淺析GPS技術在橋梁工程測量中的應用

1、    淺析gps技術在橋梁工程測量中的應用    顧怡明【摘 要】在工程測量中，要求施工部門必須要有全站儀，并用于施工控制測量和檢測，以保證控制測量和施工放樣的精度，滿足工程質量要求。而gps定位系統(tǒng)因其所具有的優(yōu)勢，被廣泛應用于大地測量、工程測量、地籍測量、物探測量及各種類型的變形監(jiān)測等。本文分析了gps定位原理及其在工程測量中的應用。【關鍵詞】gps定位技術；工程測量；應用1.gps定位原理gps系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，其是以gps衛(wèi)星和用戶接收天線之間的幾何距離觀測量為基礎，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標（xs、ys、zs），確定用戶

2、天線所對應的位置，即觀測站的位置。設接收機天線的相位中心坐標為（x、y、z），則衛(wèi)星的瞬時坐標（xs、ys、zs）可根據(jù)導航電文獲得，所以式中只有x、y、z三個未知量，只要同時接收3顆gps衛(wèi)星，就能解出測站點坐標（x、y、z）。可以看出，gps單點定位的實質就是空間距離的后方交會。2.gps測量的技術特點相對于常規(guī)的測量方法來講，gps測量有以下特點：（1）測站之間無需通視，使得測量時選點非常靈活，不需建造覘標，作業(yè)成本低，大大降低了費用。但測站上空必須開闊，以使接收gps衛(wèi)星信號不受干擾。（2）gps定位精度高。一般雙頻gps接收機基線解精度為5 mm+1ppm，紅外儀標稱精度為5 mm+

3、5ppm，gps定位精度與紅外儀的精度相當。且gps作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等。實踐證明，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100500 km的基線上可達10-610-7。（3）觀測時間短。采用gps布設控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在12 h左右。為了進一步縮短觀測時間，提高作業(yè)速度，采用快速靜態(tài)定位法，其觀測時間只需12min。（4）gps定位技術可實時提供所在位置的三維坐標。gps測量中，在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。這種技術非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時

4、放樣、中樁測量、點位測量等。（5）gps接收機性能穩(wěn)定，可在任何地點進行全天候工作，一般不受天氣狀況的影響，大大方便了測量作業(yè)，有利于按時、高效地完成控制網(wǎng)的布設。（6）gps定位測量系統(tǒng)可實現(xiàn)自動記錄數(shù)據(jù)、自動平差計算、跟蹤觀測等均由儀器自動完成，操作簡單，可大大提高工作及成果質量。3.gps定位系統(tǒng)在橋梁工程測量中的應用3.1設計精度根據(jù)工程需要和測區(qū)情況，選擇城市或工程二級gps網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。要求平均邊長小于1km，最弱邊相對誤差小于1/10000，gps接收機標稱精度的固定誤差a15mm，比例誤差系數(shù)b20×10-6。3.2設計基準和網(wǎng)形控制網(wǎng)共12個點，其中聯(lián)測已知

5、平面控制點2個，高程控制點5個。采用3臺gps接收機觀測，網(wǎng)形布設成邊連式。3.3選擇最佳觀測時段根據(jù)衛(wèi)星可見預報和天氣預報選擇最佳觀測時段（最佳衛(wèi)星圖形）和大于15°的衛(wèi)星仰角。衛(wèi)星的幾何分布越好，定位精度就越高。衛(wèi)星的分布情況可用gps平差軟件查看多項預測指標，當衛(wèi)星多于4顆，且分布均勻，pdop值<6的情況下，合理編排作業(yè)調度表，以達到特殊工作的要求和目的。對于個別有較多或較大障礙物的測站，需評估障礙物對gps觀測可能產(chǎn)生的不良影響。3.4選點gps測量測站點之間無需通視，使得測量選點較為靈活，布網(wǎng)方便，基本不受通視、網(wǎng)形的限制，特別是在地形復雜、通視困難的測區(qū)，更顯其優(yōu)

