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摘要 桥梁工程测量技术中GPS技术的应用，使桥梁的测绘工程进入信息化、数字化、自动化的综合信息时代。本文以GPS技术在桥梁工程测量中的应用为主要研究的对象，并且对GPS的技术应用作细致的分析，结合一些客观的理论，在提出具体的GPS技术测量方法，为同行在桥梁的测量上提供参考和借鉴的意见。
关键词 GPS技术；桥梁测量；研究
中图分类号 U442.24 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0030-02
在修建和拟定的桥梁中尤其是特大型的桥梁的测绘工程，工程的施工比较繁杂，所受到的制约条件也比较多，因此对桥梁的测量工作要求比较高。传统的常规手段无法满足桥梁工程测量的需求，但GPS是科技含量比较高的一种新兴技术，经过一段时间的实践证明，发现其能够胜任桥梁的测量工作，并且已经得到广泛的运用。大型桥梁平面控制网中GPS的应用并不是很多见，文中也主要是对GPS在大型桥梁的平面控制网的运用做一些分析研究。
1 GPS控制网的布设原则
按照桥梁所在地区的地形特征和桥梁本身的特性来制作GPS控制网纸图的初步设计之后，再进行实地的勘察做测绘点的选定工作。进行实地勘察选点工作需要注意几个内容：
1）为确保网点布设的可靠性和测绘数据的精确度就不允许有支点的出现。
2）在每個控制点之间要确保能够和两个方向进行通视，并且要满足主要放样建筑物和控制点的几何图形的强度，以此来满足桥梁常规施工放样的需求。
3）控制点的选择要能够符合桥梁施工中的持续性发展。
4）点位的布设要设置在较为稳定并且能够利于长期保存的地方。
5）将卫星信息专递信号的干扰减弱，确保信号能够正常的接收，保障观测的质量。在控制点大于150米的地面上不能有任何的障碍物，却把控制点布设四周的开阔性，并且将多路径的效应减小，尽量避开强反射的地区，尽可能避开高压线。
2 仪器的选择和检测
为确保测量的质量，应该先对刚从市面上购买回来的接收机的可靠性和可能性做一定的检测并且合格后才能让其参与作业，检测的内容有：一般的检视、通电后的检验、测试检验。
1）一般检视主要是观看GPS接收机的外观查看是否完好，型号是否正确，各种配备是否齐全，有无松动脱落的现象出现，以及使用的说明书和相应的软件操作手册是否完备等。
2）通电检验是检查信号灯，显示系统、按键是否能够正常工作。对接收机锁定的卫星信号传递的快慢、强弱、失锁进行检测。
3）对GPS接收设备进行通电后，应该将其放在不同的基线上做检测：①进行不同程度的精准度测试，此项检测的目的是对GPS接收机是否能够满足标称的精准度而进行，通常在具有长、中、短基线的标准检定场上做检测。基线的标准精度应为10—5。②接收机内部噪声的检测，内容有信号通道的时延、接收机的钟差、噪声引起的定位失误、延迟锁相环的误差所带来的而综合反应情况。超短基线和零基线的测试法在接受机内部的噪声检测水平上较为常用。③天线相位中心的稳定性测试，主要是对厂家提供出的天线几何中心和天线处在不同方位的实际相位中心能否重合和重合的程度进行检测。主要在GPS检测场、标准基线场和比较基线场上进行检测。在检测时，需要将GPS接受机的天线设备分别放置到基线的两端位置上，尽量使其整平、对中，并确保天线的定向标志指向北方，持续一个半小时的观测后，保持其中的一个天线不变动，另一个天线需要做900、1800、2700的旋转测量，并且将这三个时段的数值测量出来，待观测的工作结束之后，对各时段所得出的基数线做解算，如果天线处在不同的方位上检测出的基数之间额相互差额要比仪器标称精度的2倍小，就表明天线所提供测量数据时合格的，天线的质量也是合格的，如果比仪器标称精度的2倍大，天线设备就要被遣送回厂进行检修处理或者降级使用。
3 GPS控制网的外业实施策略
3.1 选点埋石
根据前文提到的设计原则对GPS的网形做选定的工作。将有中心标志的标石设置在GPS的网点上，以便能够长期的进行标准点位。标石和点标志要具有足够的稳定性，才能为长久的利用和保存提供便利。大型的桥梁施工周期比较长，施工的程序也比较频繁，为保证GPS测试的精准度，将对中的误差减小，通常施工强制对中观测墩。
