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橋梁工程測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向總結(jié)
橋梁工程測(cè)量是指在工程規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、建設(shè)施工及運(yùn)營(yíng)管理各階段所進(jìn)行的測(cè)量。現(xiàn)代科技和橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，共同促進(jìn)和推動(dòng)了橋梁工程測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。一方面，自20世紀(jì)50年代建設(shè)萬(wàn)里長(zhǎng)江第一橋——武漢長(zhǎng)江大橋起，新中國(guó)的橋梁建設(shè)事業(yè)進(jìn)入新的歷史發(fā)展階段。改革開放以后，一大批新型、大跨徑、高技術(shù)含量的各類橋梁如雨后春筍般涌現(xiàn)在全國(guó)的大江大河上。近10多年來(lái)，長(zhǎng)距離跨海橋梁(如杭州灣大橋、港珠澳大橋的跨海距離均超過(guò)30 km)、高速鐵路的建設(shè)蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)代橋梁呈現(xiàn)出規(guī)模大、跨距長(zhǎng)、橋型新穎、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工精度要求高和施工工期長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)橋梁工程測(cè)量提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。無(wú)疑，現(xiàn)代橋梁建設(shè)的發(fā)展促進(jìn)了橋梁工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。另一方面，現(xiàn)代測(cè)繪科技及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展又給橋梁工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展提供了新的工具和手段。20世紀(jì)80年代開始，光電測(cè)距儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀、電子水準(zhǔn)儀的出現(xiàn)和發(fā)展，開啟了橋梁工程測(cè)量的第一次技術(shù)變革；90年代以來(lái)得到廣泛應(yīng)用的GPS技術(shù)的發(fā)展和不斷完善，使得橋梁工程測(cè)量從理論、方法和技術(shù)上發(fā)生著更加深刻的變革。隨著智能全站儀、超站儀、電子水準(zhǔn)儀、GNSS技術(shù)(包括靜態(tài)相對(duì)定位、RTK和CORS等)、激光掃描儀、攝影測(cè)量等測(cè)繪技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)、電子、通信、網(wǎng)絡(luò)等其他相關(guān)科技的進(jìn)一步發(fā)展，橋梁工程測(cè)量技術(shù)正邁入一個(gè)新的、更高的快速發(fā)展階段。中鐵城際小編從橋梁工程控制測(cè)量、地形測(cè)繪、水文測(cè)量、施工測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)等幾方面分析橋梁工程測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)。
一、橋梁控制測(cè)量
橋梁控制測(cè)量是橋梁工程測(cè)量的基礎(chǔ)和基準(zhǔn)。橋梁控制網(wǎng)可按施測(cè)階段、施測(cè)目的及功能劃分為勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)。為保證控制網(wǎng)的測(cè)量成果滿足鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)3個(gè)階段的要求，適應(yīng)鐵路工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理的需要，3個(gè)階段的平面、高程控制測(cè)量必須采用統(tǒng)一的尺度和起算基準(zhǔn)，即“三網(wǎng)合一”?？睖y(cè)控制網(wǎng)又稱為橋址控制網(wǎng)，一般在工程初測(cè)階段建立，定測(cè)階段根據(jù)需要進(jìn)行改造和復(fù)測(cè)。勘測(cè)控制網(wǎng)適用于橋梁設(shè)計(jì)階段的勘測(cè)，滿足初測(cè)、定測(cè)階段橋址定線、縱橫斷面、水文、地形等測(cè)量工作的控制需要。橋梁施工控制網(wǎng)一般在工程定測(cè)階段測(cè)設(shè)，也可在工程開工前單獨(dú)施測(cè)，其主要用途是為橋梁工程施工測(cè)量建立精確、可靠和穩(wěn)定的測(cè)量基準(zhǔn)，同時(shí)應(yīng)兼顧橋梁維護(hù)運(yùn)營(yíng)階段的特殊需要。運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)可在施工控制網(wǎng)基礎(chǔ)上改造而成，以滿足橋梁健康監(jiān)測(cè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的測(cè)量控制需要。各階段的橋梁控制網(wǎng)，其精度、用途及技術(shù)要求存在差異，但所采用的技術(shù)方法和手段基本相同。
GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)是目前橋梁工程平面控制測(cè)量中最常用的測(cè)量技術(shù)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比、實(shí)踐、總結(jié)和完善，目前已形成體系完整、技術(shù)成熟的GPS橋梁平面控制測(cè)量技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的地面控制測(cè)量技術(shù)而言，GPS橋梁平面控制測(cè)量具有精度高、速度快、成本低，選點(diǎn)布網(wǎng)靈活，無(wú)須點(diǎn)間通視，無(wú)須建造覘標(biāo)，對(duì)控制網(wǎng)圖形要求低，可同時(shí)提供二維平面及三維空間定位基準(zhǔn)等突出優(yōu)勢(shì)，因而在現(xiàn)代橋梁平面控制測(cè)量中占據(jù)統(tǒng)治地位。但當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)受遮擋或干擾而無(wú)法實(shí)施GPS觀測(cè)時(shí)，則需采用全站儀導(dǎo)線、全站儀邊角網(wǎng)測(cè)量技術(shù)予以補(bǔ)充，尤其在施工加密網(wǎng)、局部高精度施工專用網(wǎng)測(cè)量中比較常見。目前世界上全站儀的最高測(cè)角精度達(dá)到0.5″，測(cè)距精度達(dá)到0.5 mm+1×10-6D，全站儀的可靠性和穩(wěn)定性也已非常高，因此，在今后比較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，全站儀地面控制測(cè)量將在橋梁控制測(cè)量中繼續(xù)發(fā)揮作用。近年來(lái)出現(xiàn)的超站儀將GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)與全站儀靈活的三維極坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)完美結(jié)合起來(lái)，可取代低等級(jí)控制測(cè)量，實(shí)現(xiàn)無(wú)控制網(wǎng)的一般精度的橋梁工程測(cè)量。綜上所述，以GPS技術(shù)為主、全站儀技術(shù)為輔的組合技術(shù)或技術(shù)集成，是目前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)橋梁平面控制測(cè)量的主要技術(shù)。
