论文部分内容阅读
摘 要：桥梁是我国交通运输体系中极为重要的部分，经济的进步与发展使得无论是桥梁的建设数量还是建设水平相较以往均有了明显提升。而为保证建设过程中各项基础数据的获取准确性，就应提高对测量环节的重视，联合所在区域的地势与桥梁的跨江跨海需求以保证最终的桥梁建设效果。从实际情况来看，GPS技术在被应用在桥梁建设测量环节后，数据的精确性与获取实效性均得到了明显提升，本文重点描述了GPS技术原理以及具体的应用过程。
关键词：GPS技术;大型桥梁;测量控制;现状;原理与应用
中图分类号：U442 文献标识码：A
0 引言
经济的进步为社会的持续发展注入了新的动力，人们的生活质量相较以往也有了明显提升。为满足经济发展与人们的出行需求，大型桥梁的数量也在逐渐增多，部分大型桥梁由于其包含结构较多且工艺较为复杂的原因，使得想要选择应用一般的测量控制手段将无法满足实际的建设数据需求。GPS技术作为新时代发展过程中的重要技术类型，在融入桥梁测量控制环节后突显出了诸多的应用优势，现如今已经成为了不可或缺的桥梁各个结构数据的测量手段，具有极为重要的现实应用地位。
1 国内外GPS技术的研究现状
GPS技术简单来说就是在卫星的帮助下根据导航与定位等信息测定距离，随着技术的不断成熟使得其在多个方面均表现出了极为突出的应用优势。对于桥梁测量工作来说，由于其结构的特殊性使得传统测量技术已经无法满足其对数据精准性的要求，继而给予了GPS技术大范围的应用在测量过程中的机会，其优势主要体现在以下两点：第一是能够在静态条件下完成准确的定位任务，继而能够解决由于距离过长所导致的一系列的测量困难问题[1];第二是能够在信号接收机的帮助下实现动态测量目标。因此，无论是在静态还是动态条件下，GPS技术的应用均能够保证获取数据的精准性与及时性。
国外的GPS技术由于发展时间较早使得其在桥梁测量环节已经表现的较为成熟，且在积累大量实践测量经验的基础上不断获得完善机会，其应用效果也随着时间的推移而持续提升[2]。以斯坦福粒子加速器测量环节为例，为满足这一工程的测量需求，技术人员充分利用了GPS技术保证了隧道纵向与横向测量误差的修改及时性，且明显缩减了工程的资源消耗量，无论是工程建设质量还是整体的施工进度，相较传统测量方式均有明显提升。
我国由于发展较晚使得GPS技术在并不发达的科技条件下迟迟无法大规模的普及，与其他发达国家相比仍有一定距离。但从近些年的实际情况来看，我国的GPS技术发展速度极快，不断趋于完善的技术流程使得其被频繁应用于桥梁测量过程中，在提升建设效率与质量的基础上，也积累了大量的实践测量经验，为彻底摒弃传统测量技术、为更多行业领域中推行使用提供了完备条件。大地测量控制法是我国在应用GPS技术时经常用到的测量方式，应以GPS为核心构建完善的城市测量控制网络以提高测量效果。以我国某城市建设的大型桥梁工程为例，GPS技术充分发挥了其应用优势，为一系列测量工作的稳定且持续的推进奠定了基础。不仅工程周期相较以往有了明显缩减，施工人员的体力劳动量也大大减少，提升建设效率的同时也有效保证了获取到的测量数据的准确性。
2 GPS技术原理与桥梁测量原理
2.1 GPS技术定位原理
GPS在我们的日常生活中出现的频率并不低，在听到这一名词后人们会经常性的将其與导航功能联系起来，是实现导航的基础技术类型。GPS技术的全称为全球定位系统，而想要实现这一系统应用效果的前提就是卫星导航的定时与定位，以达到准确测量时间与距离的目的[3]。全球定位系统功能的充分发挥不仅在于其维持高强度的工作状态与精确度极高的定位能力，更为关键的是应具备足够的抗干扰能力，继而将受到的外界不确定因素的影响降到最低，突显出其高精度的实时定位应用优势。也正是由于其在实际应用过程中所突显出的各类优势，使得该类技术在融入至桥梁测量环节后表现出了极佳的应用效果，从根本上提升了其整体的建设质量。
2.2 桥梁测量过程中融入GPS技术的原理
