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GPS在路桥设计与监测中的应用研究 王海明 青海嘉业工程设计有限责任公司 摘要在科学技术迅猛发展的金坛，GPS定位技术发挥着越来越重要的作用，GPS定位技术的优势在于精度高、速度快，还具有全天候的特点，因其弥补了很多传统测量方法的不足，所以广泛应用于变形测量中。也具有广泛的应用前景，为了保障和提高变形监测的完成效果，研究GPS定位技术在监测中应用状况和未来发展趋势是很有必要的。 关键词gps定位技术；变形监测技术；路桥设计；监测；应用 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。GPS定位技术的优势急需我们发展应用。 一、GPS定位技术及变形监测技术概述 1、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。 2、变形监测技术简介 在上世纪八十年代之前，变形监测技术主要是指常规的大地测量和特殊的变形监测技术。常规的大地测量技术是指人们利用一些测量工具，如水准仪、经纬仪、全站仪和测距仪等，来进行测量。它可以达到提供变形整体形态和有效的绝对变形信息的目的，可以在不同的检测环境下进行，用于不同精度要求和不同变形。但因这一操作不能完全达到自动化而耗费人力物力，具有很大的工作量，受外界条件影响，精确度也不那么的理想。特殊变形测量技术包括准直测量、应变测量和倾斜测量三种，这种测量方法操作相对简单，也可以实现自动化，还可以对变形体内部进行检测，但它只能提供相对变形信息，提供的信息就比较的局部化单一化。而发展至今，人们常说的变形监测技术是由指摄影测量技术和GPS定位技术组成的。摄影测量技术主要包括地面摄影测量技术及航空摄影测量技术两种，它可以记录被测量物体的瞬间状态和信息，并被长久地保存下来，它的优势在于可以测量不可接触和不规则体，具有客观性，操作安全又简单易行。但它也具有一定的缺陷：摄影测量技术对测量距离要求较近，对设备与技术要求较高，因此它的应用就受到了限制。而GPS定位技术就可以对摄影监测技术进行很好的技术上的弥补，并在近年来拥有了广泛的应用，收效颇好。 二、GPS定位技术在变形监测中的应用 1、应用特点 GPS定位系统在变形监测的应用中具有以下几个特点：一、在传统的测量方法中，往往需要保持测点之间的通视才能进行测量，而GPS定位系统却能弥补这一缺陷，只要测站上空开阔就可以就可以进行测量。二、在传统测量方法中，想要水平位移和垂直位移的数据需要分开测量，这样操作周期长、工作量大不好实现，而GPS定位技术可以同时提供测点的三维位移信息。三、GPS定位技术受限制的因素极少，可以全天候监测，不受天气地形等原因的影响。四、GPS定位技术可以提供110-6的监测精度，精度极高。五、GPS定位技术可以实现自动化，操作简单易于实现。 2、应用方案 变形监测的作业及监测模式有周期性重复测量、实时动态监测及固定连续GPS测站阵列三种。在应用时要根据国家规定的变形监测等级进行划分，明确相关的精度和参数要求。GPS用于监测的方案主要有以下几种：一、在每个测点都安装一台GPS机进行同步监测，保证每一点都有一机。二、如果要进行多期监测需要满足每一期的接收机台数和型号都相同。三、要选择卫星较多的时段进行监测，同时注重卫星的位置分布。四、基准点和变形点之间的距离最好不要超过5km。 3、GPS技术在变形监测中应用的应用的作业方式 GPS在变形监测中应用的作业方式主要有两种，即周期性和连续性。周期性监测与传统的监测方式相似，变形体的变化相对缓慢，对变形体的监测周期较长，在这种监测方式下基准点的选择就显得尤为重要。连续性监测指的是对某一监测点进行持续性长期的观测，对其数据进行采集。在这种监测方式下数据具有连续性，分辨率强，对数据的分析测算有着较高的要求。 4、GPS技术在变形监测中的应用误差 在任何测量中都会存在一定的误差，误差会对监测的精度和准确度有一定的影响。在GPS测量中按误差的性质可以分为系统误差和偶然误差。系统误差主要有卫星轨道误差、电离层折射误差、对流层折射误差、接收机钟差等。偶然误差则主要是多路径效应引起的误差及测量观测误差等。如果出现系统误差，主要通过在数据处理的数学模型中引入参数，以及运用监理系统误差模型计算该证书及同步观测数据求差等方法，来消除影响。若出现偶然误差，则可以通过增加观测系数、完善观测条件和调整观测时间等途径对其影响进行减弱。按误差分为了与GPS卫星有关的误差、与信号传播相关的误差，及与接收设备有关的误差。 5、GPS在桥梁设计中的应用 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，用以求得点相对于已知点的坐标增量，从而由已知点坐标，推求各点坐标的方法。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。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。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。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。 结语 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