橋梁高程控制測(cè)量分為陸地高程控制測(cè)量和跨河水準(zhǔn)測(cè)量?jī)纱蟛糠?。幾何水?zhǔn)測(cè)量一直是橋梁高程控制網(wǎng)陸地測(cè)量的經(jīng)典方法，盡管這種方法存在耗時(shí)費(fèi)力、作業(yè)效率較低的缺點(diǎn)，但其高精度、高可靠性及高穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)也十分突出，因此，在地形起伏不大的橋址小區(qū)域內(nèi)，幾何水準(zhǔn)測(cè)量仍然是首選。隨著電子水準(zhǔn)儀的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，經(jīng)典的幾何水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)入了內(nèi)外業(yè)一體化、自動(dòng)化和數(shù)字化的新時(shí)代，水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)效率得到大幅度提高，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。同時(shí)電子水準(zhǔn)儀的精度及其可靠性也逐步提高，目前世界上電子水準(zhǔn)儀的最高精度達(dá)到0.2mm/km，可滿足最高精度等級(jí)橋梁高程控制測(cè)量的需要。因此，基于電子水準(zhǔn)儀的幾何水準(zhǔn)測(cè)量是當(dāng)今橋梁高程控制測(cè)量中陸地測(cè)量的主流技術(shù)。此外，隨著全站儀電子測(cè)距精度和垂直角測(cè)量精度的不斷提高，全站儀三角高程測(cè)量在起伏較大的地區(qū)可替代三、四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量，并已在工程中得到實(shí)際應(yīng)用。在特定的技術(shù)條件和技術(shù)措施下，全站儀三角高程測(cè)量還可達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量精度。因此，全站儀三角高程測(cè)量也是橋梁高程控制測(cè)量的一種重要技術(shù)手段，尤其在地形起伏較大的山區(qū)更具應(yīng)用價(jià)值。
跨河水準(zhǔn)測(cè)量是橋梁高程控制測(cè)量中的核心技術(shù)，也是橋梁高程控制測(cè)量的難點(diǎn)所在。傳統(tǒng)的跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法有光學(xué)測(cè)微法、傾斜螺旋法、經(jīng)緯儀傾角法和測(cè)距三角高程法。其中，光學(xué)測(cè)微法、傾斜螺旋法和經(jīng)緯儀傾角法是最經(jīng)典的方法，應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，理論和技術(shù)都十分成熟，但對(duì)跨河場(chǎng)地及觀測(cè)條件要求較高，如要求兩岸測(cè)站及立尺點(diǎn)間高程近似相等、觀測(cè)期間儀器和標(biāo)尺需頻繁調(diào)岸等。而測(cè)距三角高程法則具有場(chǎng)地布設(shè)比較靈活、儀尺無(wú)須頻繁調(diào)岸、作業(yè)效率較高等優(yōu)點(diǎn)，適用范圍較廣，應(yīng)用前景較好。隨著近20多年來(lái)電子水準(zhǔn)儀、電子全站儀在測(cè)量精度、自動(dòng)跟蹤測(cè)量、自動(dòng)記錄和自動(dòng)存儲(chǔ)等方面技術(shù)的快速發(fā)展和提高，光學(xué)水準(zhǔn)儀、光學(xué)經(jīng)緯儀已經(jīng)被淘汰，因此，全站儀三角高程跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法得到了不斷完善和發(fā)展，目前已經(jīng)成為橋梁工程跨河水準(zhǔn)測(cè)量的主要方法，也是港珠澳大橋等特大型跨海橋梁工程中長(zhǎng)距離跨海高程傳遞的重要方法。
GPS橋梁高程控制測(cè)量已逐步成為研究的熱點(diǎn)，從試驗(yàn)和工程實(shí)踐的情況看，利用高精度的GPS三維坐標(biāo)測(cè)量成果，結(jié)合精化局部大地水準(zhǔn)面成果，橋梁工程局部區(qū)域內(nèi)GPS高程擬合可達(dá)厘米級(jí)精度，可代替三、四等水準(zhǔn)測(cè)量[11]。自2006年版《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》增加GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法以來(lái)，相關(guān)試驗(yàn)研究和應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)入一個(gè)新的階段。試驗(yàn)結(jié)果表明，在地形平坦、河流兩岸大地水準(zhǔn)面具有相同的變化趨勢(shì)且變化相對(duì)平緩的橋址地區(qū)，GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量可達(dá)到二等精度。但GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量的精度及其可靠性受地形起伏大小及似大地水準(zhǔn)面變化平緩性等因素影響極大，而這些影響的大小及其規(guī)律尚無(wú)法事先預(yù)知，影響成果精度的不確定性因素很多，因此，目前GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量在工程中獨(dú)立應(yīng)用的實(shí)例尚不多見。相關(guān)試驗(yàn)還表明，即使在十分平坦的場(chǎng)地條件下也不宜使用GPS水準(zhǔn)法來(lái)進(jìn)行一等跨河水準(zhǔn)測(cè)量?？偠灾?，GPS水準(zhǔn)測(cè)量在橋梁跨河水準(zhǔn)測(cè)量及長(zhǎng)距離跨海高程傳遞中具有重要的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，但相關(guān)理論與技術(shù)方法仍不成熟，需要進(jìn)一步深入研究。