能否保证数据测量的准确性决定了桥梁的最终建设质量，也是保证桥梁应用效果的关键因素。相较传统的桥梁测量技术，GPS技术的应用为全天候的实时采集周边环境与结构建设信息提供了完备条件，也是及时发现数据异常的关键因素。不仅如此，简便的技术应用流程也让操作人员能够更为方便的使用此类技术，降低了数据采集与分析的失误率，实现了数据采集的高效率与低成本的技术应用目标，奠定了GPS技术更好地融入桥梁测量过程并充分发挥其应用效果的重要基础。
2.2.1 GPS数据处理
数据采集与后续的处理分析是桥梁测量控制环节应重点关注的过程，决定着最终的桥梁建设质量与功能效果。由于GPS技术的特殊性，使得其能够在融入桥梁测量环节后充分发挥其高精度的数据获取优势，且能够保证数据采集的时效性。在利用GPS技术处理数据时，针对的处理对象一般为GPS接收机在现场施工环境下所接收到的一系列的数据。但由于不同的接收机在存储搜集到的数据时必须依照厂家规定的数据存储模式进行转化，那么在数据观测环节时所应用接收机类型不一致的情况，使得采集到的数据格式也存在着诸多不同，在这种情况下将无法选择应用同种数据处理软件对数据进行整理与分析，数据处理环节表现出了诸多的不便之处。因此，为保证数据的处理统一性，就应在数据处理环节将其应用格式进行转换，保证数据格式的统一性。另外需要选择合适的软件利用已经搜集完毕的信息进行基线解算，确认数据合格后即可输出基线向量文件，其也同样是提供平差计算条件的前提条件。
2.2.2 GPS网平差
对于GPS技术的应用流程来说，虽然能够通过构建GPS控制网络随时获取到实时的时间与距离的测量信息，但该类网络的构建仍需要设定基准。简单来说，GPS网的基准就是尺度、方向以及位置三方面组成的符合现场测量条件的基础数据，并在这一数据的基础上联系GPS网的整体平差值即可得出最终的GPS网基准数据。一般来说，由于受到诸多不确定因素的限制使得想要充分发挥出GPS技术的应用优势所需求的GPS网的网平差均被二维条件所约束，简单来说就是以基线为前提确定合适的数据，并需要以特定参照系为基础依据转换特点对数据进行换算，为获取到指定点的坐标提供基础条件。但在这一环节需要重点关注的是，网平差数据的获取不仅需要注意GPS网的应用环境，也应在计算过程中融入边长与方位两部分的起算点数据。且需要在网平差任务完成后，对所获取到的数据进行核验，只有保证其应用效果才能将其投入到实际的测量过程中，继而发挥其应用优势。 2.2.3 GPS选点与观测方案的制定
传统测量技术在应用至桥梁测量环节时，特别注意强调各点位之间的通视，但由于GPS的诸多应用优势使得其无需维持点与点之间的通视状态。再加上GPS网组建完毕后其整体结构在应用时表现出了较为灵活的应用特点，因此想要推进后续的选点环节较为简单，省去了较多的不必要的繁琐程序继而达到了测量效率的提升目的。但在实际的选点过程中应对周边的其他因素进行综合考虑与深入分析，包括现场地质环境、自然条件以及气候变化等，通过全面分析能够保证选点位置的准确性与合理性。选点环节需要注意不要靠近一些本身将会释放大量电磁波的装置，例如雷达或信号天线等，以最大限度的将由于外界环境变化而带来的信号干扰不良影响降到最低。
3 大型桥梁中GPS技术的具体应用
3.1 工程概述
嘉鱼长江公路大桥是武汉城市圈环线高速公路西环南段（咸宁至洪湖段）的跨江工程。嘉鱼长江公路大桥项目路线起讫点桩号分别为K195+641、K200+301，项目工程范围路段全长4.660 km，包括北岸引桥（北岸近堤端引桥）、主桥（跨越北岸大堤和长江通航水域）、南岸滩桥（跨越富林洲滩）、南岸跨堤桥（跨越南岸大堤）等4个桥段。嘉鱼长江公路大桥（本项目）全桥桥型布置为：5×30 m（预应力小箱梁）+[（70+85+72+73）+920+（330+100）]m（单侧钢砼混合梁斜拉桥）+[8×（6×50）+5×50]m（预应力连续梁）+（55+100+55）m（预应力连续梁）;桥梁总长4 660 m，其中主桥斜拉桥长度1 650 m。由于本工程所处地理位置的特殊性使得其自然条件极为复杂，再加上大风天气出现的较为频繁且持续时间较长，因此若针对此种情况选择应用传统的边角测量法将无法完成此次的桥梁测量任务。正因如此，最终选择应用GPS技术以帮助实现技术的应用目标。
3.2 选点布网
