阮靖文

（中鐵建大橋工程局集團南方工程有限公司，廣州 511400）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟水平的提升，工程項目建設(shè)環(huán)境更為復(fù)雜，傳統(tǒng)工程測量技術(shù)已無法滿足新時期工程測量的基本要求。GPS測量技術(shù)是在人造衛(wèi)星觀測站的作用下，針對工程項目分布區(qū)域構(gòu)建完整的觀測網(wǎng)，精準(zhǔn)地獲取測量數(shù)據(jù)，為工程項目建設(shè)提供更有參考價值的數(shù)據(jù)信息，幫助建設(shè)方優(yōu)化項目設(shè)計方案，確定各區(qū)域的地形信息，以此減少工程項目中的設(shè)計風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險的一種新型測量技術(shù)。

2 工程概述

明珠灣大橋工程線路起始于萬頃沙島的萬環(huán)西路，止于南沙經(jīng)濟開發(fā)區(qū)虎門聯(lián)絡(luò)道，是南沙明珠灣區(qū)的重要交通通道。路線橫跨南沙街和珠江街，西起于珠江街萬環(huán)西路，向東跨越龍穴南水道后，東接虎門聯(lián)絡(luò)道，全線大致呈西南—東北走向，全長約9 134 m，規(guī)劃為60 m寬的城市主干路，雙向8車道。

3 GPS測量技術(shù)相關(guān)定義

GPS測量技術(shù)是基于人造衛(wèi)星所進行的點位測量技術(shù)，應(yīng)用GPS測量技術(shù)時，可在人造衛(wèi)星數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下，建立精密的控制網(wǎng)，隨后根據(jù)控制網(wǎng)內(nèi)的點位對地面的公路、建筑物、隧道、大壩進行測量。相較于其他測量技術(shù)，GPS測量具有實時性、實用性強的特點，且測量結(jié)果精度高，所需時間短。據(jù)了解，基于GPS測量技術(shù)的工程測量，測量數(shù)據(jù)的精度可保持在分米級、厘米級；實際測量過程中，動態(tài)GPS測量僅需幾秒、幾分鐘，靜態(tài)GPS測量可控制在50～180 min。另外，GPS測量操作流程簡單，可選點位范圍廣，測量成本低，可滿足建筑工程、路橋工程、隧道工程等不同類型工程項目測量的基本要求[1]。

4 工程測量中GPS測量的常用方法

4.1 靜態(tài)測量

在定位過程中，接收機的位置是固定的，處于靜止?fàn)顟B(tài)，這種定位方式稱為靜態(tài)定位。根據(jù)參考點的位置不同，靜態(tài)定位又包括絕對定位和相對定位兩種方式。

1）絕對定位（也叫單點定位）以衛(wèi)星與觀測站之間的距離（距離差）觀測為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，來確定觀測站的位置，其實質(zhì)就是測量學(xué)里面的空間后方交會。由于衛(wèi)星鐘與接收機鐘難以保持嚴(yán)格同步，所測距離均包含了衛(wèi)星鐘與接收機鐘不同步的原因，故習(xí)慣地稱之為偽距。衛(wèi)星鐘差可以根據(jù)導(dǎo)航電文中的參數(shù)進行改正，而接收機鐘差通常難以確定，一般將接收機鐘差作為未知參數(shù)，與觀測站的坐標(biāo)一并求解。因此，進行絕對定位在一個觀測站至少需要同步觀測4顆衛(wèi)星，才能求出觀測站三維坐標(biāo)分量與接收機鐘差4個未知參數(shù)[2]。

當(dāng)接收機處于靜止?fàn)顟B(tài)下，用于確定觀測站絕對坐標(biāo)的方法稱之為靜態(tài)絕對定位。這時，由于可以連續(xù)地測定衛(wèi)星至觀測站的偽距，所以可獲得充分、多余觀測量，相應(yīng)的可以提高定位的精度。單點定位沒有測站的同步數(shù)據(jù)可以比較，大氣折光、衛(wèi)星鐘差等誤差項就無法通過同步觀測的線性組合加以消除或減弱，只能依靠相應(yīng)的模型來修正。因此，靜態(tài)絕對定位目前只能達到厘米級精度。