近年來(lái)，全天候連續(xù)不間斷運(yùn)行的GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱CORS)被引入長(zhǎng)距離跨海橋梁工程建設(shè)中。2011年11月，我國(guó)首個(gè)獨(dú)立的基于VRS的工程CORS在港珠澳大橋工程建成并投入正式運(yùn)行，該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位精度為：平面優(yōu)于2 cm，高程優(yōu)于3 cm。橋梁工程CORS提供兼具實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和事后靜態(tài)定位功能的空間三維和平面二維定位基準(zhǔn)，可滿足長(zhǎng)距離跨海橋梁勘察設(shè)計(jì)和施工建設(shè)中海上測(cè)量定位的需要。
二、橋址地形測(cè)繪
橋梁工程規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工及工程竣工階段均需測(cè)繪橋址地形圖，一般為：1:500~1:10 000大比例尺地形圖，特殊情況下也需測(cè)繪1:200比例尺的局部地形圖，但最常用的還是1:500~1:5000地形圖。按測(cè)繪區(qū)域劃分，橋址地形圖可分為陸地地形圖和水下地形圖兩大類，目前均采用數(shù)字測(cè)圖技術(shù)測(cè)繪，傳統(tǒng)的模擬測(cè)圖技術(shù)已被淘汰。
陸地區(qū)域的橋址地形測(cè)繪主要采用地面數(shù)字測(cè)圖技術(shù)，包括全站儀數(shù)字測(cè)圖技術(shù)和GPS RTK數(shù)字測(cè)圖技術(shù)。全站儀數(shù)字測(cè)圖分為兩種作業(yè)模式：一種是全站儀采集數(shù)據(jù)，利用電子手簿或全站儀自身內(nèi)存記錄數(shù)據(jù)并手工繪制地形草圖，內(nèi)業(yè)時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行地形編碼和編輯生成數(shù)字地圖；另一種是全站儀與便攜機(jī)或PDA連接，利用屏幕顯示點(diǎn)位，現(xiàn)場(chǎng)編輯生成數(shù)字地圖[3]。GPS RTK數(shù)字測(cè)圖基本上采用第一種作業(yè)模式。地面數(shù)字測(cè)圖的成果主要為數(shù)字線劃圖(DLG)和數(shù)字高程模型(DEM)。近年來(lái)，隨著全數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，適用于小區(qū)域大比例尺地形測(cè)繪的低空平臺(tái)(輕型飛機(jī)、低空無(wú)人小飛機(jī)、熱氣飛艇、熱氣球等)攝影測(cè)量已從試驗(yàn)研究逐步轉(zhuǎn)入工程應(yīng)用。有關(guān)單位正在開展無(wú)人機(jī)測(cè)圖技術(shù)在橋隧工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，在不久的將來(lái)有望用于大比例尺橋址地形圖測(cè)繪中。此外，機(jī)載激光掃描測(cè)繪系統(tǒng)(LiDAR)也為橋梁工程地形測(cè)繪提供了一種新的技術(shù)手段，目前也是研究的熱點(diǎn)之一。
水下地形測(cè)量方法與陸地地形測(cè)量方法有較大差異，它由水深測(cè)量與平面定位測(cè)量?jī)纱蠹夹g(shù)組成。水深測(cè)量經(jīng)歷了由測(cè)深桿、測(cè)深錘、單波束回聲測(cè)深儀到多波束測(cè)深系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，測(cè)深定位方法則由斷面法、前方交會(huì)法、DGPS定位法發(fā)展到RTK定位法。目前，橋址水下地形測(cè)繪主要采用“回聲測(cè)深+RTK+數(shù)據(jù)處理軟件”的組合測(cè)量系統(tǒng)。基于(網(wǎng)絡(luò))RTK的無(wú)驗(yàn)潮多波束水下地形測(cè)繪技術(shù)是未來(lái)水下地形測(cè)量研究和發(fā)展的方向之一，該技術(shù)已在瓊州海峽通道和港珠澳大橋等跨海工程大范圍海域地形測(cè)繪中得到應(yīng)用[15]，并已在跨江跨河橋梁工程水下地形測(cè)繪中得到普及。相對(duì)于傳統(tǒng)的驗(yàn)潮模式而言，基于RTK的無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)繪方法直接利用厘米級(jí)定位精度的RTK技術(shù)測(cè)定水下地形點(diǎn)的高程，能顯著提高測(cè)量精度和作業(yè)效率、降低成本，還有利于實(shí)現(xiàn)水下地形測(cè)繪內(nèi)外業(yè)一體化。但目前這種技術(shù)尚缺乏規(guī)范依據(jù)，仍需進(jìn)一步研究、完善并制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范。
三、橋址水文測(cè)量
橋址水文測(cè)量一般在工程初測(cè)階段進(jìn)行，必要時(shí)在定測(cè)階段進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)測(cè)，其目的是為橋位選擇、河床沖刷計(jì)算、墩跨布置、通航設(shè)計(jì)等提供橋址區(qū)域的基礎(chǔ)水文資料，主要測(cè)量項(xiàng)目有橋址水位觀測(cè)、橋址流向流速觀測(cè)、橋址航跡線觀測(cè)、橋址地形測(cè)繪等。對(duì)水文條件復(fù)雜的橋梁，還需對(duì)橋位所處河段(一般為數(shù)十千米)進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)專題觀測(cè)，或稱河道原型觀測(cè)，觀測(cè)內(nèi)容包括水位觀測(cè)、水文斷面測(cè)量、流速流向及流量觀測(cè)、懸移質(zhì)水樣采集、1:10 000河道地形測(cè)繪等，其目的是為河床演變分析、河工模型試驗(yàn)等水文專題研究、水文計(jì)算和橋梁設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)測(cè)繪資料。
水位觀測(cè)可設(shè)立水尺進(jìn)行人工觀測(cè)，適用于觀測(cè)時(shí)間較短、觀測(cè)頻率不高的情形。當(dāng)觀測(cè)周期較長(zhǎng)、觀測(cè)頻率較高時(shí)，一般自記水位計(jì)甚至建造水文站進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，這也是目前常用的水位觀測(cè)方法。地形斷面測(cè)量、河道地形測(cè)繪的方法與橋址地形測(cè)繪方法相同，陸地部分采用GPS RTK或全站儀采集數(shù)據(jù)，水域部分采用RTK定位+超聲波測(cè)深儀組合測(cè)量系統(tǒng)。橋址流速流向(表面流速流向)及航跡線測(cè)量一般采用RTK跟蹤浮標(biāo)或船舶觀測(cè)法，早期的前方交會(huì)定位法已被淘汰。橋渡水文測(cè)驗(yàn)專題中的水文斷面流速、流向及流量一般采用專業(yè)的流速流向儀按定點(diǎn)法測(cè)定，通過(guò)不同水深的流速流向計(jì)算出平均流速及斷面流量。懸移質(zhì)水樣采用專業(yè)設(shè)備采集。
四、橋梁施工測(cè)量
