【摘 要】随着GPS定位技术在不断地向更实用化发展，它的测量范围越来越广，测量功能越来越完善，操作也日益简便。在工程应用上发挥着不可替代的作用，越来越发挥我国在做路桥设计的时候常常把GPS定位技术应用进去，这样不仅可以避免传统测量方法带来的弊端，而且可以降低测量成本，同时也提高了精度与效率。本文将以GPS作为新式测量系统的优势为切入点，重点分析GPS技术在路桥设计与监测中的应用研究。
【关键词】GPS技术；路桥设计；监测；应用研究
1.引言
在我国交通建设进入高速发展的重要时期，路桥作为中国交通网的重要组成部分，其质量能否符合经济发展需求，市政府和社会非常关注的热点。要确保路桥的质量，其核心环节就是路桥的设计与监测工作必须合理准确。而在实际的操作中，测量时常会遇到各种各样的实际问题，影响到测量工作的正常开展和测量的准确性，例如地形阻碍，人流、车流阻碍管线问题等，这就给路桥设计与监测的相关技术提出了严标准和高要求。GPS技术在路桥设计与监测中对保证设计与监测的合理与准确具有独特的优势，因此得到了广泛的应用。
2.GPS定位系统简介
GPS定位系统也称全球定位系统，本来是用于军事的卫星导航和其定位系统，它以卫星为基础，具有全天候、速度快、连续性、实时性等特点，并且GPS具有良好的保密性及抗干扰性。GPS定位系统的优势在于它可以全天候地向全球任意一个用户提供某一点的时间信息和三维坐标等参数，且精密度极高，在各种变形监测中都有很好的应用，主要包括大坝变形监测、桥梁变形监测、滑坡监测及矿区变形监测等特殊地区监测。其从根本上解决了人类在地球及其周围空间的导航及定位问题。一般来说 ,GPS系统主要由空间星座、地面控制与用户设备三个部分。
2.1空间星座部分。主要是24(21+3)颗卫星组成,其中,21工作卫星,另外3个备用卫星组成GPS系统星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道面上,每个轨道面四颗卫星。根据时间和地点的不同,一般至少有四个可以看到,多的时候高达11。GPS信号导航定位,要计算点的经度,纬度和海拔,至少4个GPS定位卫星可用。由于地理和环境因素或图形结构不佳,在某处,可能难以测得精确坐标点,这个时间称为“间隙段”。但是,这种差距段很短,不会影响绝大多数GPS工作。三个备用卫星,根据指示,必要时矿可以更换出现故障的卫星,从而提高工作效率和可靠性。
2.2用户设备部分
该部分主要设备就是GPS接收机,即一种特制的无线电接收机。该部分的主要作用是接收卫星导航发出的信号,并对接收的卫星信号进行处理,从而获得需要的数据,以确定位置。根据不同用户所需要的功能,需要配置不同类型的GPS接收机。它们的性能结构,形状,大小和价格也有很大的不同。比如,航海与航空使用的导航型接收机,要具有与存储暑或其它媒介相互通讯的功能,因为其中存有电子导航图等资料;测地用的接收机就要求具有很高的精度,并能快速采集和存储数据;军用的接收机,要附加解码模块,如果用于地面部队则要求较高的机动性。
2.3地面监控部分
该部分主要由分布在全球的不同地方的6个地面站组成,其中包括卫星监测站、主控站、备用主控站与信息注入站,分别位于科罗拉多、盖茨堡、夏威夷、南大西洋的阿松森群岛、印度洋的迭哥伽西亚和南太平洋的卡瓦加兰。地面监控部分负责收集由卫星传回的信息,并计算卫星星历、相对距离,大气校 正等数据 。
3.GPS在桥梁设计中的应用
3.1 GPS静态相对定位在桥梁设计中的应用
