基于GPS的橋梁變形監測和數據處理

(成都理工大學　四川　成都　610051)

本文主要通過分析GPS技術在橋梁變形監測中的應用，全面的講述了變形監測技術的一些基本內容和GPS測量技術,并且結合卡爾曼濾波法進行數據分析研究，主要研究GPS技術在橋梁工程的變形監測中的應用。

一、橋梁監測系統的構成和工作原理

目前，橋梁變形監測系統主要是利用GPS-RTK測量模式。GPS參考站、GPS監測站和通信系統組成的三個系統技術。全球定位系統基站將接收到衛星的差分數據通過光纖傳輸到全球定位系統監測站。衛星監測站將接收衛星信號的信息和參考站的信息，并實時測量測得的三維空間坐標。并且將這些數據送達到GPS監控中心。全球衛星定位系統監測中心將提供全球衛星定位系統的實時差分信號的接收機和塔位移和旋轉的計算到一個特殊的橋梁管理部門進行安全預警分析。

大型橋梁的位移監測系統是采用衛星定位系統來完成的。它是利用接收導航衛星的載波相位進行實時相位差分即RTK技術(Real Time Kinematic)得到的數據，然后進行解算分析，用來測定大橋位移。

GPS監測大橋位移特點：

(1)由于GPS是通過衛星收到的信號來進行定位，所以大橋上每個地方只要能夠接收到6顆以上GPS衛星以及基準站傳來的GPS實時差分信號，就可以進行GPS RTK的實時差分定位。而且每兩個監測站不需要互相可以通視，是各自獨立的測量值，不用考慮彼此的影響。

(2)外界的自然因素基本上影響不了GPS的定位，所有可以在比較惡劣的環境中進行監測，不會影響監測進度。

(3)GPS系統測量每個點的位移自動化水平非常高。從接受衛星信號，捕捉衛星，然后再到完成GPS-RTK實時差分位移都可以讓測量設備自己運行。測量得到的三維坐標能夠自己導入GPS監控中心的服務器里，并且進行橋梁的可靠性解析。

(4)GPS定位的速度比較快、精度值也很高。GPS-RTK最快速率可以達到10-20Hi并且輸出定位結果，定位的平面精度為10mm，高程精度為20mm。

二、數據處理和分析

GPSensor是由上海華測導航技術有限公司研發的實時三維變形量分析的系統軟件是利用全球定位系統(GPS)的網絡化來進行的。屬于現在科技上比較高端的監測數據解算軟件。這套軟件計算每個監測點的三維坐標是運用全球定位導航系統(GPS)和最先進卡爾曼濾波三差解的GPS算法來的，對于大型建筑物變形分析——比如大型橋梁、大型水壩、大型人工建筑；以及對于自然物的變形分析——比如油田的沉陷、礦山采空區的沉陷，城市地下水漏斗的沉陷，火山變形監測，山體滑坡監測等等具有很大的現實意義。

兩臺接收機的同步實時觀測數據組成了GPS基線。GPSensor軟件可以達到實時動態處理和準動態處理算法的目的，還包括不同的濾波以及電離層改正模型，但是在選定方法和模型之前，要根據實際工程情況來進行選擇。GPSensor為單基線結算的主要步驟如下：

開始——基線結算自檢——讀入星歷數據——讀入觀測數據——三差解解算——周跳修復——雙差浮動解解算——整周模糊度分解——雙差固定解解算——解算

結語：隨著時代的不斷進步，社會經濟和科學技術也在快速的發展，橋梁的建造技術也在不斷的提高，橋梁的結構趨勢也慢慢傾向于輕巧、纖細等等。與此同時橋梁的荷載在不斷變大、橋的跨度也不斷變長和橋的寬度也不斷在變寬，橋梁結構也在不斷復雜化。傳統的變形監測方法已經完全不能滿足現代橋梁的監測要求。這就需要更加先進的監測設施和監測系統用來監測橋梁的形變狀態。現在。GPS技術在不斷的成熟，自動化的監測系統已經在各個領域得到充分的利用，并取得了比較理想的成果。比如在大型橋梁、高程建筑，水利工程等方面的變形監測都采用了GPS自動化系統。與別的測量方法相比較，運用GPS自動化系統進行變形監測就顯現出它的獨特的優越性，特別在實時性、采樣等方面得到的數據為橋梁的變形監測狀態分析給予了便利的條件，為專門的橋梁管理部門的決策提供了可靠地依據，使得橋梁的安全運營得到了根本上的保障。GPS針對于橋梁的變形監測的技術與方法具有非常廣闊的前景，GPS變形監測技術會越來越多的運用于橋梁工程方面。