GPS技術(shù)在橋梁變形監(jiān)測中的應(yīng)用

1、GPS技術(shù)在橋梁變形監(jiān)測中的應(yīng)用論文導(dǎo)讀：由于GPS技術(shù)具有定位精度高、作業(yè)速度快、費用節(jié)省、相鄰點間毋需通視、不受天氣條件影響等常規(guī)測量技術(shù)不可比擬的優(yōu)點。因而它在測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。大型橋梁的建設(shè)和維護是一個國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要部分，橋梁變形監(jiān)測就是運用現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)，實時監(jiān)測橋梁運營階段在各種環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與行為，獲取反映結(jié)構(gòu)狀況和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)、評估結(jié)構(gòu)的可靠性，為橋梁的管理與維護決策提供科學(xué)依據(jù)。橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測系統(tǒng)中，要進行的數(shù)據(jù)處理與分析主要包括:WGS一84坐標(biāo)到橋梁局部坐標(biāo)系變換、風(fēng)對大橋位移的影響、溫度對大橋豎向位移的影響、輛對豎

2、位的影響、頻析、監(jiān)測據(jù)壓縮儲。關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)，橋梁，變形監(jiān)測，應(yīng)用1.引言由于GPS技術(shù)具有定位精度高、作業(yè)速度快、費用節(jié)省、相鄰點間毋需通視、不受天氣條件影響等常規(guī)測量技術(shù)不可比擬的優(yōu)點。因而它在測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同樣地，在工程測量領(lǐng)域的大橋變形觀測中，用這種高新技術(shù)來建立其監(jiān)測系統(tǒng)，已成為一種重要的手段和方法。2.橋梁變形監(jiān)測系統(tǒng)的建立2.1橋梁變形監(jiān)測的概念及其意義大型橋梁的建設(shè)和維護是一個國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要部分，橋梁變形監(jiān)測就是運用現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)，實時監(jiān)測橋梁運營階段在各種環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與行為，獲取反映結(jié)構(gòu)狀況和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)、評估結(jié)

3、構(gòu)的可靠性，為橋梁的管理與維護決策提供科學(xué)依據(jù)。其意義在于可以實時掌握橋梁現(xiàn)場的交通狀況，有利于橋梁管理部門進行合理的交通管制，及早發(fā)現(xiàn)橋梁病害，確定橋梁損傷部位并進行定性和定量分析，在突發(fā)事件之后還可以評估橋梁的剩余壽命，為維修養(yǎng)護和管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)，在橋梁運營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號，有效預(yù)防安全事故，保障人民生命財產(chǎn)的安全。2.2GPS變形網(wǎng)的優(yōu)點與傳統(tǒng)的形變網(wǎng)相比,GPS形變網(wǎng)有如下優(yōu)點:(1)GPS形變網(wǎng)的觀測精度與網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)關(guān)系不明顯;(2)當(dāng)整周模糊度確定之后,觀測量的權(quán)與觀測時間的增加不成正比;(3)網(wǎng)中的每一條基線都含有長度和方位信息;(4)當(dāng)觀測儀器和作業(yè)模式確定

4、之后,基線解的精度與觀測時刻緊密相連。即與觀測時刻的RDO P(相對位置精度因子)有直接關(guān)系。2.3GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的建立與實施對大型橋梁來說,GPS變形監(jiān)測網(wǎng)一般由一個或若干個獨立觀測環(huán)構(gòu)成,以三角形和大地四邊形組成的混合網(wǎng)的形式布設(shè).一般來說,實地選點時要注意以下幾點:(1)點位的基礎(chǔ)應(yīng)做到堅實穩(wěn)固,并易于長期保存,不能選在夏季洪水易淹沒的地方;(2)點位視場內(nèi)障礙物的高度角不能超過15,以減少衛(wèi)星信號被遮擋;(3)點位應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源,其距離不得小于200 m,并遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳輸通道,其距離不得小于50 m,以避免電磁場對衛(wèi)星信號的干擾;(4)點位離江(河)應(yīng)有

5、一定的距離,附近不能有大面積水域,以減弱多路徑效應(yīng)的影響;(5)點位離大橋的距離至少在200 m以上,減少大橋行車時對點位本身和GPS觀測時的影響;(6)點位的數(shù)量視橋型大小而定,一般來說,在江(河)兩岸橋梁的兩側(cè)至少各有一個點,大型橋梁應(yīng)適當(dāng)增加,還應(yīng)聯(lián)測國家已知點或施工控制網(wǎng)的點.2.4監(jiān)測數(shù)據(jù)處理橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測系統(tǒng)中，要進行的數(shù)據(jù)處理與分析主要包括:WGS一84坐標(biāo)到橋梁局部坐標(biāo)系變換、風(fēng)對大橋位移的影響、溫度對大橋豎向位移的影響、輛對豎位的影響、頻析、監(jiān)測據(jù)壓縮儲。2.4.1監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)處理對于任何一個監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測數(shù)據(jù)中或多或少會存在一些奇異值，尤其是GPS接收信號存在噪聲，在用作

