GPS技术在桥梁变形监测中的应用.docx

?

?

GPS技术在桥梁变形监测中的应用

?

?

论文导读：由于GPS技术具有定位精度高、作业速度快、费用节省、相邻点间毋需通视、不受天气条件影响等常规测量技术不可比拟的优点。因而它在测量领域得到了广泛的应用。大型桥梁的建设和维护是一个国家基础设施建设的重要部分，桥梁变形监测就是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。桥梁结构变形监测系统中，要进行的数据处理与分析主要包括:WGS一84坐标到桥梁局部坐标系变换、风对大桥位移的影响、温度对大桥竖向位移的影响、辆对竖位的影响、频析、监测据压缩储。

关键词：GPS技术，桥梁，变形监测，应用

?

1.引言

由于GPS技术具有定位精度高、作业速度快、费用节省、相邻点间毋需通视、不受天气条件影响等常规测量技术不可比拟的优点。因而它在测量领域得到了广泛的应用。同样地，在工程测量领域的大桥变形观测中，用这种高新技术来建立其监测系统，已成为一种重要的手段和方法。

2.桥梁变形监测系统的建立

2.1桥梁变形监测的概念及其意义

大型桥梁的建设和维护是一个国家基础设施建设的重要部分，桥梁变形监测就是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。

其意义在于可以实时掌握桥梁现场的交通状况，有利于桥梁管理部门进行合理的交通管制，及早发现桥梁病害，确定桥梁损伤部位并进行定性和定量分析，在突发事件之后还可以评估桥梁的剩余寿命，为维修养护和管理决策提供依据和指导，在桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，有效预防安全事故，保障人民

生命财产的安全。

2.2GPS变形网的优点

与传统的形变网相比,GPS形变网有如下优点:

(1)GPS形变网的观测精度与网的图形结构关系不明显;

(2)当整周模糊度确定之后,观测量的权与观测时间的增加不成正比;

(3)网中的每一条基线都含有长度和方位信息;

(4)当观测仪器和作业模式确定之后,基线解的精度与观测时刻紧密相连。即与观测时刻的RDOP(相对位置精度因子)有直接关系。

2.3GPS变形监测网的建立与实施

对大型桥梁来说,GPS变形监测网一般由一个或若干个独立观测环构成,以三角形和大地四边形组成的混合网的形式布设.一般来说,实地选点时要注意以下几点:(1)点位的基础应做到坚实稳固,并易于长期保存,不能选在夏季洪水易淹没的地方;(2)点位视场内障碍物的高度角不能超过15°,以减少卫星信号被遮挡;(3)点位应远离大功率无线电发射源,其距离不得小于200m,并远离高压输电线和微波无线电信号传输通道,其距离不得小于50m,以避免电磁场对卫星信号的干扰;(4)点位离江(河)应有一定的距离,附近不能有大面积水域,以减弱多路径效应的影响;(5)点位离大桥的距离至少在200m以上,减少大桥行车时对点位本身和GPS观测时的影响;(6)点位的数量视桥型大小而定,一般来说,在江(河)两岸桥梁的两侧至少各有一个点,大型桥梁应适当增加,还应联测国家已知点或施工控制网的点.

2.4监测数据处理

桥梁结构变形监测系统中，要进行的数据处理与分析主要包括:WGS一84坐标到桥梁局部坐标系变换、风对大桥位移的影响、温度对大桥竖向位移的影响、辆对竖位的影响、频析、监测据压缩储。

2.4.1监测数据预处理

对于任何一个监测系统，其监测数据中或多或少会存在一些奇异值，尤其是GPS接收信号存在噪声，在用作演示前要进行监测数据的平滑处理，在变形分析的开始，有必要将该奇异值进行剔除。该系统是无人值守24小时连续实时监测系统，在传输过程中也难免会出现一些数据丢失的现象，这时应根据丢失点的前后数据通过插补得到该数据，以保证监测数据序列的连续性。

2.4.2坐标变换

由于GPS位移实时监测系统获得的监测点的坐标是WGS一84坐标系下的坐标，为了便于分析桥梁的变形，通常应将所得到的WGS一84坐标按高斯投影变成平面坐标，然后变换成桥梁局部坐标系下的坐标。在监测站，接收来自卫星的信号和来自基准站的信息，采用GPS软件进行实时差分处理，可得到监测站的三维坐标，并以一定的采样率发送到监控中心;监控中心接收各监测点的监测结果，并通过数据处理软件作进一步的处理与分析，可以得到结构在特定方向上的位移、旋转角等参数。

2.4.3.风载温度车辆荷载对桥梁位移的影响

实时记录桥梁所在位置的风速、风向，根据GPS所得测点的对桥身、塔顶、主缆的三轴向位移资料，可对大桥进行风力将就监测及结构的抗风振验算复核。GPS监测系统长时间监测大桥整体结构的位移变化