橋梁GNSS監測點的布設與信號測試分析探討

安慶 吳樹森 張婷婷

摘 要：利用衛星導航技術，論述了簡支橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等不同類型橋梁的GNSS監測點布設方案，使之能夠完整地反映橋梁關鍵點的形變狀況，及早發現橋梁可能存在的安全隱患，為橋梁管理者提早采取相應措施提供了依據。另外，該文還闡述了對橋梁GNSS監測點信號數據的測試方案和步驟，為工程人員較為方便地找到符合要求的監測點提供了簡單易行的方法。該布點和監測點信號檢測方案已運用于我國多座不同類型的橋梁，實踐證明，該方案取得了較好的橋梁健康安全監測效果，具有較大的實用和推廣價值。

關鍵詞：橋梁 衛星導航 監測點 信號測試

中圖分類號：P642.22；P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0049-02

近年來，我國在修路筑橋方面增加了大量的人力、物力和財力投入，加快橋梁等基礎設施建設，各種斜拉橋、懸索橋等大跨度的橋梁相繼出現，使我國一躍成為世界橋梁大國。龐大的基數和快速的發展，帶來了很多事故風險和橋梁安全監測的需求。國內外不斷發生的橋梁垮塌事故，引起了人們對橋梁工作狀態的日益重視。以哈爾濱陽明灘大橋為例，該橋在建成后不到一年垮塌，除了建筑質量原因外，未采取形變監測措施也是沒有提早發現隱患的原因。

建設高效的橋梁監測系統，可以減少因橋梁安全問題引起的交通事故帶來的經濟損失，還可以減少傳統方式對橋梁進行檢測和維修時不必要的浪費，更可以減少橋梁坍塌直接造成的經濟損失。衛星定位系統自投入民用后，已逐步在橋梁等精密工程測量中應用。正是因為它在靜態相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優點，使人們普遍采用其來代替常規的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實踐中取得了可喜的成果。該文即是探討GNSS監測點在不同類型橋梁的布設方案，并提出了監測點信號的測試步驟，為監測點的選點提供了解決方案。

1 各類橋梁監測站點的布設

由于各類橋梁的結構不同，其相應的監測點的布設也有所不同，該文提出的解決方案分述如下。

1.1 簡支橋監測站點的布設

簡支橋是最為常見的橋梁之一，如昆明會阿線上的南盤江特大橋與楚雄南永線上的三潭3號大橋等。其力學結構相對簡單，布設控制點的過程中需要結合橋下地質地形及交通情況，將監測點布置在安全隱患相對突出的橋跨，設于橋面不易損壞的邊緣位置，如圖1所示。

1.2 拱橋監測站點的布設

對于跨徑較小的實腹式石拱橋，基礎情況較好時可只在拱頂部位設一個監測點，對于空腹式石拱橋和混凝土雙曲拱橋，需在拱頂和兩個拱腳對應橋面位置分別安設監控點，如圖2所示。

對跨徑較大的中承式拱橋，根據拱橋的受力特點，為反映大橋位移和振動特性，主要監測點設于拱頂、拱腰和拱腳附近（橋面與拱軸相交處）兩側對稱安置兩個監測點，全橋共10個監測點，如圖3所示。

其中，拱頂監測點布設在兩榀拱肋頂點分別安設一個監控點。拱腰監測點布設在兩榀拱肋1/4處對稱設置兩個監測點。拱腳附近（橋面相交處）設在橋面對應處兩側分別設置監測點。

拱橋監測站點的布設典型應用橋梁有迪慶西景線上的松園橋、麗江華蘭線上的金安橋等。

1.3 斜拉橋監測站點的布設

斜拉橋一般由斜拉索、塔柱和主梁及橋墩、橋臺組成，如，迪慶尼其線上的其春橋、武漢白沙洲長江大橋等。可只在板梁、各個受力部位設一個監測點，全橋至少10個站點，如圖4所示。

1.4 懸索橋監測站點的布設

懸索橋一般由主纜、吊索、索夾、索鞍和塔、梁組成，如，臨滄西景線上的瀾滄江橋。可只在板梁、各個受力部位設一個監測點，全橋至少10個站點，如圖5所示。

2 數據測試方案

為保證每個北斗監測點數據穩定性，在建站之前必須進行信號測試，如點位不滿足數據質量指標要求，則就近移動點位。

如對于斜拉索橋梁，拉索比較密集，出現了目視的部分遮擋。針對此情況，則需做出以下檢測方法，以研究遮擋是否影響監測站點的正常運行，檢測步驟如下。

（1）使用測地通軟件對各點的衛星信噪比進行獲取和截圖，以查看是否能及時地正常參與軟件的解算。要求L1通道衛星信號質量3個以上高于45db，L2通道衛星信號質量3個以上高于35 db。

（2）在同軸電纜鋪設完成到機柜位置后，安裝接收機，切換至靜態模式，同時獲取5臺接收機4個小時的同一時間段內的衛星原始數據，保存在接收機中，人工獲取這部分數據，以其中的跨中無任何遮擋的監測點臨時設置為基站，進行后處理查看是否能夠正常解算，且保存txt格式數據，以查看各點變形量。要求各點解算正常，無明顯跳變現象。

（3）將獲取的衛星原始二進制數據轉換為RINEX格式，然后通過TEQC軟件觀測文件的質量，運行后生成多個結果文件，可以查看數據的采集時間長度、數據采樣率、觀測期間多路徑影響（L1，L2）、周跳、信噪比、觀測能力。要求：儀器的數據利用率超過90%。

3 結語

該文對不同類型橋梁GNSS監測點的布設提出了解決方案，并對各監測點信號測試闡述了測試步驟。該方案已運用于我國多座各種類型橋梁GNSS監測點的選點，可達到較好的橋梁安全監測效果。同時，該方案還可推廣到大壩、尾礦庫、滑坡、地表沉降等精密工程GNSS監測點的選點，具有較大的實用價值。

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