摘要：結合實際工程，筆者較為詳細的介紹了GPS技術在橋梁控制測量中的應用。驗證了GPS測量精度高、數據可靠、定位速度快、能動態監測等多方面的優越性。
　　關鍵詞：GPS技術、橋梁工程、工程測量
　　
　　1工程概況
　　某跨江大橋工程:總長8206米，其中主橋采用100+100+300+1088+300+100+100=2088米的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。斜拉橋主孔跨度1088米，;斜拉索的長度580米;群樁基礎平面尺寸113.75米×48.1米。專用航道橋采用140+268+l40=548米的T型剛構梁橋；南北引橋采用30、50、75米預應力混凝土連續梁橋。
　　2基準選取
　　2.1坐標系與起算數據的確定
　　該大橋位于東經120º59’，北緯31º47’。若按國家統一坐標系采用3º投影中央子午線為120º,根據計算橋軸線每公里的高斯投影變形為54mm，這對精密橋梁控制網而言是絕對不允許的，為此采用任意帶投影獨立坐標系，中央子午線取120º59’，計算偏離中央子午線1km的邊每公里的高斯投影變形為0.15mm，可以忽略不計。
　　考慮與道路的銜接以及橋梁建設中的高精度要求。采用掛靠在國家統一坐標系下的獨立坐標系統，中央子午線取120º59’。為了引入坐標系統，聯測I第八村、II時思鎮、I聯合村三點國家一、二等三角點，這樣確定橋梁控制網的國家統一坐標系以及120º59’的獨立坐標系坐標。由于采用三點約束平差，橋梁各控制點的精度受起算點的精度影響，不能滿足橋梁控制網的需要。這時可采用控制網中的一點與一方向進行重新平差，得到獨立坐標系的坐標。
　　2.2投影面的選取
　　為了滿足該大橋不同施工面的使用，投影面選擇“0米正常高面”、“8米正常高面”、“76米正常高面”幾個投影面。“0米正常高面”可以實現與道路的連接。“8米正常高面”為控制點平均墩面高程，也是使用最多最頻繁的一個施工面，主要解決基礎施工放樣問題。“76米正常高面”為主橋橋面高程，主要應用于鋼箱制作和橋面施工放樣。
　　3平面控制網的精度確定
　　根據《公路工程質量檢驗評定標準》對橋長的規定，橋長允許偏差和橋長中誤差分別為100mm與50rnrn。該項誤差是橋梁構件的制造誤差、施工誤差和測量誤差。將三項誤差視為相互獨立，依據等影響原則可得測量中誤差為士28.9mm，實際上前兩項誤差較后者要大，因此一般取20mm,控制點的精度為8mm。
　　4平面控制網的布設
　　該大橋橋位區覆蓋層厚度在290~340米之間，以粘土、亞粘土、粉沙、粗沙和礫石為主。地層處下沉趨勢，江南不均勻下沉顯著，據國家測繪局掌握的資料，蘇州地區存在著每年厘米級的不均勻性地表下沉，對平面和高程控制點穩定性不利。這對大橋的平面控制測量和高程控制測量的精度提出了更高的要求。GPS控制網的布設是為滿足該大橋的勘測設計、施工放樣和大橋的變形監測的需要，遵循“整體控制、局部加密”的原則。并且在控制點位置的選擇上考慮了橋梁施工的特點，一方面將點的位置于施工便道以外并適于GPS觀測要求的位置，另一方面盡可能保持相鄰點間相互通視以及臨近線位控制點設站、長邊定向的施工放樣原則，該大橋的GPS平面控制網由18個點組成，網形為以橋軸線為公共邊的兩個大地四邊形，兩邊各擴展一個大地四邊形，這增加了網的圖形強度。同時在橋軸線的延長線兩端1~2公里及周圍選點，其中北岸橋軸線延長線布設兩個大地四邊形，南岸橋軸線延長線布設四個大地四邊形，各平面控制點保證有兩個以上的通視方向。控制網范圍東西長約2km，南北寬約10km，橋軸線相對中誤差不低于1/70萬；平面控制網各相鄰點點位中誤差不大于8mm。
　　5GPS平面控制測量
　　5.1選點造標
　　根據設計的網形與GPS選點的原則共布設18個點。為了方便使用以及通視的需要建造強制對中觀測墩。共建造觀測墩22座，其中8米高觀測墩4座、6米高觀測墩3座、3米高觀測墩H座、2米高觀測墩4座;20米深埋水準點4座、50米、6.85米深埋水準點各一座。依據長江兩岸地質特點，在基礎處理中分別采用了不同的加固處理方法。
　　5.2外業施測
