变形监测作业中，并将发展成为改造城市以及建立工程控制网的重要方式之一。为了全面提升公路桥梁施工控制测量的整体水平，相关施工人员还应当对GPS进行更加深入的研究与分析，并通过实践来证明理论的可行性。
参考文献：
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[2]梁兴元.公路桥梁测量中GPS技术的应用[J].科技创新与应用.2014（32）：45.
[3]李军.GPS技术在大型桥梁测量控制中的应用研究[J].城市地理.2016（08）：72.
论文作者:郭志鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
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