GPS全球定位技术应用.PDFVIP

第十章 GPS 全球定位技术应用 第一节 利用 GPS 全球定位系统进行结构物变形监测技术 一、概述 全球定位系统是近代发展的高精度定位新技术。本节中简要介绍了全球定位系统的两种基本模 式，并阐述了该系统对大型建筑结构物（特别是桥梁）进行监测的应用情况。 术 全球定位系统（GPS ）是一门飞速发展的技术，它正改变着测量和导航的方式。GPS 技术的近 期发展已使之成为监测桥梁安全及其性能的更为经济有效的工具。 技 目前许多桥梁正承受着超乎设计时所预计的荷载。因而，近几年来桥梁性能监测的需求迅速增 加。为了运输安全，同时为了维护和修补计划的实施，对全球的交通管理部门来说，桥梁监测已日 趋重要。桥梁管理部门面临的结构变形和质量恶化问题在大坝、铁路管理部门也同样存在。 试 监测大型土木建筑物的几何形状及变形的传感器已显落后。许多专业人员所熟悉的结构监测的 工具有加速度传感器、应变仪、线性位移传感器（LVDT ，一种距离测量设备）等。采用 GPS 测量 大型建筑已不是新概念，在普通条件下采用 GPS 定位已精确到厘米级。结构物监测应用的新颖之处 是近年来 GPS 接收机技术及数据处理软件的进步，使 GPS 成为一种更为经济有效的工具，也使之 测 成为一个完整的连续跟踪系统。 除其它的结构物变形监控项目外，得克萨斯大学的应用研究实验室（ARL:UT ）已专门为联邦 公路管理局（FHWA ）的非毁灭性试验及评估项目开发了一套以GPS 为基础的全功能桥梁监测系统。 通 这一系统已在美国两座大型公路桥梁上得到成功的试验，现正在许多桥梁监测中应用。 二、采用 GPS 进行结构物监测技术 交 用 GPS 进行结构物监测有两种系统模式，一种是以固定的传感器网络为基础，另一种是以移动 的传感器为基础。下面将介绍这两种系统的实施情况，并讨论GPS 接收机技术近年的进步是怎样使 这一系统趋向更加实用化的。 路 （一）固定网络:连续监测 对于以 GPS 为基础的监测系统来说，已往沿用的用固定传感器的方式将数据反馈给数据处理中 心进行分析和处理的系统仍是非常适用的。在 ARL ：UT 开发的桥梁变形监测系统（BDMS ）中， 道 传感器安装在现场的结构物上。测量长期位移，如基础沉降、徐变、应力松弛等，如由风或运输荷 载引起的移动，传感器则安装在桥墩之间。 每一桥梁变形监测系统包括 GPS 接收机、微处理器及数据无线电传输装置。GPS 接收机跟踪卫 代 星信号计算出初测距离和相位。所测得的数据由数据无线电传输装置传送至数据处理中心。微处理 器临时储存数据，提供给接收机控制接口，并控制数据通讯。数据处理中心同样设有数据链并配有 集系统控制、数据通讯和管理、数据质量校核、定位计算及位移分析等软件的 PC 机。 现 一旦系统初始化，传感器自动收集数据并传送至数据处理中心。在系统工作期间，数据处理和 分析功能交互进行，并自动更新。 154 对于典型的桥梁监测方法，定位精度达到厘米级。但每一位置的多次定位的平均值可到毫米级。 在良好的跟踪条件下，能精确到 1mm。假定 GPS 接收机产生了高质量的相位数据，且参考站上的 GPS 接收机与监测站的 GPS 接收机的距离（基线）较短，则定位精度是观测平均时间的函数。换言 之