6、越性。但考慮gps測量的特殊性，在選點時還應考慮以下幾個因素：（1）每點最好與某一點通視。（2）點應選擇在上空開闊、有利擴展、易于保存、視場內周圍障礙物的高度角小于15°、無樹木遮擋、無強電磁干擾、多路徑誤差影響小的點位上，以免信號被遮擋或吸收，從而影響對衛(wèi)星的觀測及信號的質量。（3）點位要遠離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等，其距離應大于200m，以免電磁場對信號的干擾。（4）點位附近不應有大面積水域或對電磁波反射（或吸收）強烈的物體，以減弱多路徑效應的影響。當選點結束后，按要求埋設標石，并填寫點之記。3.5觀測根據(jù)gps作業(yè)調度表安排進行觀測，采取靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角15

7、76;，時段長度45min，采樣間隔10s。在3個點上同時安置3臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數(shù)據(jù)，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關的觀測數(shù)據(jù)，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手簿。然后根據(jù)所得的外業(yè)數(shù)據(jù)及時進行處理，解算出基線向量，并對由合格的基線向量所構建成的gps基線向量網(wǎng)進行平差解算，從而得出網(wǎng)中各點的坐標成果。在測量的過程中，為避免出現(xiàn)測量誤差，應嚴格限制高頻及對講機等無線電波的使用，避免環(huán)境對信號的干擾，從而提高gps本身的定位精度。4.gps定位的誤差分析4.1空間衛(wèi)星的誤差主要有衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的誤差、衛(wèi)星軌道誤差和衛(wèi)星設備延遲

8、誤差。其中，衛(wèi)星軌道誤差是當前gps定位測量的主要誤差來源之一。在具體的測量中，減小衛(wèi)星軌道誤差的方法有：忽略軌道誤差：該法是以從導航電文中所獲得的衛(wèi)星軌道信息為準，不再考慮衛(wèi)星軌道實際存在的誤差，用于精度較低的實時單點定位工作中；采用軌道改進法處理觀測數(shù)據(jù)：該法是在數(shù)據(jù)處理中引入表征衛(wèi)星軌道偏差的改正參數(shù)，并假設在短時間內這些參數(shù)為常量，將其與其他未知數(shù)一并求解；同步觀測值求差：該法是利用在2個或多個觀測點，對同一衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響，適用于高精度的相對定位。4.2衛(wèi)星信號傳播誤差主要有電離層傳播延遲、對流層折射誤差、多路徑效應誤差等。其中，由于多路徑效應誤差對測相

9、偽距的影響可達到厘米級，常導致所接收的衛(wèi)星信號失鎖和使載波相位觀測量產(chǎn)生周跳，因此，多路徑效應誤差是不容忽視的。在具體的測量中，減小多路徑效應誤差的方法有：選擇合適的基線范圍（小于7km）、衛(wèi)星高度角，避開較強的反射面，如水面、平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等；在測量的過程中選擇適宜且屏蔽良好的天線，避免環(huán)境對信號的干擾，從而提高gps本身的定位精度；適當延長觀測時間；在接收機天線下配置抑徑板，以減弱多路徑效應的影響。4.3接收機誤差主要有觀測誤差（觀測分辨誤差、接收機天線相對觀測點的安置誤差）、接收機鐘差、天線的相位中心位置誤差和載波相位觀測的整周不定性誤差。4.4施工本身所導致的誤差在施工中，電腦操作人員與前方的作業(yè)人員配合不默契，以及測量時操作程序不規(guī)范，致使出現(xiàn)天線對中誤差、天線相位中心偏差、定位精度指標cq值等誤差。5.結束語綜上所述，gps定位系統(tǒng)應用于橋梁工程測量中，具有無需通視、定位精度高、觀測時間短、可全天候工作、可提供三維坐標及操作簡單等優(yōu)點，大大提高了工作效率，保證了橋梁工程測量的精度。目前，隨著衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)（cors）的建立和gps軟硬件的不斷更新，gps定位系統(tǒng)在橋