作为GPS网构建的核心过程，选点的重要性毋庸置疑，也是影响布网效果的重要条件。由于GPS技术应用的特殊性使得其无需关注各点位之间的通视情况，因此只需要明确基本的工程建设需求即可实现选点布网的目标。相较传统技术类型，无论是过渡点还是传算点的测量工作量均明显减少，测量时间缩短使得整体效率有了极大的提升。实际的选点过程中，最为关键的问题就是应确保选点结果能够与工程的基本要求相符，其也是方便接收机安装与操作的前提条件，为后续施工进度的顺利推进奠定了坚实基础。
3.3 外业监测
以此工程为例，联系工程实际建设要求与现场条件后，确认选择应用GPS技术，并需要设定至少18个点位，且需要构建相应的22座观测墩。同时为保证桥梁数据搜集的完整性与有效性，还应准备至少8台以上的GPS接收机以帮助更好的完成数据获取任务。采集数据准确性的进一步提升要求满足一定的观测条件，相隔的数据采集时间应设定为15 s，且需要满足以下几个条件才能保证数据处理的有效性。包括：用于搜集数据的卫星数量应≥4颗、高度截止角在15°以上。表1、表2、表3是采集获得的数据结果。
3.4 数据平差计算
在三维无约束平差计算方法的使用条件下，最终所获得的三个维度的改正数值要地域标准差值的3倍，由这一结果可以判定外业观测获取结果质量较高。而在二维约束平差的计算条件下，发现相较标准差，基线向量与二维无约束平差改正数的结果要明显偏小。
3.5 精度指标分析
确定将跟踪点作为GPS网坐标分析过程中的固定点，并能够以基线计算作为最终结果与坐标数据的重要获取手段。对坐标数值进行网平差分析后，从实际情况来看点位的误差仅仅为±0.64 cm。
4 结束语
综上所述，GPS技术在桥梁测量过程中突显出了诸多的应用优势，为后续的测量环节提供了完备条件。因此，为进一步提升數据获取精度，应不断完善GPS技术的应用流程，为我国桥梁建设事业的可持续发展奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]王珲.GPS定位技术在土木工程测量中的应用[J].中国设备工程，2019，35（13）：208-210.
[2]刘洋.某桥梁健康监测安全预警指标研究[D].广州大学，2019.
[3]王守越.GNSS动静态组合测量技术在桥梁变形监测中的应用研究[D].西南交通大学，2019.
关键词：GPS技术;大型桥梁;测量控制;现状;原理与应用
中图分类号：U442 文献标识码：A
0 引言
经济的进步为社会的持续发展注入了新的动力，人们的生活质量相较以往也有了明显提升。为满足经济发展与人们的出行需求，大型桥梁的数量也在逐渐增多，部分大型桥梁由于其包含结构较多且工艺较为复杂的原因，使得想要选择应用一般的测量控制手段将无法满足实际的建设数据需求。GPS技术作为新时代发展过程中的重要技术类型，在融入桥梁测量控制环节后突显出了诸多的应用优势，现如今已经成为了不可或缺的桥梁各个结构数据的测量手段，具有极为重要的现实应用地位。
1 国内外GPS技术的研究现状
GPS技术简单来说就是在卫星的帮助下根据导航与定位等信息测定距离，随着技术的不断成熟使得其在多个方面均表现出了极为突出的应用优势。对于桥梁测量工作来说，由于其结构的特殊性使得传统测量技术已经无法满足其对数据精准性的要求，继而给予了GPS技术大范围的应用在测量过程中的机会，其优势主要体现在以下两点：第一是能够在静态条件下完成准确的定位任务，继而能够解决由于距离过长所导致的一系列的测量困难问题[1];第二是能够在信号接收机的帮助下实现动态测量目标。因此，无论是在静态还是动态条件下，GPS技术的应用均能够保证获取数据的精准性与及时性。
国外的GPS技术由于发展时间较早使得其在桥梁测量环节已经表现的较为成熟，且在积累大量实践测量经验的基础上不断获得完善机会，其应用效果也随着时间的推移而持续提升[2]。以斯坦福粒子加速器测量环节为例，为满足这一工程的测量需求，技术人员充分利用了GPS技术保证了隧道纵向与横向测量误差的修改及时性，且明显缩减了工程的资源消耗量，无论是工程建设质量还是整体的施工进度，相较传统测量方式均有明显提升。
