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摘要：GPS技术自诞生以来，一直在不断地发展与完善着，尤其当GPS进行了现代化改造之后，其应用在桥梁工程测量中也日益普及并深入，发挥着其独特的优势。与此同时，在目前及将来一段比较长的时期内，GPS技术会与传统地面测绘技术等其他测绘技术相互补充、共同依存。电子速测技术与GPS技术的集成技术会是未来桥梁工程测量发展的主要方向之一。本文对GPS技术在桥梁工程测量中的应用进行了研究分析。
关键词：GPS技术;桥梁工程测量;应用
一、GPS技术在桥梁工程测量中的应用情况
1、GPS静态相对定位作为精密的定位模式，其优势为成本低、精度高、效率高，主要被应用在各种桥梁工程的平面控制测量或变形监测中。GPS相对静态定位测量、快速静态相对定位测量技术，曾经在特大型跨海桥梁工程测量定位中发挥了关键作用，顺利地解决了长距离施工测量精确定位的难题。
2、GPS实时动态差分定位测量的原理是将安放在一个运动载体上的GPS信号接收机，和安放在一个基准站上的GPS接收机，同时跟踪一颗GPS卫星，通过实时差分处理后，联合确定该运动载体的运行轨迹，其定位精度在1米以内。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，能够快速、高质量地测绘桥址区内的水下地形图，解决了特大型跨海桥梁工程桥址水下地形图无法测量的技术难题。同时此模式还可用在水域地质钻探定位、流向测量等一般精度要求的定位工作。
3、GPS静态、快速静态、动态测量要事后实行解算方可获得厘米级精度，RTK的出现，则在野外实时即可得到厘米级定位精度。它利用载波相位动态实时差分方法，提高了工程放样、地形测图、各种较低等级控制测量的作业效率。
二、GPS在桥梁工程中的应用
2.1 GPS测量技术在桥梁施工中应用
GPS测量技术在桥梁施工中的应用主要是建立控制网，包括平面控制网和高程控制网和进行施工放样。
GPS测量技术提供的三维定位信息，对于高程控制，尤其是解决了跨河、跨海水准问题。由GPS直接获得的大地高H是一几何量，桥梁施工采用的高程系统是正常高h，它是地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，是一个物理量。不考虑垂线偏差的影响，二者的关系为hi=Hi-E，式中E称为i点的高程异常，是似大地水准面至椭球面的距离。因此，只要能以一定的精度要求得到测站点的高程异常差值，就能将GPS点的大地高转换为正常高，实现施工过程中的高程控制。这一技术很好地解决了海上高程控制测量和连续多跨跨海高程贯通测量的难题，为跨海大桥的施工提供先进的技术。
GPS打桩定位系统在跨海大桥的建设中解决海中沉桩定位的难题，GPS沉桩定位系统用安置在船体上的3台GPS接收机，测定打桩船的实时位置和实时船体姿态，用安置在船体上的免棱镜激光测距仪或摄像测量系统测定桩位相对于船体的位置，通过坐标转换可以确定桩体在大桥独立施工坐标系下的三维实时位置和倾斜度，用计算机技术控制桩体的精确打入过程及进行贯入度的自动测定。
2.2 GPS测量技术在桥梁变形监测中应用
为确保桥梁在运营期的安全，需要实时对桥梁（特别是特大型桥梁、跨海大桥）进行高精度的动态变形监测。在大桥建成运营期间，通过在大桥上设立合理的监测点，定期或连续对桥梁进行监测，配合连续运行GPS工程参考站的观测数据，可以实现对大桥的高精度形变监测。
GPS测量技术，实践已证明完全可以在各种大型桥梁外观监测中应用，且不受天气条件影响，可以实现全天候作业。观测速度快，效率高，可实现全自动化监测。其费用仅为常规方法的1/3-1/6。
特大桥GPS变形监测系统于1998年投入使用，整个系统包括数据采集、数据传输、数据处理等三大部分。该系统在1998年8月特大洪水期间的监测运行表明，GPS系统安全可靠，抗干扰能力强，监测精度高，1个小时GPS观测资料结算的监测点位水平精度优于1毫米，垂直精度优于1.5毫米;6个小时GPS观测资料结算的监测点位水平精度优于0.5毫米，垂直精度优于1毫米[2]。数据处理分析及时，反应时间小于15分钟，能够快速反映大桥在超大洪水洪峰下的3D变形，既确保了大桥安全，又成功的实现了洪水错峰，对防洪减灾起到了关键性作用。