橋梁施工測(cè)量是橋梁工程測(cè)量的重要內(nèi)容之一，是橋梁施工不可或缺的重要基礎(chǔ)性工作，它貫穿于橋梁施工建設(shè)的全過(guò)程。施工測(cè)量的任務(wù)就是要按照工程設(shè)計(jì)圖紙的要求，將橋梁建筑物(包括橋梁基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu))的位置、形狀、大小等測(cè)放到實(shí)地，并對(duì)工程施工質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量檢查，配合及引導(dǎo)工程施工。這里所指的橋梁施工測(cè)量包括施工放樣測(cè)量和竣工驗(yàn)收測(cè)量。現(xiàn)代橋梁向大跨、高墩高塔、大型構(gòu)件工廠化預(yù)制、施工工藝復(fù)雜、施工精度要求高的方向發(fā)展，超大規(guī)模跨海橋梁的建設(shè)使得施工建設(shè)環(huán)境趨于惡劣，這些無(wú)疑都對(duì)橋梁施工測(cè)量提出了越來(lái)越高的要求。
橋梁施工測(cè)量方法大體上可以劃分為3類。第1類是常規(guī)大地測(cè)量技術(shù)?，F(xiàn)階段主要使用全站儀和電子水準(zhǔn)儀，包括自動(dòng)跟蹤測(cè)量技術(shù)、免棱鏡精密測(cè)距技術(shù)。隨著全站儀精度及自動(dòng)化程度的不斷提高，經(jīng)典的光學(xué)經(jīng)緯儀和光學(xué)水準(zhǔn)儀測(cè)量方法已被淘汰，過(guò)去在高塔施工中使用的激光鉛直儀也已被高精度的全站儀三維坐標(biāo)測(cè)量方法所替代。但鋼尺量距仍然在一些特定場(chǎng)合被使用。此外，20世紀(jì)90年代中期開始出現(xiàn)的三維激光掃描儀在墩(塔)垂直度觀測(cè)及竣工檢測(cè)中偶有應(yīng)用。第2類是衛(wèi)星定位測(cè)量技術(shù)。首先，GPS RTK(包括單基站RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK)、GPS相對(duì)靜態(tài)定位技術(shù)在橋梁施工測(cè)量，尤其是特大型長(zhǎng)距離跨海橋梁工程中被廣泛使用。RTK主要用于海上橋梁樁基施工定位，相對(duì)靜態(tài)定位技術(shù)用于施工加密網(wǎng)測(cè)量及橋墩平面位置精確測(cè)量。其次，GPS高程擬合方法也在杭州灣大橋、港珠澳大橋等跨海橋梁工程海中高程定位中得到應(yīng)用，實(shí)踐對(duì)比結(jié)果顯示：高程擬合精度可達(dá)1 cm左右。第3類是其他專用測(cè)量技術(shù)，如在橋墩垂直度測(cè)量中使用電子傾斜儀等專用設(shè)備。綜上所述，全站儀、電子水準(zhǔn)儀技術(shù)仍然是橋梁施工精確放樣的主要技術(shù)手段，GPS相對(duì)靜態(tài)測(cè)量、RTK測(cè)量技術(shù)已在大型跨江、跨海橋梁施工中得到廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，基于智能型全站儀、GNSS、激光、遙測(cè)、遙控和通信等技術(shù)的集成式精密空間放樣測(cè)設(shè)技術(shù)將是未來(lái)橋梁施工測(cè)量的主流技術(shù)，新型的超站儀、三維激光掃描儀、激光掃平儀及全站掃描儀(如Leica MS50)具有較好的應(yīng)用前景。
五、橋梁變形監(jiān)測(cè)
橋梁變形監(jiān)測(cè)是橋梁工程測(cè)量的核心內(nèi)容之一。隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的柔性橋梁、大跨徑橋梁、長(zhǎng)距離跨海橋梁等新型結(jié)構(gòu)大型橋梁工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，給橋梁工程的安全監(jiān)測(cè)提出了新的要求。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)橋梁健康安全監(jiān)測(cè)理論和方法的研究逐步成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，橋梁安全監(jiān)測(cè)得到了橋梁管理等部門的高度重視。在我國(guó)香港青馬大橋、廣東虎門大橋、江蘇蘇通大橋、上海東海大橋和京滬高鐵南京長(zhǎng)江大橋等一大批大型橋梁上，相繼建立了橋梁健康安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或進(jìn)行了定期的變形監(jiān)測(cè)維護(hù)。橋梁工程變形監(jiān)測(cè)的理論、方法和相關(guān)技術(shù)得到了較大發(fā)展和提高。
橋梁變形監(jiān)測(cè)包括橋梁工程施工階段的變形監(jiān)測(cè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的變形監(jiān)測(cè)。橋梁變形觀測(cè)的內(nèi)容包括橋墩(塔柱)沉降及水平位移觀測(cè)、梁體撓度變形觀測(cè)、墩臺(tái)及梁體裂縫觀測(cè)、水中橋墩周圍河床沖刷演變觀測(cè)，以及橋面沉降、撓度及水平位移觀測(cè)等。沉降觀測(cè)方法有幾何水準(zhǔn)測(cè)量、靜力水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和GPS高程測(cè)量等。水平位移觀測(cè)方法有基準(zhǔn)線法、測(cè)小角法、三角測(cè)量、前方交會(huì)、導(dǎo)線測(cè)量和GPS測(cè)量等。撓度觀測(cè)有全站儀觀測(cè)、水準(zhǔn)測(cè)量、攝影測(cè)量、懸錘法、GPS測(cè)量及專用撓度儀器觀測(cè)法等。河床沖刷觀測(cè)有超聲波測(cè)深法及水下攝影測(cè)量等多傳感器組合觀測(cè)法。目前在實(shí)際工程中應(yīng)用較多的變形測(cè)量方法是電子水準(zhǔn)儀幾何水準(zhǔn)測(cè)量、智能全站儀(測(cè)量機(jī)器人)三維坐標(biāo)測(cè)量、GPS靜態(tài)及RTK動(dòng)態(tài)三維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、近景攝影測(cè)量、三維激光掃描系統(tǒng)等。在變形分析和預(yù)報(bào)方面，小波變換理論、卡爾曼濾波理論及線性平滑理論等方法被廣泛應(yīng)用。
未來(lái)橋梁變形監(jiān)測(cè)研究和應(yīng)用的發(fā)展方向是：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與靜態(tài)監(jiān)測(cè)相結(jié)合、實(shí)時(shí)連續(xù)三維監(jiān)測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、智能化分析與可視化表現(xiàn)等技術(shù)、多傳感器監(jiān)測(cè)集成技術(shù)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)、幾何變形監(jiān)測(cè)與應(yīng)力應(yīng)變等其他監(jiān)測(cè)綜合分析和預(yù)報(bào)方法等。可以預(yù)見，新型高精度智能全站儀、電子水準(zhǔn)儀、GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)、三維激光掃描系統(tǒng)、近景攝影測(cè)量及各種監(jiān)測(cè)技術(shù)的集成將成為橋梁工程變形監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。