我国由于发展较晚使得GPS技术在并不发达的科技条件下迟迟无法大规模的普及，与其他发达国家相比仍有一定距离。但从近些年的实际情况来看，我国的GPS技术发展速度极快，不断趋于完善的技术流程使得其被频繁应用于桥梁测量过程中，在提升建设效率与质量的基础上，也积累了大量的实践测量经验，为彻底摒弃传统测量技术、为更多行业领域中推行使用提供了完备条件。大地测量控制法是我国在应用GPS技术时经常用到的测量方式，应以GPS为核心构建完善的城市测量控制网络以提高测量效果。以我国某城市建设的大型桥梁工程为例，GPS技术充分发挥了其应用优势，为一系列测量工作的稳定且持续的推进奠定了基础。不仅工程周期相较以往有了明显缩减，施工人员的体力劳动量也大大减少，提升建设效率的同时也有效保证了获取到的测量数据的准确性。
2 GPS技术原理与桥梁测量原理
2.1 GPS技术定位原理
GPS在我们的日常生活中出现的频率并不低，在听到这一名词后人们会经常性的将其與导航功能联系起来，是实现导航的基础技术类型。GPS技术的全称为全球定位系统，而想要实现这一系统应用效果的前提就是卫星导航的定时与定位，以达到准确测量时间与距离的目的[3]。全球定位系统功能的充分发挥不仅在于其维持高强度的工作状态与精确度极高的定位能力，更为关键的是应具备足够的抗干扰能力，继而将受到的外界不确定因素的影响降到最低，突显出其高精度的实时定位应用优势。也正是由于其在实际应用过程中所突显出的各类优势，使得该类技术在融入至桥梁测量环节后表现出了极佳的应用效果，从根本上提升了其整体的建设质量。
2.2 桥梁测量过程中融入GPS技术的原理
能否保证数据测量的准确性决定了桥梁的最终建设质量，也是保证桥梁应用效果的关键因素。相较传统的桥梁测量技术，GPS技术的应用为全天候的实时采集周边环境与结构建设信息提供了完备条件，也是及时发现数据异常的关键因素。不仅如此，简便的技术应用流程也让操作人员能够更为方便的使用此类技术，降低了数据采集与分析的失误率，实现了数据采集的高效率与低成本的技术应用目标，奠定了GPS技术更好地融入桥梁测量过程并充分发挥其应用效果的重要基础。
2.2.1 GPS数据处理
数据采集与后续的处理分析是桥梁测量控制环节应重点关注的过程，决定着最终的桥梁建设质量与功能效果。由于GPS技术的特殊性，使得其能够在融入桥梁测量环节后充分发挥其高精度的数据获取优势，且能够保证数据采集的时效性。在利用GPS技术处理数据时，针对的处理对象一般为GPS接收机在现场施工环境下所接收到的一系列的数据。但由于不同的接收机在存储搜集到的数据时必须依照厂家规定的数据存储模式进行转化，那么在数据观测环节时所应用接收机类型不一致的情况，使得采集到的数据格式也存在着诸多不同，在这种情况下将无法选择应用同种数据处理软件对数据进行整理与分析，数据处理环节表现出了诸多的不便之处。因此，为保证数据的处理统一性，就应在数据处理环节将其应用格式进行转换，保证数据格式的统一性。另外需要选择合适的软件利用已经搜集完毕的信息进行基线解算，确认数据合格后即可输出基线向量文件，其也同样是提供平差计算条件的前提条件。
2.2.2 GPS网平差
对于GPS技术的应用流程来说，虽然能够通过构建GPS控制网络随时获取到实时的时间与距离的测量信息，但该类网络的构建仍需要设定基准。简单来说，GPS网的基准就是尺度、方向以及位置三方面组成的符合现场测量条件的基础数据，并在这一数据的基础上联系GPS网的整体平差值即可得出最终的GPS网基准数据。一般来说，由于受到诸多不确定因素的限制使得想要充分发挥出GPS技术的应用优势所需求的GPS网的网平差均被二维条件所约束，简单来说就是以基线为前提确定合适的数据，并需要以特定参照系为基础依据转换特点对数据进行换算，为获取到指定点的坐标提供基础条件。但在这一环节需要重点关注的是，网平差数据的获取不仅需要注意GPS网的应用环境，也应在计算过程中融入边长与方位两部分的起算点数据。且需要在网平差任务完成后，对所获取到的数据进行核验，只有保证其应用效果才能将其投入到实际的测量过程中，继而发挥其应用优势。 2.2.3 GPS选点与观测方案的制定