3.2 GPS技术工作的基本原理
GPS在研发之初是被用来服务于民用和军事的卫星定位系统，由接收机来接收从卫星上发送出来的参数和时间信息，再经计算后明确方向和三维位置的具体信息。此技术在桥梁测绘的工作应用上主要有动态和静态两种功能。动态功能是指把已经知道的三维定位坐标经过卫星系统的定位后将坐标放到地面上。静态系统是指运用卫星的接收信息来明确三维定位坐标。以下从相对定位和绝对定位来作分析，研究出其工作的基本原理。
1）相对定位。把两台接收机放到基线的两端位置，并且保持两台接收机和地球的相对静止，对相同的四颗运营卫星做同步的观察后，来明确地球坐标系中基线的相对位置。运用这种办法测量出来的桥梁测绘就比较准确，但定位的速度会比较慢而且步骤比较复杂。
2）绝对定位。将地球作为参考点，进行定位的过程也只需要用到一台接收机，因此又被称作单点定位。定位的操作比较简便，速度也比相对定位块，但定位的精准度比较低，出现的误差数值比较大。
4 数据的处理
4.1 观测数据的处理
1）基线解算。外业的基线解算主要是运用相位观测值双差分技术，一般利用随机的软件通过广播星历来做解算，其目的是为了外业基数的检测。
2）观测成果的外业核查。核查的目的是为了保障外业观测的质量，将观测精度提高。每天将观测出的数据下载到计算机后，再用随机软件做基数的解算工作，将独立环和同步环的外业数据进行核查，如果发现有数据不合格的现象就应做及时的补测和重测工作。观测成果的外业核查内容有：①在同一个时段中观测值的数据剔除率；②在进行同步观测的情况下环闭的核差；③独立观测时的环闭核差。 4.2 GPS控制网的数据处理
为了将基数结算的精度提高，可以运用精密基线解算软件来进行解算的工作，或者运用IGS跟踪站和精密的星历联合起来进行解算。GPS网的投影、转换、平差可以运用专门的平差软件来进行。在做高斯平面的旋转变换、平移必须先做WGS—84坐标系中GPS网的三维无约束平差，致使GPS网点能够纳入不同的坐标系中。
GPS网三维平差中，首先应进行三维无约束平差，平差后通过观测值改正数检验，发现基线向量中是否存在粗差，并剔除含有粗差的基线向量，再重新进行平差，直至确定网中没有粗差后，再对单位权方差因子进行X2检验，判断平差的基线向量随机模型是否存在误差，并对随机模型进行改正，以提供较为合适的平差随机模型。在对GPS网进行约束平差后，还应对平差中加入的转换参数进行显著性检验，对于不显著的参数应剔除以免破坏平差方程的性态。
GPS网的三维无约束平差观测方程。在GPS网三维无约束平差中所采用的观测值为基线向量，即GPS基线的起点到终点的坐标差，设lij=[?Xij，?Yij，?Zij]为GPS网任一基线向量。因此，对于每一条基线向量，都可以列出如下的一组观测方程：
与此相对应的方差-协方差阵为：
（2）
协因数阵为： （3）
权阵为：Pij=Dij-1 （4）
σ0为先验的单位权中误差。
平差所用的观测方程就是通过上面的方法列出的，但为了使平差进行下去，还必须引入位置基准，引入位置基准的方法一般有两种。第一种是以GPS网中一个点的WGS-84坐标作为起算的位置基准，即可有一个基准方程：
（5）
第二种是采用秩亏自由网基准，引入下面的基准方程：
GTdB=0 （6）
（7）
（8）
根据上面的观测方程和基准方程，按照最小二乘原理进行平差解算，得到平差结果。
待定点坐标参数： （9）
单位权中误差： （10）
其中：n为网的总点数，p为网中的基线向量数。
坐标未知数的方差估计值为：
D=σ02N-1 （11）
这里N=ATA为网的法方程系数阵。
5 GPS技术桥梁测绘方面的应用优点
1）能够很直接的将三维坐标图显示出来。桥梁测绘中GPS技术的运用，不仅能够得到较为准确的数据，还会将三维坐标图更为简单、直观的显示出来，对桥梁设计图的绘制工作带来极大的便利。
2）GPS系统具有自动化的工作能力，且操作的手续更加便捷。在桥梁的测绘中，GPS技术的应用可以全自动的将数据进行测定而且不需要操作员将大量的时间和精力花费在繁琐的数据处理问题上，将操作员的工作负担减小。