2）靜態(tài)相對定位，就是將多臺GPS接收機安置在不同的觀測站上，保持各接收機固定不動，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定各觀測站在WCS-84坐標(biāo)系中的相對位置或基線向量的方法。在多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差、電離折射誤差和對流層折射誤差等，對觀測值的影響具有一定的相關(guān)性。所以，利用這些觀測值的不同組合進行相對定位，便可有效地消除或減弱上述誤差的影響，從而提高相對定位的精度。靜態(tài)相對定位一股采用載波相位觀測量作為基本觀測值，這一點位方法，是目前GPS定位中精度最高的一種[3]。

4.2 RTK測量

RTK技術(shù)（Real Time Kinematic）是利用GPS載波相位觀測值進行實時動態(tài)相對定位的技術(shù)，是建立在及時處理2個測站的載波相位基礎(chǔ)上的。載波相位差分技術(shù)能實時提供觀測點的三維坐標(biāo)，并達到厘米級的高精度。由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈及時將其載波觀測值及基準(zhǔn)站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站，用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測值進行及時處理，能及時給出厘米級的定位結(jié)果。

5 工程測量中的GPS測量技術(shù)的應(yīng)用要點

5.1 靜態(tài)測量

1）點位選擇。點位選擇是GPS靜態(tài)測量的基礎(chǔ)工作。正式選擇點位前，相關(guān)人員應(yīng)采集項目資料，確定工程測量范圍，了解測量位置、所需點位數(shù)量、觀測位置的分布情況等。通常情況下，為發(fā)揮點位的觀測功能，應(yīng)選擇視野寬闊的點位，點位周邊障礙物的高度角應(yīng)低于10°，以此控制點位之間的路徑偏差。另外，為保證GPS測量時衛(wèi)星信號的穩(wěn)定性，還應(yīng)選擇穩(wěn)固的觀測點位，點位周圍200 m處不得存在高壓輸電線、無線電設(shè)備等。

2022年，明珠灣大橋工程復(fù)測的平面控制點位有16個，點號分別為MK3、MK4、MK9、ME4、ME5、ME7、ME11、HS2～HS7、YD1、LJ8、LS1。確定觀測點位后，為使各GPS觀測點能夠形成網(wǎng)絡(luò)，還應(yīng)及時標(biāo)記點位，標(biāo)記后的測量點禁止隨意更改。

2）GPS復(fù)測。工程測量活動中，項目測量精度等級不同，所設(shè)計的技術(shù)方案會存在明顯的差異性。在明珠灣大橋項目中，其復(fù)測和加密測量采用GPS，按D級GPS網(wǎng)精度測量。因此，在應(yīng)用GPS測量技術(shù)時，應(yīng)明確GPS復(fù)測的技術(shù)指標(biāo)。比如，該項目根據(jù)GB/T 18314—2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，同步觀測的有效人造衛(wèi)星數(shù)量應(yīng)大于或等于4顆，觀測時間點不得小于45 min，數(shù)據(jù)采樣頻率應(yīng)保持在10～30 s/次，衛(wèi)星截止高度角應(yīng)大于15°，天線對中精度需小于3 mm。

3）外業(yè)測量。外業(yè)測量是工程測量的核心內(nèi)容，關(guān)系著工程測量的整體質(zhì)量。應(yīng)用GPS測量技術(shù)進行工程外業(yè)測量時，應(yīng)結(jié)合工程測量范圍，科學(xué)選擇測量點。確定測量點位后固定觀測設(shè)備，并使用人造衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采集工程測繪中GPS測量所需的衛(wèi)星信號，安裝觀測用的天線。明珠灣大橋工程項目中外業(yè)測量方法主要是按照GB/T 18314—2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》要求，用4臺GPS接收機同時接收數(shù)據(jù)。同步作業(yè)圖形之間采用邊連接的方式，并做到有很強的圖形結(jié)構(gòu)，確保該觀測控制網(wǎng)的高精度和高可靠性[4]。

5.2 RTK測量

5.2.1 RTK測量的日常應(yīng)用

1）道路施工。RTK可應(yīng)用于道路施工中的原地面采集、放樣道路中邊樁、邊坡開挖填筑工作，極大限度地提升道路施工效率。以道路放樣為例，RTK測量技術(shù)支持下，相關(guān)人員可應(yīng)用RTK軟件導(dǎo)入道路施工設(shè)計中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面、加寬、道路邊坡、路基結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵參數(shù)，實時顯示道路施工活動中當(dāng)前里程、路基路面填挖值等數(shù)據(jù)，從而減少道路施工對計算設(shè)備、設(shè)計圖紙的依賴，有效地提升道路施工中的外業(yè)放樣效率。