2.3 GPS测量技术在桥梁建设中的应用实例――杭州湾跨海大桥
杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起浙江嘉兴，南至宁波慈溪，全长 36 km，是目前世界上最长的跨海大桥。针对该桥工程建设点多、面广、线长，加上 S 状的桥型设计等特点，大桥指挥部在南北两岸和海中B 平台上建立了 3 个连续运行的 GPS 参考站，保证了在桥位区内任何一点离某一参考站的距离均小于 13 km[3]，从而使得参考站 GPS 数据完善、可靠地覆盖整个工程区域，在桥位区内任何位置都能实现厘米级实时测量与定位，同时也为大桥南北两岸建立长期的位移监测基准。数据处理及监控中心是整个系统的核心。各参考站将其获取的GPS 原始观测数据及工况信息传送至数据处理及监控中心，由数据处理及监控中心負责监视各参考站的工作状态，并对数据进行处理，完成对参考站站址稳定性、设备工作可靠性的实时监测，并通过数据共享系统，向授权用户提供数据共享及高精度的 GPS 静态定位服务。杭州湾跨海大桥连续运行参考系统广泛应用于桥梁附属设施施工、桥梁基础施工、GPS 打桩定位以及桥梁实时动态变形监测中，而且在成功应用和实践中形成的规程和细则，也填补了中国桥梁建设在这一方面的空白。
三、总结
GPS测量技术应用于桥梁建设，精度高，抗干扰性强，不受外部作业环境和距离限制，且非常适合于地形复杂、特大江河及跨海地区等的大型桥梁建设测量，自动化程度高，极大地降低劳动作业强度，减少外业工作量，大大提高工作效率和成果质量。随着GPS测量技术的发展，它作为一种全新的测量手段在桥梁工程的控制测量、施工测量、变形监测中已逐步得到广泛的应用，其技术的先进性、优越性，极大地改善了大型桥梁建设施工过程中传统平面与高程测量作业模式，满足长距离高等级测量的精度要求，从而使费用高、难度大、周期长的传统高精度测量工作量减少到最低限度，极大地提高了工作效率。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2008
[2]高寿江.GPS技术在公路工程领域的应用现状与展望[J].吉林交通科技，2006，2
[3]王勇.杭州湾跨海大桥工程总结（下卷）[M].人民交通出版社，2008
[4]陈学军，土木工程概论[M].机械工业出版社，2006
[5]周毅，青岛海湾大桥GPS测量控制系统建设与应用[J].测绘学报，2011，2
（作者单位：西宁市测绘院）
关键词：GPS技术;桥梁工程测量;应用
一、GPS技术在桥梁工程测量中的应用情况
1、GPS静态相对定位作为精密的定位模式，其优势为成本低、精度高、效率高，主要被应用在各种桥梁工程的平面控制测量或变形监测中。GPS相对静态定位测量、快速静态相对定位测量技术，曾经在特大型跨海桥梁工程测量定位中发挥了关键作用，顺利地解决了长距离施工测量精确定位的难题。
2、GPS实时动态差分定位测量的原理是将安放在一个运动载体上的GPS信号接收机，和安放在一个基准站上的GPS接收机，同时跟踪一颗GPS卫星，通过实时差分处理后，联合确定该运动载体的运行轨迹，其定位精度在1米以内。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，能够快速、高质量地测绘桥址区内的水下地形图，解决了特大型跨海桥梁工程桥址水下地形图无法测量的技术难题。同时此模式还可用在水域地质钻探定位、流向测量等一般精度要求的定位工作。
3、GPS静态、快速静态、动态测量要事后实行解算方可获得厘米级精度，RTK的出现，则在野外实时即可得到厘米级定位精度。它利用载波相位动态实时差分方法，提高了工程放样、地形测图、各种较低等级控制测量的作业效率。
二、GPS在桥梁工程中的应用
2.1 GPS测量技术在桥梁施工中应用
GPS测量技术在桥梁施工中的应用主要是建立控制网，包括平面控制网和高程控制网和进行施工放样。
GPS测量技术提供的三维定位信息，对于高程控制，尤其是解决了跨河、跨海水准问题。由GPS直接获得的大地高H是一几何量，桥梁施工采用的高程系统是正常高h，它是地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，是一个物理量。不考虑垂线偏差的影响，二者的关系为hi=Hi-E，式中E称为i点的高程异常，是似大地水准面至椭球面的距离。因此，只要能以一定的精度要求得到测站点的高程异常差值，就能将GPS点的大地高转换为正常高，实现施工过程中的高程控制。这一技术很好地解决了海上高程控制测量和连续多跨跨海高程贯通测量的难题，为跨海大桥的施工提供先进的技术。