3）定位的精准度更高。从一些较为科学的认证研究中分析出出，目标距离在300～1500m的范围内运用GPS技术做连续观测1小时后，可以把测量的精度误差减小到1mm以内，相比传统的定位仪器桥梁测量精准，GPS对桥梁的定位长度较差能够控制在0.5mm以内，使定位的精度更加精准。
4）桥梁的定位系统在不断的进行改进的同时，GPS技术定位的速度也越来越快，在中长基线的静态定位上，只需要花15～20分钟的时间就能完成定位，而快速的静态定位所消耗的时间更加短。
6 GPS技术应用上出现的问题和解决措施
1）目前在桥梁上应用的GPS技术并不是很完善，信息输出是通过接收机所接收的信号来完成。但在接受信号的过程中，信号的传递容易受到一些因素的干扰甚至有可能会被中断。信号的干扰因素对测绘的精度也会有直接的影响作用，对信号的干扰越强，测绘出的数据稳定性和可靠性越差。面对信号传递的干扰因素，操作人员应该结合多种检测技术进行测绘，将检测数据的精度做一步的提高。
2）检测出的数据处理比较复杂，较容易出现误差。和其他的测绘手段相比，GPS定位系统的数据运算应用到的函数关系运算比较复杂，而信息的传递过程又比较繁杂，误差的形成不可避免，但将误差的出现减少是可以的，因此需要操作人员将有可能造成误差出现的环节把控好，才能尽可能降低误差，确保最终的结果和总结出的理论数据想接近。
7 结语
文中研究了GPS控制網的布设原则、GPS仪器的选择和检测、GPS控制网的外业实施策略、数据的处理、GPS技术桥梁测绘方面的应用优点、技术应用上出现的问题和解决措施进行分析，最终的目的就是为使GPS技术在应用到桥梁的测绘工作上能够测量出更加准确的数据，将测绘的误差减小，确保桥梁施工工程的质量。
参考文献
[1]郑冲.深度探讨GPS技术在大型桥梁测量中的应用方法[J].科技资讯，2010，29（13）：116.
[2]杨文樵.GPS系统基本原理及其在桥梁测绘上的应用[J].技术与市场，2012，11（19）：50.
[3]张海龙.GPS技术在桥梁工程测量应用探讨[J].科技与企业，2011，45（11）：44.
[4]王翔，王波，钟继卫.基于图像识别处理的桥梁测量系统设计与实现[J].现代计算机，2012，17（6）：60-63.
[5]王伟.浅谈桥梁的测量方法[J].黑龙江交通科技，2010，36（12）：97.
[6]梁国超.浅议桥梁施工测量技术[J].中小企业管理与科技，2012，25（7）：107-108.
关键词 GPS技术；桥梁测量；研究
中图分类号 U442.24 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0030-02
在修建和拟定的桥梁中尤其是特大型的桥梁的测绘工程，工程的施工比较繁杂，所受到的制约条件也比较多，因此对桥梁的测量工作要求比较高。传统的常规手段无法满足桥梁工程测量的需求，但GPS是科技含量比较高的一种新兴技术，经过一段时间的实践证明，发现其能够胜任桥梁的测量工作，并且已经得到广泛的运用。大型桥梁平面控制网中GPS的应用并不是很多见，文中也主要是对GPS在大型桥梁的平面控制网的运用做一些分析研究。
1 GPS控制网的布设原则
按照桥梁所在地区的地形特征和桥梁本身的特性来制作GPS控制网纸图的初步设计之后，再进行实地的勘察做测绘点的选定工作。进行实地勘察选点工作需要注意几个内容：
1）为确保网点布设的可靠性和测绘数据的精确度就不允许有支点的出现。
2）在每個控制点之间要确保能够和两个方向进行通视，并且要满足主要放样建筑物和控制点的几何图形的强度，以此来满足桥梁常规施工放样的需求。
3）控制点的选择要能够符合桥梁施工中的持续性发展。
4）点位的布设要设置在较为稳定并且能够利于长期保存的地方。
5）将卫星信息专递信号的干扰减弱，确保信号能够正常的接收，保障观测的质量。在控制点大于150米的地面上不能有任何的障碍物，却把控制点布设四周的开阔性，并且将多路径的效应减小，尽量避开强反射的地区，尽可能避开高压线。
2 仪器的选择和检测
为确保测量的质量，应该先对刚从市面上购买回来的接收机的可靠性和可能性做一定的检测并且合格后才能让其参与作业，检测的内容有：一般的检视、通电后的检验、测试检验。
1）一般检视主要是观看GPS接收机的外观查看是否完好，型号是否正确，各种配备是否齐全，有无松动脱落的现象出现，以及使用的说明书和相应的软件操作手册是否完备等。
