试析GPS技术在桥梁变形监测中的应用

姚志华

摘要：近年来，随着社会经济的飞速发展和桥梁建筑事业的不断进步，各类桥梁的建设数量在不断的增多，但同时也存在着一些问题，比如桥梁变形。实践中我们经常用GPS技术对桥梁的变形进行检测，本文将对其实际应用情况进行研究分析，以供参考。

关键词：GPS技术；桥梁变形；监测应用；研究

Abstract: In recent years, with the rapid socio-economic development and bridge construction business continues to progress, the number of various types of bridge construction to keep the increase, but at the same time there are some problems, such as bridge deformation. Practice, we often use GPS technology to detect the deformation of the bridge, this article will be the practical application of research and analysis for reference.

Keywords: GPS technology; bridge deformation; monitoring applications; research

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

随着交通建设事业的不断发展，作为公路及铁路的重要连接和支撑，桥梁在交通运行过程中发挥着举足轻重的作用。然而，因经常受到外界因素的影响，比如气候、地理环境以及各种外在作用力等，导致桥梁变形，严重时可能出现垮塌。实践中为有效防止这类病害的出现，以保证交通的正常运行和人民的生命财产安全，必须对桥梁有无变形进行严格的监测，而GPS以其精度高、操作简便和耗费低等优势，为桥梁变形监测提供技术支撑。

桥梁变形监测与GPS应用优势

1、桥梁变形监测

一般而言，作为交通建设中的一项重要内容，桥梁同时也是我们基础设施建设的一部分。所谓桥梁变形监测，主要是指利用现代化的传感、通信技术，对桥梁的运行状况及各个阶段的环境条件进行严格的检测，尤其是各部分结构的响应和功能状况，并在此基础上获得能够全面和客观反映桥梁结构状况的有关因素。之后再对这些因素和相关数据进行分析，（主要是桥梁结构的健康指标、桥梁结构的可靠性分析等），从而为桥梁的科学管理及其有效的维护，提供一个客观、科学的参照。

GPS应用优势

从实践来看，GPS的主要应用优势在于测站点之间无需同时通视、全天侯检测、三维信息、精度高以及容易操作等。传统的检测方法需要监测点之间的相互通视，方可实现观察，而GPS技术只需要对一个点进行测量即可；对于传统的监测方法而言，主要包括平面与垂直位移法两种，该种桥梁变形监测方法具有工作量大和作业周期长特点，而且其监测的时间与位点经常难以有效的统一起来，有时可能会增加变形的分析难度，甚至出现错误；对于GPS技术而言，不但可以实时提供比较精确的三维监测动态数据，而且还不受各种自然天气的制约；GPS监测技术和设备使用前都会配有相关的雷电设施，可以实时对桥梁进行监测；同时还有接收机，可以有效的方便用户利用不同位置的监测点，从而实现信息的实时采集、分析、传输以及处理和报警。

GPS变形监测网建立

对于一些大型的桥梁而言，GPS变形监测网通常是由一个或多个独立的观测环共同构成的，多以三角形孔大地四边形组成混会网的形式进行布设。一般而言，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，并且易于长期的进行保存。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度，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200米，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50米，以免电磁场对卫星信号的干扰；4、点位离河应保持一定的距离，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200米以上，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。

GPS在桥梁变形监测中应用原理

对变形监测而言，其对精度的要求比较高，桥梁变形中要求其平面精度必须为1毫米，高程精度为2毫米。GPS在桥梁监测中，实际测量过程中，接收机能跟踪上卫星信号，且在t 瞬间内能对载波相位进行测量，其相位可以测到整周部分或不足一周部分，说明卫星相位能接收到基准信号，但信号毕竟是正弦函数， 在实际应用过程中也不能被标识，也不能准确的测量其是第几周相位。而在t 时刻之后的载波相位测量中，接收机的计数器会走动可以对t时刻到观察时刻的周数 进行调整。用载波原理对桥梁进行变形监测，其精确度是比较高的，能达到0.5—2毫米，然这种监测技术在实际应用过程中，常会受到轨道、卫星钟差以及接收机钟差和对流层等多种因素的影响， 而造成相应误差。 一旦出现观测误差， 可以将不同线形组合在一起，毕竟这种误差是因对两个或两个以上观测站实行同步观测同一卫星而引起的。正常情况下，GPS的定位会采用单差、双差和三差， 其中对变形监测数据进行处理采用的是双差法。不同接收机在不同时间内对不同应用是以载波相位测量原理和差分测量为依据进行的，能更好的保证其精度。卫星进行同步观察并得到与之相对应的相位，可以对卫星进行求差、接收机进行求差和历元进行求差。

四、GPS技术在桥梁变形监测中的应用

在使用GPS技术对桥梁进行变形监测时，一定要先对其变形监测网进行分析。GPS变形监测网在实际应用过程中是最为关键和重要的，它不仅可以实现多台同步接收机同时观测不同时期的点，而且还能有效的保证每期GPS机台数保持不变。在对每一期进行相应的观察时，最好是要选用分布较多的卫星时段。在此基础上采用多台GPS机进行同步观测，这样就可以使其在观测过程中产生更多的同步观测环。当同步观测环闭合差相对较小，并且出现了误差较大的基线以后，可将该基线予以剔除，剔除之后仍然能够保证具有较高的精度。就目前来看， 在桥梁变形监测中，除了将基线剔除外，一般还会选用随机商业软件对不同时期产生的GPS基线进行处理。为了有效的保证其效果，在此基础上也可以采用粗差法进行探测。在用这种方法对精差进行探测的时候，应该先计算统计量并在此基础上逐次进行，直至粗差位置不再出现；之后对整个GPS网进行平差，以便更好的得到该网评差， 确定该网相应精度。在对变形网数据进行处理的时候， 一般会选用两个以上基准网进行处理。在此基础上对其形变进行相应分析，就能了解不同测点之间的变形信息。而为了保证变形监测网更好的发挥其作用，GPS监测网一般会布设四个以上卫星基准点，在选用这些基准点的时候，最好在其附近选择国家级的GPS点作为监测网基准点，并不断的对其进行复测，以保证其精度能够得到有效的提高。在变形观测时，应该先对不同时期观测到的变形信息进行分析，并在此基础上对数据定期进行复测，对有利点进行精度监测和约束平差坐标转化，以减少误差率形变网进行施测的时候，可以将其分成两个时段进行施测，白天进行监测 和晚上进行监测。毕竟现在的公路和铁路交通量比较大， 特别是公路交通中在中重型载重汽车引起的震动是十分明显的，为了减少相应汽车的噪声，保证GPS监测效果，其在利用GP S监测的时候，特别是在晚间对桥梁变形进行检测的时候，最好选在凌晨、天亮之前。

结语：总而言之，GPS技术为桥梁变形监测带来了新的活力和技术支撑，具有非常明显的技术优势，因此应当对此加强重视和技术创新，以期为我国桥梁及交通建设事业的探寻新的发展契机。

参考文献：

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