6、演示前要進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的平滑處理，在變形分析的開始，有必要將該奇異值進行剔除。該系統(tǒng)是無人值守24小時連續(xù)實時監(jiān)測系統(tǒng)，在傳輸過程中也難免會出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，這時應(yīng)根據(jù)丟失點的前后數(shù)據(jù)通過插補得到該數(shù)據(jù)，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)序列的連續(xù)性。2.4.2坐標(biāo)變換由于GPS位移實時監(jiān)測系統(tǒng)獲得的監(jiān)測點的坐標(biāo)是WGS一84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，為了便于分析橋梁的變形，通常應(yīng)將所得到的WGS一84坐標(biāo)按高斯投影變成平面坐標(biāo)，然后變換成橋梁局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在監(jiān)測站，接收來自衛(wèi)星的信號和來自基準(zhǔn)站的信息，采用GPS軟件進行實時差分處理，可得到監(jiān)測站的三維坐標(biāo)，并以一定的采樣率發(fā)送到監(jiān)控中心;監(jiān)控中心接收各監(jiān)測點的

7、監(jiān)測結(jié)果，并通過數(shù)據(jù)處理軟件作進一步的處理與分析，可以得到結(jié)構(gòu)在特定方向上的位移、旋轉(zhuǎn)角等參數(shù)。2.4.3.風(fēng)載溫度車輛荷載對橋梁位移的影響實時記錄橋梁所在位置的風(fēng)速、風(fēng)向，根據(jù)GPS所得測點的對橋身、塔頂、主纜的三軸向位移資料，可對大橋進行風(fēng)力將就監(jiān)測及結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)振驗算復(fù)核。GPS監(jiān)測系統(tǒng)長時間監(jiān)測大橋整體結(jié)構(gòu)的位移變化，可引證因環(huán)境溫度而引發(fā)的日夜和季節(jié)性的位移變化周期。對一般大跨度橋梁而言，交通擠塞是交通(車輛)荷載的主要設(shè)計考慮因素。測量和論證交通荷載設(shè)計假設(shè)和參數(shù)的有效性是大跨橋交通荷載監(jiān)測的主要項目。論文參考。從GPS監(jiān)測系統(tǒng)得出的橋身、塔頂、主纜的三軸向位移資料，可與交通荷載分布

8、狀況的監(jiān)測資料互相驗證，協(xié)助進一步制定橋梁結(jié)構(gòu)的各級應(yīng)力階段，并用作大橋主要構(gòu)件的疲勞估算。論文參考。繪出位移時程曲線圖，對照相應(yīng)時間內(nèi)的風(fēng)速、環(huán)境溫度、車輛荷載等，便可很直觀地顯示出橋梁位移隨風(fēng)速、溫度和車輛荷載變化而變化的趨勢，定量地分析出在某一溫度、某一風(fēng)速、某種荷載時橋梁前產(chǎn)生的最大位移，最后由這些成果來分析風(fēng)速、溫度和車輛荷載對橋梁位移的影響程度。2.4.4.頻譜分析通過分析監(jiān)測點位移時程曲線，可以得到橋梁的震動頻率和振幅。利用快速傅立葉變換的方法，通過頻譜分析可以得到監(jiān)測點功率譜曲線，與設(shè)計的理論值或不同時段的功率譜曲線進行比較，以診斷橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。論文參考。2.4.5.監(jiān)測數(shù)

9、據(jù)壓縮存儲橋梁動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一個長期的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，因而從監(jiān)測系統(tǒng)中采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)是海量的，以至很難采用傳統(tǒng)的文件形式管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，必須采用一定的措施。此外，對來自監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、處理和分析結(jié)果也應(yīng)該進行有效的管理。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是管理海量數(shù)據(jù)的有利工具，而且采取一定的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，會對數(shù)據(jù)的存儲更為有利。最為有效的辦法是對監(jiān)測數(shù)據(jù)建立動態(tài)數(shù)據(jù)庫，并能進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的定期更新、備份和恢復(fù)。3.結(jié)束語GPS技術(shù)可以克服傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測方法的缺點,測定位移值的精度可以達到厘米級(R T K)甚至毫米級(相對靜態(tài))的精度.GPS可以實時地得到監(jiān)測點的三維坐標(biāo),特別是可實現(xiàn)多點同步觀測,受外界影響小,數(shù)據(jù)采集方便,可實現(xiàn)實時性、自動化管理. 因此可較好的應(yīng)用于大橋運營的安全性管理上, 國內(nèi)外的多項實例也表明,GPS技術(shù)在大型橋梁變形監(jiān)測中具有廣闊的應(yīng)用前景.1 余建杰.利用GPS技術(shù)建立橋梁變形監(jiān)測網(wǎng)J 信息技術(shù), 2008年第4期2 王峰波.GPS在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中位移及的監(jiān)測D 工程碩士學(xué)位論文,長安大學(xué)2006年4月3 楊培軍.基于GPS的大跨度橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究D碩士研究生學(xué)位論文,西南交通大學(xué)2006年5月4 王小敏,熊軍,馬木欣.基于