2）通电检验是检查信号灯，显示系统、按键是否能够正常工作。对接收机锁定的卫星信号传递的快慢、强弱、失锁进行检测。
3）对GPS接收设备进行通电后，应该将其放在不同的基线上做检测：①进行不同程度的精准度测试，此项检测的目的是对GPS接收机是否能够满足标称的精准度而进行，通常在具有长、中、短基线的标准检定场上做检测。基线的标准精度应为10—5。②接收机内部噪声的检测，内容有信号通道的时延、接收机的钟差、噪声引起的定位失误、延迟锁相环的误差所带来的而综合反应情况。超短基线和零基线的测试法在接受机内部的噪声检测水平上较为常用。③天线相位中心的稳定性测试，主要是对厂家提供出的天线几何中心和天线处在不同方位的实际相位中心能否重合和重合的程度进行检测。主要在GPS检测场、标准基线场和比较基线场上进行检测。在检测时，需要将GPS接受机的天线设备分别放置到基线的两端位置上，尽量使其整平、对中，并确保天线的定向标志指向北方，持续一个半小时的观测后，保持其中的一个天线不变动，另一个天线需要做900、1800、2700的旋转测量，并且将这三个时段的数值测量出来，待观测的工作结束之后，对各时段所得出的基数线做解算，如果天线处在不同的方位上检测出的基数之间额相互差额要比仪器标称精度的2倍小，就表明天线所提供测量数据时合格的，天线的质量也是合格的，如果比仪器标称精度的2倍大，天线设备就要被遣送回厂进行检修处理或者降级使用。
3 GPS控制网的外业实施策略
3.1 选点埋石
根据前文提到的设计原则对GPS的网形做选定的工作。将有中心标志的标石设置在GPS的网点上，以便能够长期的进行标准点位。标石和点标志要具有足够的稳定性，才能为长久的利用和保存提供便利。大型的桥梁施工周期比较长，施工的程序也比较频繁，为保证GPS测试的精准度，将对中的误差减小，通常施工强制对中观测墩。
3.2 GPS技术工作的基本原理
GPS在研发之初是被用来服务于民用和军事的卫星定位系统，由接收机来接收从卫星上发送出来的参数和时间信息，再经计算后明确方向和三维位置的具体信息。此技术在桥梁测绘的工作应用上主要有动态和静态两种功能。动态功能是指把已经知道的三维定位坐标经过卫星系统的定位后将坐标放到地面上。静态系统是指运用卫星的接收信息来明确三维定位坐标。以下从相对定位和绝对定位来作分析，研究出其工作的基本原理。
1）相对定位。把两台接收机放到基线的两端位置，并且保持两台接收机和地球的相对静止，对相同的四颗运营卫星做同步的观察后，来明确地球坐标系中基线的相对位置。运用这种办法测量出来的桥梁测绘就比较准确，但定位的速度会比较慢而且步骤比较复杂。
2）绝对定位。将地球作为参考点，进行定位的过程也只需要用到一台接收机，因此又被称作单点定位。定位的操作比较简便，速度也比相对定位块，但定位的精准度比较低，出现的误差数值比较大。
4 数据的处理
4.1 观测数据的处理
1）基线解算。外业的基线解算主要是运用相位观测值双差分技术，一般利用随机的软件通过广播星历来做解算，其目的是为了外业基数的检测。
2）观测成果的外业核查。核查的目的是为了保障外业观测的质量，将观测精度提高。每天将观测出的数据下载到计算机后，再用随机软件做基数的解算工作，将独立环和同步环的外业数据进行核查，如果发现有数据不合格的现象就应做及时的补测和重测工作。观测成果的外业核查内容有：①在同一个时段中观测值的数据剔除率；②在进行同步观测的情况下环闭的核差；③独立观测时的环闭核差。 4.2 GPS控制网的数据处理
为了将基数结算的精度提高，可以运用精密基线解算软件来进行解算的工作，或者运用IGS跟踪站和精密的星历联合起来进行解算。GPS网的投影、转换、平差可以运用专门的平差软件来进行。在做高斯平面的旋转变换、平移必须先做WGS—84坐标系中GPS网的三维无约束平差，致使GPS网点能够纳入不同的坐标系中。
GPS网三维平差中，首先应进行三维无约束平差，平差后通过观测值改正数检验，发现基线向量中是否存在粗差，并剔除含有粗差的基线向量，再重新进行平差，直至确定网中没有粗差后，再对单位权方差因子进行X2检验，判断平差的基线向量随机模型是否存在误差，并对随机模型进行改正，以提供较为合适的平差随机模型。在对GPS网进行约束平差后，还应对平差中加入的转换参数进行显著性检验，对于不显著的参数应剔除以免破坏平差方程的性态。