六、結(jié)束語(yǔ)
橋梁工程測(cè)量的發(fā)展是測(cè)繪科技與橋梁建設(shè)應(yīng)用需求共同推動(dòng)和作用的結(jié)果。得益于現(xiàn)代測(cè)繪學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代橋梁工程測(cè)量正朝內(nèi)外業(yè)作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取及處理自動(dòng)化、測(cè)量過(guò)程控制和系統(tǒng)行為智能化、測(cè)量成果數(shù)字化、測(cè)量信息管理可視化、信息共享和傳播網(wǎng)絡(luò)化、測(cè)量服務(wù)社會(huì)化方向邁進(jìn)。GPS測(cè)量、全站儀及電子水準(zhǔn)儀技術(shù)是現(xiàn)階段橋梁工程測(cè)量中被廣泛使用的三大核心技術(shù)。筆者認(rèn)為，GPS橋梁高程控制測(cè)量、低空平臺(tái)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、基于RTK的無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)繪、激光掃描系統(tǒng)、三維測(cè)繪和多傳感器集成的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)將是未來(lái)橋梁工程測(cè)量的研究重點(diǎn)和應(yīng)用發(fā)展方向。
一、橋梁控制測(cè)量
橋梁控制測(cè)量是橋梁工程測(cè)量的基礎(chǔ)和基準(zhǔn)。橋梁控制網(wǎng)可按施測(cè)階段、施測(cè)目的及功能劃分為勘測(cè)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)。為保證控制網(wǎng)的測(cè)量成果滿足鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)3個(gè)階段的要求，適應(yīng)鐵路工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理的需要，3個(gè)階段的平面、高程控制測(cè)量必須采用統(tǒng)一的尺度和起算基準(zhǔn)，即“三網(wǎng)合一”?？睖y(cè)控制網(wǎng)又稱為橋址控制網(wǎng)，一般在工程初測(cè)階段建立，定測(cè)階段根據(jù)需要進(jìn)行改造和復(fù)測(cè)。勘測(cè)控制網(wǎng)適用于橋梁設(shè)計(jì)階段的勘測(cè)，滿足初測(cè)、定測(cè)階段橋址定線、縱橫斷面、水文、地形等測(cè)量工作的控制需要。橋梁施工控制網(wǎng)一般在工程定測(cè)階段測(cè)設(shè)，也可在工程開工前單獨(dú)施測(cè)，其主要用途是為橋梁工程施工測(cè)量建立精確、可靠和穩(wěn)定的測(cè)量基準(zhǔn)，同時(shí)應(yīng)兼顧橋梁維護(hù)運(yùn)營(yíng)階段的特殊需要。運(yùn)營(yíng)維護(hù)控制網(wǎng)可在施工控制網(wǎng)基礎(chǔ)上改造而成，以滿足橋梁健康監(jiān)測(cè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的測(cè)量控制需要。各階段的橋梁控制網(wǎng)，其精度、用途及技術(shù)要求存在差異，但所采用的技術(shù)方法和手段基本相同。
GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)是目前橋梁工程平面控制測(cè)量中最常用的測(cè)量技術(shù)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比、實(shí)踐、總結(jié)和完善，目前已形成體系完整、技術(shù)成熟的GPS橋梁平面控制測(cè)量技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的地面控制測(cè)量技術(shù)而言，GPS橋梁平面控制測(cè)量具有精度高、速度快、成本低，選點(diǎn)布網(wǎng)靈活，無(wú)須點(diǎn)間通視，無(wú)須建造覘標(biāo)，對(duì)控制網(wǎng)圖形要求低，可同時(shí)提供二維平面及三維空間定位基準(zhǔn)等突出優(yōu)勢(shì)，因而在現(xiàn)代橋梁平面控制測(cè)量中占據(jù)統(tǒng)治地位。但當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)受遮擋或干擾而無(wú)法實(shí)施GPS觀測(cè)時(shí)，則需采用全站儀導(dǎo)線、全站儀邊角網(wǎng)測(cè)量技術(shù)予以補(bǔ)充，尤其在施工加密網(wǎng)、局部高精度施工專用網(wǎng)測(cè)量中比較常見。目前世界上全站儀的最高測(cè)角精度達(dá)到0.5″，測(cè)距精度達(dá)到0.5 mm+1×10-6D，全站儀的可靠性和穩(wěn)定性也已非常高，因此，在今后比較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，全站儀地面控制測(cè)量將在橋梁控制測(cè)量中繼續(xù)發(fā)揮作用。近年來(lái)出現(xiàn)的超站儀將GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)與全站儀靈活的三維極坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)完美結(jié)合起來(lái)，可取代低等級(jí)控制測(cè)量，實(shí)現(xiàn)無(wú)控制網(wǎng)的一般精度的橋梁工程測(cè)量。綜上所述，以GPS技術(shù)為主、全站儀技術(shù)為輔的組合技術(shù)或技術(shù)集成，是目前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)橋梁平面控制測(cè)量的主要技術(shù)。