GPS打桩定位系统在跨海大桥的建设中解决海中沉桩定位的难题，GPS沉桩定位系统用安置在船体上的3台GPS接收机，测定打桩船的实时位置和实时船体姿态，用安置在船体上的免棱镜激光测距仪或摄像测量系统测定桩位相对于船体的位置，通过坐标转换可以确定桩体在大桥独立施工坐标系下的三维实时位置和倾斜度，用计算机技术控制桩体的精确打入过程及进行贯入度的自动测定。
2.2 GPS测量技术在桥梁变形监测中应用
为确保桥梁在运营期的安全，需要实时对桥梁（特别是特大型桥梁、跨海大桥）进行高精度的动态变形监测。在大桥建成运营期间，通过在大桥上设立合理的监测点，定期或连续对桥梁进行监测，配合连续运行GPS工程参考站的观测数据，可以实现对大桥的高精度形变监测。
GPS测量技术，实践已证明完全可以在各种大型桥梁外观监测中应用，且不受天气条件影响，可以实现全天候作业。观测速度快，效率高，可实现全自动化监测。其费用仅为常规方法的1/3-1/6。
特大桥GPS变形监测系统于1998年投入使用，整个系统包括数据采集、数据传输、数据处理等三大部分。该系统在1998年8月特大洪水期间的监测运行表明，GPS系统安全可靠，抗干扰能力强，监测精度高，1个小时GPS观测资料结算的监测点位水平精度优于1毫米，垂直精度优于1.5毫米;6个小时GPS观测资料结算的监测点位水平精度优于0.5毫米，垂直精度优于1毫米[2]。数据处理分析及时，反应时间小于15分钟，能够快速反映大桥在超大洪水洪峰下的3D变形，既确保了大桥安全，又成功的实现了洪水错峰，对防洪减灾起到了关键性作用。
2.3 GPS测量技术在桥梁建设中的应用实例――杭州湾跨海大桥
杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起浙江嘉兴，南至宁波慈溪，全长 36 km，是目前世界上最长的跨海大桥。针对该桥工程建设点多、面广、线长，加上 S 状的桥型设计等特点，大桥指挥部在南北两岸和海中B 平台上建立了 3 个连续运行的 GPS 参考站，保证了在桥位区内任何一点离某一参考站的距离均小于 13 km[3]，从而使得参考站 GPS 数据完善、可靠地覆盖整个工程区域，在桥位区内任何位置都能实现厘米级实时测量与定位，同时也为大桥南北两岸建立长期的位移监测基准。数据处理及监控中心是整个系统的核心。各参考站将其获取的GPS 原始观测数据及工况信息传送至数据处理及监控中心，由数据处理及监控中心負责监视各参考站的工作状态，并对数据进行处理，完成对参考站站址稳定性、设备工作可靠性的实时监测，并通过数据共享系统，向授权用户提供数据共享及高精度的 GPS 静态定位服务。杭州湾跨海大桥连续运行参考系统广泛应用于桥梁附属设施施工、桥梁基础施工、GPS 打桩定位以及桥梁实时动态变形监测中，而且在成功应用和实践中形成的规程和细则，也填补了中国桥梁建设在这一方面的空白。
三、总结
GPS测量技术应用于桥梁建设，精度高，抗干扰性强，不受外部作业环境和距离限制，且非常适合于地形复杂、特大江河及跨海地区等的大型桥梁建设测量，自动化程度高，极大地降低劳动作业强度，减少外业工作量，大大提高工作效率和成果质量。随着GPS测量技术的发展，它作为一种全新的测量手段在桥梁工程的控制测量、施工测量、变形监测中已逐步得到广泛的应用，其技术的先进性、优越性，极大地改善了大型桥梁建设施工过程中传统平面与高程测量作业模式，满足长距离高等级测量的精度要求，从而使费用高、难度大、周期长的传统高精度测量工作量减少到最低限度，极大地提高了工作效率。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2008
[2]高寿江.GPS技术在公路工程领域的应用现状与展望[J].吉林交通科技，2006，2
[3]王勇.杭州湾跨海大桥工程总结（下卷）[M].人民交通出版社，2008
[4]陈学军，土木工程概论[M].机械工业出版社，2006
[5]周毅，青岛海湾大桥GPS测量控制系统建设与应用[J].测绘学报，2011，2
（作者单位：西宁市测绘院）