GPS静态相对定位的一般方法，就是将1台GPS接收机安置在已知坐标的地面点上；另1台或多台GPS接收机安置在未知坐标的地面点上，并保持各接收机固定不动，同步连续观测相同的GPS卫星星座，用以求得未知点相对于已知点的坐标增量，从而由已知点坐标，推求各未知点坐标的方法。由于进行连续观测，取得了充分的多余观测量，因而可获得非常高的定位精度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆GPS静态相对定位是一种较为经典的精密定位模式，与传统的测量方法相比，具有效率高、精度高与成本低等优点，因此，GPS被广泛应用于各种桥梁工程的平面控制测量与变形监测工作中。
3.2 GPS 动态相对定位在桥梁设计中的应用
所谓GPS动态相对定位,就是将一台GPS接收机安置于已知坐标的同定观测站(也称基准站或参考站)上,并同步观测相同的卫星;基准接收机将瞬时观测量与由基准站已知坐标求得的相应结果进行比较,得出瞬时校正值,并用该瞬时校正值改正流动接收机的瞬时观测培,从而求得流动站乃相对于基准站五的瞬时位置。GPS动态相对定位精度可达±1m。在桥梁工程中,GPS动态相对定位技术与数字回声测深技术相结合,可以快速和高品质的完成内江湖泊水下地形图测绘工作,以解决传统测量手段几乎不可能完成的大型跨海桥址水下地形图测绘,并充分实现内部和外业测量自动化和成果数字化。据估计,利用GPS技术比传统的前方交会定位方法,可以降低成本和提高效率三倍以上 。
3.3 GPS-RTK定位在桥梁设计中的应用
GPS-RTK定位是基于载波相位测量的动态相对定位方法。随着快速确定整周未知数方法的进步，已发展成为一种实时的、高精度的动态相对定位技术测量系统。它采用了载波相位动态实时差分的方法，是近年来GPS技术的一种新突破，它的出现为桥梁设计工程带来了新的血液，可以极大提高了外业作业效率。
4.GPS技术在路桥监测中的应用
在公路的监测中需要应用GPS技术的静态功能和动态功能，确定地面某点的三维坐标，并对已知的三维坐标点位，实地放样地面上。GPS技术在路桥工程的控制测量上具有独特的优势，因此被广泛应用。
4.1 GPS技术精度高，环境适应性强，还有利于环保，可用于地形障碍严重、水文条件复杂、重大工程的测量上，例如高等级路桥工程在山岭重丘施工时，GPS高程测量可以充分发挥测量优势，还可以减少野外砍伐工作量，有利于环保。
4.2 GPS测量效率高、自动化性能强。GPS在作业时，地面的控制系统会自动记录、计算和处理数据，大大节约了人工成本。
4.3 GPS-RTK技术大大简化了公路的测量模式。GPS-RTK技术用于路线、桥、隧道勘察时，能实时得出所在位置的空间三维坐标，直接进行实地实时放样、中桩测量、电位测量等，大大简化了路桥工程测量模式。
5.结束语
GPS是近年来发展较快的新一代卫星导航与定位系统,它具在全球性、全天候的特点,并具有连续精密三维导航与定位 能力。GPS定位技术所有具有的高精度、实时工作性与较好的发展潜力引起测绘工作者的极大兴趣。随着GPS测量理论与设备的不断发展,使得GPS测量技术日趋完善。近年来,随着GPS技术 的不断发展,其测量功能更加完善,应用面也越来越广,操作也更简便,这使GPS测量更实用化。在我国的路桥设计中使用GPS技术,可以减少设计成本,弥补常规传统测量方法的不足,提高设计精度与设计效率。此外,在道路和桥梁的沉降变形监测方面,GPS监测方法比传统的工程测量方法具有更快的速度、更高的效率和更高的精度,在中国的道路和桥梁的设计以及监测方面具有广阔的应用前景。
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论文作者:王一勋
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/9
标签：测量论文; 技术论文; 接收机论文; 桥梁论文; 坐标论文; 地面论文; 精度论文; 《低碳地产》2016年9月第17期论文;