橋梁高程控制測(cè)量分為陸地高程控制測(cè)量和跨河水準(zhǔn)測(cè)量?jī)纱蟛糠?。幾何水?zhǔn)測(cè)量一直是橋梁高程控制網(wǎng)陸地測(cè)量的經(jīng)典方法，盡管這種方法存在耗時(shí)費(fèi)力、作業(yè)效率較低的缺點(diǎn)，但其高精度、高可靠性及高穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)也十分突出，因此，在地形起伏不大的橋址小區(qū)域內(nèi)，幾何水準(zhǔn)測(cè)量仍然是首選。隨著電子水準(zhǔn)儀的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，經(jīng)典的幾何水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)入了內(nèi)外業(yè)一體化、自動(dòng)化和數(shù)字化的新時(shí)代，水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)效率得到大幅度提高，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。同時(shí)電子水準(zhǔn)儀的精度及其可靠性也逐步提高，目前世界上電子水準(zhǔn)儀的最高精度達(dá)到0.2mm/km，可滿足最高精度等級(jí)橋梁高程控制測(cè)量的需要。因此，基于電子水準(zhǔn)儀的幾何水準(zhǔn)測(cè)量是當(dāng)今橋梁高程控制測(cè)量中陸地測(cè)量的主流技術(shù)。此外，隨著全站儀電子測(cè)距精度和垂直角測(cè)量精度的不斷提高，全站儀三角高程測(cè)量在起伏較大的地區(qū)可替代三、四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量，并已在工程中得到實(shí)際應(yīng)用。在特定的技術(shù)條件和技術(shù)措施下，全站儀三角高程測(cè)量還可達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量精度。因此，全站儀三角高程測(cè)量也是橋梁高程控制測(cè)量的一種重要技術(shù)手段，尤其在地形起伏較大的山區(qū)更具應(yīng)用價(jià)值。
跨河水準(zhǔn)測(cè)量是橋梁高程控制測(cè)量中的核心技術(shù)，也是橋梁高程控制測(cè)量的難點(diǎn)所在。傳統(tǒng)的跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法有光學(xué)測(cè)微法、傾斜螺旋法、經(jīng)緯儀傾角法和測(cè)距三角高程法。其中，光學(xué)測(cè)微法、傾斜螺旋法和經(jīng)緯儀傾角法是最經(jīng)典的方法，應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，理論和技術(shù)都十分成熟，但對(duì)跨河場(chǎng)地及觀測(cè)條件要求較高，如要求兩岸測(cè)站及立尺點(diǎn)間高程近似相等、觀測(cè)期間儀器和標(biāo)尺需頻繁調(diào)岸等。而測(cè)距三角高程法則具有場(chǎng)地布設(shè)比較靈活、儀尺無(wú)須頻繁調(diào)岸、作業(yè)效率較高等優(yōu)點(diǎn)，適用范圍較廣，應(yīng)用前景較好。隨著近20多年來(lái)電子水準(zhǔn)儀、電子全站儀在測(cè)量精度、自動(dòng)跟蹤測(cè)量、自動(dòng)記錄和自動(dòng)存儲(chǔ)等方面技術(shù)的快速發(fā)展和提高，光學(xué)水準(zhǔn)儀、光學(xué)經(jīng)緯儀已經(jīng)被淘汰，因此，全站儀三角高程跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法得到了不斷完善和發(fā)展，目前已經(jīng)成為橋梁工程跨河水準(zhǔn)測(cè)量的主要方法，也是港珠澳大橋等特大型跨海橋梁工程中長(zhǎng)距離跨海高程傳遞的重要方法。
GPS橋梁高程控制測(cè)量已逐步成為研究的熱點(diǎn)，從試驗(yàn)和工程實(shí)踐的情況看，利用高精度的GPS三維坐標(biāo)測(cè)量成果，結(jié)合精化局部大地水準(zhǔn)面成果，橋梁工程局部區(qū)域內(nèi)GPS高程擬合可達(dá)厘米級(jí)精度，可代替三、四等水準(zhǔn)測(cè)量[11]。自2006年版《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》增加GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法以來(lái)，相關(guān)試驗(yàn)研究和應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)入一個(gè)新的階段。試驗(yàn)結(jié)果表明，在地形平坦、河流兩岸大地水準(zhǔn)面具有相同的變化趨勢(shì)且變化相對(duì)平緩的橋址地區(qū)，GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量可達(dá)到二等精度。但GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量的精度及其可靠性受地形起伏大小及似大地水準(zhǔn)面變化平緩性等因素影響極大，而這些影響的大小及其規(guī)律尚無(wú)法事先預(yù)知，影響成果精度的不確定性因素很多，因此，目前GPS跨河水準(zhǔn)測(cè)量在工程中獨(dú)立應(yīng)用的實(shí)例尚不多見。相關(guān)試驗(yàn)還表明，即使在十分平坦的場(chǎng)地條件下也不宜使用GPS水準(zhǔn)法來(lái)進(jìn)行一等跨河水準(zhǔn)測(cè)量?？偠灾?，GPS水準(zhǔn)測(cè)量在橋梁跨河水準(zhǔn)測(cè)量及長(zhǎng)距離跨海高程傳遞中具有重要的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，但相關(guān)理論與技術(shù)方法仍不成熟，需要進(jìn)一步深入研究。
近年來(lái)，全天候連續(xù)不間斷運(yùn)行的GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱CORS)被引入長(zhǎng)距離跨海橋梁工程建設(shè)中。2011年11月，我國(guó)首個(gè)獨(dú)立的基于VRS的工程CORS在港珠澳大橋工程建成并投入正式運(yùn)行，該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位精度為：平面優(yōu)于2 cm，高程優(yōu)于3 cm。橋梁工程CORS提供兼具實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和事后靜態(tài)定位功能的空間三維和平面二維定位基準(zhǔn)，可滿足長(zhǎng)距離跨海橋梁勘察設(shè)計(jì)和施工建設(shè)中海上測(cè)量定位的需要。
二、橋址地形測(cè)繪
橋梁工程規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工及工程竣工階段均需測(cè)繪橋址地形圖，一般為：1:500~1:10 000大比例尺地形圖，特殊情況下也需測(cè)繪1:200比例尺的局部地形圖，但最常用的還是1:500~1:5000地形圖。按測(cè)繪區(qū)域劃分，橋址地形圖可分為陸地地形圖和水下地形圖兩大類，目前均采用數(shù)字測(cè)圖技術(shù)測(cè)繪，傳統(tǒng)的模擬測(cè)圖技術(shù)已被淘汰。