传统测量技术在应用至桥梁测量环节时，特别注意强调各点位之间的通视，但由于GPS的诸多应用优势使得其无需维持点与点之间的通视状态。再加上GPS网组建完毕后其整体结构在应用时表现出了较为灵活的应用特点，因此想要推进后续的选点环节较为简单，省去了较多的不必要的繁琐程序继而达到了测量效率的提升目的。但在实际的选点过程中应对周边的其他因素进行综合考虑与深入分析，包括现场地质环境、自然条件以及气候变化等，通过全面分析能够保证选点位置的准确性与合理性。选点环节需要注意不要靠近一些本身将会释放大量电磁波的装置，例如雷达或信号天线等，以最大限度的将由于外界环境变化而带来的信号干扰不良影响降到最低。
3 大型桥梁中GPS技术的具体应用
3.1 工程概述
嘉鱼长江公路大桥是武汉城市圈环线高速公路西环南段（咸宁至洪湖段）的跨江工程。嘉鱼长江公路大桥项目路线起讫点桩号分别为K195+641、K200+301，项目工程范围路段全长4.660 km，包括北岸引桥（北岸近堤端引桥）、主桥（跨越北岸大堤和长江通航水域）、南岸滩桥（跨越富林洲滩）、南岸跨堤桥（跨越南岸大堤）等4个桥段。嘉鱼长江公路大桥（本项目）全桥桥型布置为：5×30 m（预应力小箱梁）+[（70+85+72+73）+920+（330+100）]m（单侧钢砼混合梁斜拉桥）+[8×（6×50）+5×50]m（预应力连续梁）+（55+100+55）m（预应力连续梁）;桥梁总长4 660 m，其中主桥斜拉桥长度1 650 m。由于本工程所处地理位置的特殊性使得其自然条件极为复杂，再加上大风天气出现的较为频繁且持续时间较长，因此若针对此种情况选择应用传统的边角测量法将无法完成此次的桥梁测量任务。正因如此，最终选择应用GPS技术以帮助实现技术的应用目标。
3.2 选点布网
作为GPS网构建的核心过程，选点的重要性毋庸置疑，也是影响布网效果的重要条件。由于GPS技术应用的特殊性使得其无需关注各点位之间的通视情况，因此只需要明确基本的工程建设需求即可实现选点布网的目标。相较传统技术类型，无论是过渡点还是传算点的测量工作量均明显减少，测量时间缩短使得整体效率有了极大的提升。实际的选点过程中，最为关键的问题就是应确保选点结果能够与工程的基本要求相符，其也是方便接收机安装与操作的前提条件，为后续施工进度的顺利推进奠定了坚实基础。
3.3 外业监测
以此工程为例，联系工程实际建设要求与现场条件后，确认选择应用GPS技术，并需要设定至少18个点位，且需要构建相应的22座观测墩。同时为保证桥梁数据搜集的完整性与有效性，还应准备至少8台以上的GPS接收机以帮助更好的完成数据获取任务。采集数据准确性的进一步提升要求满足一定的观测条件，相隔的数据采集时间应设定为15 s，且需要满足以下几个条件才能保证数据处理的有效性。包括：用于搜集数据的卫星数量应≥4颗、高度截止角在15°以上。表1、表2、表3是采集获得的数据结果。
3.4 数据平差计算
在三维无约束平差计算方法的使用条件下，最终所获得的三个维度的改正数值要地域标准差值的3倍，由这一结果可以判定外业观测获取结果质量较高。而在二维约束平差的计算条件下，发现相较标准差，基线向量与二维无约束平差改正数的结果要明显偏小。
3.5 精度指标分析
确定将跟踪点作为GPS网坐标分析过程中的固定点，并能够以基线计算作为最终结果与坐标数据的重要获取手段。对坐标数值进行网平差分析后，从实际情况来看点位的误差仅仅为±0.64 cm。
4 结束语
综上所述，GPS技术在桥梁测量过程中突显出了诸多的应用优势，为后续的测量环节提供了完备条件。因此，为进一步提升數据获取精度，应不断完善GPS技术的应用流程，为我国桥梁建设事业的可持续发展奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]王珲.GPS定位技术在土木工程测量中的应用[J].中国设备工程，2019，35（13）：208-210.
[2]刘洋.某桥梁健康监测安全预警指标研究[D].广州大学，2019.
[3]王守越.GNSS动静态组合测量技术在桥梁变形监测中的应用研究[D].西南交通大学，2019.