　　根據上述布網方案以及精度指標要求，制定了嚴密的施測方案與施測計劃。實際觀測使用了8臺GPS雙頻接收機，其中5臺ASHTECHZ-xrteme型、3臺ASHTECHZXII型接收機，其標稱精度位5mm+lppm，均使用相同扼徑圈天線(可達到3mm+0.5ppm)進行觀測。觀測時，觀測參數設置如下:(1)同步觀測有效衛星數大于等于9顆，(2)截至高度角大于15º，(3)由衛星星座和測站組成的圖形幾何強度小于等于6，(4)采樣間隔時間15秒，(5)衛星象限分布(2520)%，(6)連續觀測24小時，整個觀測進行了13天，共完成該大橋首級平面控制網觀測點18個及聯測國家坐標點3點，形成5個同步環。同步環和同步環之間采取邊連接。
　　觀測中儀器設備工作正常。每天的觀測數據都及時下載，查驗數據觀測質量，結果全部合格。
　　5.3基線解算
　　為了提高GPS基線解算的精度，聯測武漢跟蹤站(WUHN)和北京房山跟蹤站(BJFS)。并采用GAMIT軟件、精密星歷、TIRF97框架，解算ST02的坐標，然后固定ST02，共解算基線84條。
　　5.4外業數據檢核
　　對同步環、異步環和重復基線進行檢核。基本情況如下:

                                               
　　可見外業成果均滿足限差要求，說明外業觀測成果質量可靠。
　　(4)激光測距邊長檢核:采用高精度測距儀分別施測網中三條邊長(橋軸線邊、中長邊、短邊)，并與GPS觀測邊長比較，最大差值為2.3毫米。表明GPS測量的精度結果很好，也說明測距邊與GPS邊尺度是基本兼容的。三條激光測距邊和相應的GPS觀測邊比較結果如下表4。
　                                                      　表4三條激光測距邊和相應的GPS觀測邊比較結果

                 
　　5.5內業數據處理
　　首先在WGS84坐標系進行三維無約束平差，經檢查基線向量的改正數(V△x、V△y、V△z)均小于三倍標準差。說明外業觀測質量優良。然后進行一點一方向的二維約束平差，基線向量的改正數與剔除粗差的無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差(dV△x、dV△y)均小于二倍標準差。平差計算的工藝流程:外業GPS數據檢核核→GPS基線邊的投影改化化→POWERADJ網平差→結果輸出。
　　5.6精度統計分析
　　5.6.1GPS控制網地心坐標
　　選取WUHNGPS跟蹤站為固定點，用GAMTI基線解算的結果進行坐標傳遞，WUHNGPS跟蹤站空間地心坐標值為TIRF97(2003歷元)框架下的地心坐標;
　　X=-2267749.3365m
　　Y=5009154.2898m
　　Z=3221290.6629m
　　平差后最弱點位中誤差為ST13點:士0.64cm。
　　5.6.2橋位控制網“54北京坐標系”
　　中央子午線120度，I001、I002、I003為起算點，投影面為高斯橢球面，觀測數據為32條GPS獨立基線邊，為三點約束平差方法。
　　起算坐標:
　　I001:X=3502692.9000mY=609199.6600m
　　I002:X=3532461.1700mY=608630.4600m
　　I003:X=3539125.0700mY=589648.1700m
　　最弱點:ST20，Mx=1.78cmMy=1.97cmMp=2.66cm
　　最弱邊:ST16-ST20，相對精度:1/48072
　　可以滿足道路施工的需要。
　　5.6.3橋位控制網獨立坐標系
　　8米正常高投影面成果，中央子午線120度59分，STOZ為起算點、ST02至ST11的方位角固定，高程異常為62.2m，觀測數據為28條GPS獨立基線數據，并按GPS觀測量至投影面的距離進行投影改化：
　　ST02坐標：X=3515101.775Y=500405.440m
　　ST02至ST11的方位角:4º34’22’’
　　最弱點:ST20，Mx=0.17mcMy0.20cmMp=0.26cm
　　最弱邊:ST16-ST20，相對精度:1/438290
　　結果表明其滿足8mm的精度需要。
　　
　　參考文獻：
　　[1]熊小莉.GPS在橋梁控制測量中的應用[J].北京:鐵道學報，2005.8
　　[2]岑敏儀,付新國.大橋施工測量與GPS技術的應用[J].北京:鐵道學報，2006.7