陸地區(qū)域的橋址地形測(cè)繪主要采用地面數(shù)字測(cè)圖技術(shù)，包括全站儀數(shù)字測(cè)圖技術(shù)和GPS RTK數(shù)字測(cè)圖技術(shù)。全站儀數(shù)字測(cè)圖分為兩種作業(yè)模式：一種是全站儀采集數(shù)據(jù)，利用電子手簿或全站儀自身內(nèi)存記錄數(shù)據(jù)并手工繪制地形草圖，內(nèi)業(yè)時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行地形編碼和編輯生成數(shù)字地圖；另一種是全站儀與便攜機(jī)或PDA連接，利用屏幕顯示點(diǎn)位，現(xiàn)場(chǎng)編輯生成數(shù)字地圖[3]。GPS RTK數(shù)字測(cè)圖基本上采用第一種作業(yè)模式。地面數(shù)字測(cè)圖的成果主要為數(shù)字線劃圖(DLG)和數(shù)字高程模型(DEM)。近年來(lái)，隨著全數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，適用于小區(qū)域大比例尺地形測(cè)繪的低空平臺(tái)(輕型飛機(jī)、低空無(wú)人小飛機(jī)、熱氣飛艇、熱氣球等)攝影測(cè)量已從試驗(yàn)研究逐步轉(zhuǎn)入工程應(yīng)用。有關(guān)單位正在開展無(wú)人機(jī)測(cè)圖技術(shù)在橋隧工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，在不久的將來(lái)有望用于大比例尺橋址地形圖測(cè)繪中。此外，機(jī)載激光掃描測(cè)繪系統(tǒng)(LiDAR)也為橋梁工程地形測(cè)繪提供了一種新的技術(shù)手段，目前也是研究的熱點(diǎn)之一。
水下地形測(cè)量方法與陸地地形測(cè)量方法有較大差異，它由水深測(cè)量與平面定位測(cè)量?jī)纱蠹夹g(shù)組成。水深測(cè)量經(jīng)歷了由測(cè)深桿、測(cè)深錘、單波束回聲測(cè)深儀到多波束測(cè)深系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，測(cè)深定位方法則由斷面法、前方交會(huì)法、DGPS定位法發(fā)展到RTK定位法。目前，橋址水下地形測(cè)繪主要采用“回聲測(cè)深+RTK+數(shù)據(jù)處理軟件”的組合測(cè)量系統(tǒng)。基于(網(wǎng)絡(luò))RTK的無(wú)驗(yàn)潮多波束水下地形測(cè)繪技術(shù)是未來(lái)水下地形測(cè)量研究和發(fā)展的方向之一，該技術(shù)已在瓊州海峽通道和港珠澳大橋等跨海工程大范圍海域地形測(cè)繪中得到應(yīng)用[15]，并已在跨江跨河橋梁工程水下地形測(cè)繪中得到普及。相對(duì)于傳統(tǒng)的驗(yàn)潮模式而言，基于RTK的無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)繪方法直接利用厘米級(jí)定位精度的RTK技術(shù)測(cè)定水下地形點(diǎn)的高程，能顯著提高測(cè)量精度和作業(yè)效率、降低成本，還有利于實(shí)現(xiàn)水下地形測(cè)繪內(nèi)外業(yè)一體化。但目前這種技術(shù)尚缺乏規(guī)范依據(jù)，仍需進(jìn)一步研究、完善并制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范。
三、橋址水文測(cè)量
橋址水文測(cè)量一般在工程初測(cè)階段進(jìn)行，必要時(shí)在定測(cè)階段進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)測(cè)，其目的是為橋位選擇、河床沖刷計(jì)算、墩跨布置、通航設(shè)計(jì)等提供橋址區(qū)域的基礎(chǔ)水文資料，主要測(cè)量項(xiàng)目有橋址水位觀測(cè)、橋址流向流速觀測(cè)、橋址航跡線觀測(cè)、橋址地形測(cè)繪等。對(duì)水文條件復(fù)雜的橋梁，還需對(duì)橋位所處河段(一般為數(shù)十千米)進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)專題觀測(cè)，或稱河道原型觀測(cè)，觀測(cè)內(nèi)容包括水位觀測(cè)、水文斷面測(cè)量、流速流向及流量觀測(cè)、懸移質(zhì)水樣采集、1:10 000河道地形測(cè)繪等，其目的是為河床演變分析、河工模型試驗(yàn)等水文專題研究、水文計(jì)算和橋梁設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)測(cè)繪資料。
水位觀測(cè)可設(shè)立水尺進(jìn)行人工觀測(cè)，適用于觀測(cè)時(shí)間較短、觀測(cè)頻率不高的情形。當(dāng)觀測(cè)周期較長(zhǎng)、觀測(cè)頻率較高時(shí)，一般自記水位計(jì)甚至建造水文站進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，這也是目前常用的水位觀測(cè)方法。地形斷面測(cè)量、河道地形測(cè)繪的方法與橋址地形測(cè)繪方法相同，陸地部分采用GPS RTK或全站儀采集數(shù)據(jù)，水域部分采用RTK定位+超聲波測(cè)深儀組合測(cè)量系統(tǒng)。橋址流速流向(表面流速流向)及航跡線測(cè)量一般采用RTK跟蹤浮標(biāo)或船舶觀測(cè)法，早期的前方交會(huì)定位法已被淘汰。橋渡水文測(cè)驗(yàn)專題中的水文斷面流速、流向及流量一般采用專業(yè)的流速流向儀按定點(diǎn)法測(cè)定，通過(guò)不同水深的流速流向計(jì)算出平均流速及斷面流量。懸移質(zhì)水樣采用專業(yè)設(shè)備采集。
四、橋梁施工測(cè)量
橋梁施工測(cè)量是橋梁工程測(cè)量的重要內(nèi)容之一，是橋梁施工不可或缺的重要基礎(chǔ)性工作，它貫穿于橋梁施工建設(shè)的全過(guò)程。施工測(cè)量的任務(wù)就是要按照工程設(shè)計(jì)圖紙的要求，將橋梁建筑物(包括橋梁基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu))的位置、形狀、大小等測(cè)放到實(shí)地，并對(duì)工程施工質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量檢查，配合及引導(dǎo)工程施工。這里所指的橋梁施工測(cè)量包括施工放樣測(cè)量和竣工驗(yàn)收測(cè)量。現(xiàn)代橋梁向大跨、高墩高塔、大型構(gòu)件工廠化預(yù)制、施工工藝復(fù)雜、施工精度要求高的方向發(fā)展，超大規(guī)模跨海橋梁的建設(shè)使得施工建設(shè)環(huán)境趨于惡劣，這些無(wú)疑都對(duì)橋梁施工測(cè)量提出了越來(lái)越高的要求。