GPS网的三维无约束平差观测方程。在GPS网三维无约束平差中所采用的观测值为基线向量，即GPS基线的起点到终点的坐标差，设lij=[?Xij，?Yij，?Zij]为GPS网任一基线向量。因此，对于每一条基线向量，都可以列出如下的一组观测方程：
与此相对应的方差-协方差阵为：
（2）
协因数阵为： （3）
权阵为：Pij=Dij-1 （4）
σ0为先验的单位权中误差。
平差所用的观测方程就是通过上面的方法列出的，但为了使平差进行下去，还必须引入位置基准，引入位置基准的方法一般有两种。第一种是以GPS网中一个点的WGS-84坐标作为起算的位置基准，即可有一个基准方程：
（5）
第二种是采用秩亏自由网基准，引入下面的基准方程：
GTdB=0 （6）
（7）
（8）
根据上面的观测方程和基准方程，按照最小二乘原理进行平差解算，得到平差结果。
待定点坐标参数： （9）
单位权中误差： （10）
其中：n为网的总点数，p为网中的基线向量数。
坐标未知数的方差估计值为：
D=σ02N-1 （11）
这里N=ATA为网的法方程系数阵。
5 GPS技术桥梁测绘方面的应用优点
1）能够很直接的将三维坐标图显示出来。桥梁测绘中GPS技术的运用，不仅能够得到较为准确的数据，还会将三维坐标图更为简单、直观的显示出来，对桥梁设计图的绘制工作带来极大的便利。
2）GPS系统具有自动化的工作能力，且操作的手续更加便捷。在桥梁的测绘中，GPS技术的应用可以全自动的将数据进行测定而且不需要操作员将大量的时间和精力花费在繁琐的数据处理问题上，将操作员的工作负担减小。
3）定位的精准度更高。从一些较为科学的认证研究中分析出出，目标距离在300～1500m的范围内运用GPS技术做连续观测1小时后，可以把测量的精度误差减小到1mm以内，相比传统的定位仪器桥梁测量精准，GPS对桥梁的定位长度较差能够控制在0.5mm以内，使定位的精度更加精准。
4）桥梁的定位系统在不断的进行改进的同时，GPS技术定位的速度也越来越快，在中长基线的静态定位上，只需要花15～20分钟的时间就能完成定位，而快速的静态定位所消耗的时间更加短。
6 GPS技术应用上出现的问题和解决措施
1）目前在桥梁上应用的GPS技术并不是很完善，信息输出是通过接收机所接收的信号来完成。但在接受信号的过程中，信号的传递容易受到一些因素的干扰甚至有可能会被中断。信号的干扰因素对测绘的精度也会有直接的影响作用，对信号的干扰越强，测绘出的数据稳定性和可靠性越差。面对信号传递的干扰因素，操作人员应该结合多种检测技术进行测绘，将检测数据的精度做一步的提高。
2）检测出的数据处理比较复杂，较容易出现误差。和其他的测绘手段相比，GPS定位系统的数据运算应用到的函数关系运算比较复杂，而信息的传递过程又比较繁杂，误差的形成不可避免，但将误差的出现减少是可以的，因此需要操作人员将有可能造成误差出现的环节把控好，才能尽可能降低误差，确保最终的结果和总结出的理论数据想接近。
7 结语
文中研究了GPS控制網的布设原则、GPS仪器的选择和检测、GPS控制网的外业实施策略、数据的处理、GPS技术桥梁测绘方面的应用优点、技术应用上出现的问题和解决措施进行分析，最终的目的就是为使GPS技术在应用到桥梁的测绘工作上能够测量出更加准确的数据，将测绘的误差减小，确保桥梁施工工程的质量。
参考文献
[1]郑冲.深度探讨GPS技术在大型桥梁测量中的应用方法[J].科技资讯，2010，29（13）：116.
[2]杨文樵.GPS系统基本原理及其在桥梁测绘上的应用[J].技术与市场，2012，11（19）：50.
[3]张海龙.GPS技术在桥梁工程测量应用探讨[J].科技与企业，2011，45（11）：44.
[4]王翔，王波，钟继卫.基于图像识别处理的桥梁测量系统设计与实现[J].现代计算机，2012，17（6）：60-63.
[5]王伟.浅谈桥梁的测量方法[J].黑龙江交通科技，2010，36（12）：97.
[6]梁国超.浅议桥梁施工测量技术[J].中小企业管理与科技，2012，25（7）：107-108.