2）橋梁測量。橋梁測量中RTK可用于橋梁樁基、基坑開挖的放樣與復(fù)核。橋梁工程放樣測量時，RTK測量技術(shù)可在放樣作業(yè)中，將GPS基準(zhǔn)站布設(shè)在橋梁工程測量控制網(wǎng)內(nèi)，隨后利用移動站進行放樣。放樣后從RTK測量控制器中提取放樣測量時獲取的“橋位坐標(biāo)”。準(zhǔn)確地標(biāo)記橋梁結(jié)構(gòu)，控制施工誤差。

3）大土方開挖。大土方開挖中，RKT技術(shù)的主要作用集中在原地面測量、計算土石方量、邊坡開挖控制、截水溝放樣等方面。以土石方測量為例，相較于傳統(tǒng)全站儀測量技術(shù)，RTK測量技術(shù)可在各網(wǎng)格點放樣處理后，高效率地測量土石方外業(yè)量，且RTK具有“放樣直線”功能，所以在實際測量中可直接分解土石方測量區(qū)域的方格網(wǎng)，將其分解為直線，每隔10 m設(shè)置1個測量點，從而減少土石方工程測量時的逐點測量工作，提升土石方量的測量效率。

5.2.2 工程測量中RTK的應(yīng)用要點

1）測量放樣。移動站是應(yīng)用RTK技術(shù)的基礎(chǔ)配置，工程測量中可在移動站作用下，使用RTK手簿控制器驅(qū)動接收設(shè)備進行放樣測量。測量初期，控制器會提示接收機設(shè)備初始化已完成，隨后控制器顯示區(qū)域會直接顯示工程測量中垂直精度、水平精度等參數(shù)。正式放樣前，測量人員應(yīng)導(dǎo)入DTM、點位、曲線、橋梁、道路等基礎(chǔ)放樣數(shù)據(jù)，然后打開測量圖表，選擇RTK中的放樣選項；放樣時，RTK會顯示放樣點位置、水平距離、觀測值，若放樣點、移動站距離過小時，可利用RTK控制器中的測量鍵進行實測。

2）控制測量。據(jù)了解，RTK測量技術(shù)在20 km內(nèi)的測量精度約為3 cm，所以根據(jù)工程測量中“控制測量”的相關(guān)要求，RTK技術(shù)可滿足工程項目控制測量要求。比如，在橋梁工程放樁測量中，RTK可檢核基準(zhǔn)站5 km范圍內(nèi)的4等GPS控制點。結(jié)果表明，該范圍內(nèi)測量坐標(biāo)的分量最大差值不高于30 mm，高程最大差值為5 cm，表示RTK測量能夠滿足該工程測量中Ⅰ級導(dǎo)線點精度控制要求[5]。

5.3 數(shù)據(jù)分析

GPS測量技術(shù)實踐中，還應(yīng)利用計算機技術(shù)，有效分析工程測量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確核算各項參數(shù)，以此保證工程測量的精確度、整體質(zhì)量。比如，測量人員可基于外業(yè)檢測技術(shù)，評估GPS測量數(shù)據(jù)與工程測量情況的匹配度，建立GPS工程測量數(shù)據(jù)庫。明珠灣大橋項目中，GPS測量后復(fù)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理主要包括GPS的基線解算和內(nèi)業(yè)平差兩方面?；€處理時，結(jié)合GPS檢測網(wǎng)的基線解算，采用華測CGO數(shù)據(jù)處理軟件，獲取觀測值。驗算外業(yè)測量數(shù)據(jù)時，可在觀測工作結(jié)束后，利用基線解算進行結(jié)果驗算，并檢驗外業(yè)測量時的復(fù)測基線邊、三邊同步環(huán)基線。

6 結(jié)語

綜上所述，城市化進程中，工程建設(shè)過程中的質(zhì)量要求不斷提升，工程測量的必要性更為突出。GPS測量技術(shù)作為新時期常見工程測量手段，其在工程項目建設(shè)中可通過動態(tài)化、靜態(tài)化的觀測技術(shù)，建立觀測控制網(wǎng)，科學(xué)確定工程測量點位，準(zhǔn)確獲取工程建設(shè)中的地形信息，為工程建設(shè)提供完整的數(shù)據(jù)參考，為各類工程項目的質(zhì)量控制打好基礎(chǔ)。