橋梁施工測(cè)量方法大體上可以劃分為3類。第1類是常規(guī)大地測(cè)量技術(shù)?，F(xiàn)階段主要使用全站儀和電子水準(zhǔn)儀，包括自動(dòng)跟蹤測(cè)量技術(shù)、免棱鏡精密測(cè)距技術(shù)。隨著全站儀精度及自動(dòng)化程度的不斷提高，經(jīng)典的光學(xué)經(jīng)緯儀和光學(xué)水準(zhǔn)儀測(cè)量方法已被淘汰，過(guò)去在高塔施工中使用的激光鉛直儀也已被高精度的全站儀三維坐標(biāo)測(cè)量方法所替代。但鋼尺量距仍然在一些特定場(chǎng)合被使用。此外，20世紀(jì)90年代中期開始出現(xiàn)的三維激光掃描儀在墩(塔)垂直度觀測(cè)及竣工檢測(cè)中偶有應(yīng)用。第2類是衛(wèi)星定位測(cè)量技術(shù)。首先，GPS RTK(包括單基站RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK)、GPS相對(duì)靜態(tài)定位技術(shù)在橋梁施工測(cè)量，尤其是特大型長(zhǎng)距離跨海橋梁工程中被廣泛使用。RTK主要用于海上橋梁樁基施工定位，相對(duì)靜態(tài)定位技術(shù)用于施工加密網(wǎng)測(cè)量及橋墩平面位置精確測(cè)量。其次，GPS高程擬合方法也在杭州灣大橋、港珠澳大橋等跨海橋梁工程海中高程定位中得到應(yīng)用，實(shí)踐對(duì)比結(jié)果顯示：高程擬合精度可達(dá)1 cm左右。第3類是其他專用測(cè)量技術(shù)，如在橋墩垂直度測(cè)量中使用電子傾斜儀等專用設(shè)備。綜上所述，全站儀、電子水準(zhǔn)儀技術(shù)仍然是橋梁施工精確放樣的主要技術(shù)手段，GPS相對(duì)靜態(tài)測(cè)量、RTK測(cè)量技術(shù)已在大型跨江、跨海橋梁施工中得到廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，基于智能型全站儀、GNSS、激光、遙測(cè)、遙控和通信等技術(shù)的集成式精密空間放樣測(cè)設(shè)技術(shù)將是未來(lái)橋梁施工測(cè)量的主流技術(shù)，新型的超站儀、三維激光掃描儀、激光掃平儀及全站掃描儀(如Leica MS50)具有較好的應(yīng)用前景。
五、橋梁變形監(jiān)測(cè)
橋梁變形監(jiān)測(cè)是橋梁工程測(cè)量的核心內(nèi)容之一。隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的柔性橋梁、大跨徑橋梁、長(zhǎng)距離跨海橋梁等新型結(jié)構(gòu)大型橋梁工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，給橋梁工程的安全監(jiān)測(cè)提出了新的要求。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)橋梁健康安全監(jiān)測(cè)理論和方法的研究逐步成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，橋梁安全監(jiān)測(cè)得到了橋梁管理等部門的高度重視。在我國(guó)香港青馬大橋、廣東虎門大橋、江蘇蘇通大橋、上海東海大橋和京滬高鐵南京長(zhǎng)江大橋等一大批大型橋梁上，相繼建立了橋梁健康安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或進(jìn)行了定期的變形監(jiān)測(cè)維護(hù)。橋梁工程變形監(jiān)測(cè)的理論、方法和相關(guān)技術(shù)得到了較大發(fā)展和提高。
橋梁變形監(jiān)測(cè)包括橋梁工程施工階段的變形監(jiān)測(cè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的變形監(jiān)測(cè)。橋梁變形觀測(cè)的內(nèi)容包括橋墩(塔柱)沉降及水平位移觀測(cè)、梁體撓度變形觀測(cè)、墩臺(tái)及梁體裂縫觀測(cè)、水中橋墩周圍河床沖刷演變觀測(cè)，以及橋面沉降、撓度及水平位移觀測(cè)等。沉降觀測(cè)方法有幾何水準(zhǔn)測(cè)量、靜力水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和GPS高程測(cè)量等。水平位移觀測(cè)方法有基準(zhǔn)線法、測(cè)小角法、三角測(cè)量、前方交會(huì)、導(dǎo)線測(cè)量和GPS測(cè)量等。撓度觀測(cè)有全站儀觀測(cè)、水準(zhǔn)測(cè)量、攝影測(cè)量、懸錘法、GPS測(cè)量及專用撓度儀器觀測(cè)法等。河床沖刷觀測(cè)有超聲波測(cè)深法及水下攝影測(cè)量等多傳感器組合觀測(cè)法。目前在實(shí)際工程中應(yīng)用較多的變形測(cè)量方法是電子水準(zhǔn)儀幾何水準(zhǔn)測(cè)量、智能全站儀(測(cè)量機(jī)器人)三維坐標(biāo)測(cè)量、GPS靜態(tài)及RTK動(dòng)態(tài)三維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、近景攝影測(cè)量、三維激光掃描系統(tǒng)等。在變形分析和預(yù)報(bào)方面，小波變換理論、卡爾曼濾波理論及線性平滑理論等方法被廣泛應(yīng)用。
未來(lái)橋梁變形監(jiān)測(cè)研究和應(yīng)用的發(fā)展方向是：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與靜態(tài)監(jiān)測(cè)相結(jié)合、實(shí)時(shí)連續(xù)三維監(jiān)測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、智能化分析與可視化表現(xiàn)等技術(shù)、多傳感器監(jiān)測(cè)集成技術(shù)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)、幾何變形監(jiān)測(cè)與應(yīng)力應(yīng)變等其他監(jiān)測(cè)綜合分析和預(yù)報(bào)方法等。可以預(yù)見，新型高精度智能全站儀、電子水準(zhǔn)儀、GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)、三維激光掃描系統(tǒng)、近景攝影測(cè)量及各種監(jiān)測(cè)技術(shù)的集成將成為橋梁工程變形監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。
六、結(jié)束語(yǔ)
橋梁工程測(cè)量的發(fā)展是測(cè)繪科技與橋梁建設(shè)應(yīng)用需求共同推動(dòng)和作用的結(jié)果。得益于現(xiàn)代測(cè)繪學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代橋梁工程測(cè)量正朝內(nèi)外業(yè)作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取及處理自動(dòng)化、測(cè)量過(guò)程控制和系統(tǒng)行為智能化、測(cè)量成果數(shù)字化、測(cè)量信息管理可視化、信息共享和傳播網(wǎng)絡(luò)化、測(cè)量服務(wù)社會(huì)化方向邁進(jìn)。GPS測(cè)量、全站儀及電子水準(zhǔn)儀技術(shù)是現(xiàn)階段橋梁工程測(cè)量中被廣泛使用的三大核心技術(shù)。筆者認(rèn)為，GPS橋梁高程控制測(cè)量、低空平臺(tái)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、基于RTK的無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)繪、激光掃描系統(tǒng)、三維測(cè)繪和多傳感器集成的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)將是未來(lái)橋梁工程測(cè)量的研究重點(diǎn)和應(yīng)用發(fā)展方向。
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