橋梁變形觀測中GPS技術(shù)應(yīng)用探析

1、橋梁變形觀測中g(shù)ps技術(shù)應(yīng)用探析摘要：本文結(jié)合松建高速公路西津2號(hào)大橋變形觀測網(wǎng)的 布置和實(shí)踐測量，介紹了利用gps和全站儀對橋梁進(jìn)行變 形觀測的原理、方法，通過對測量成果的分析，對比分析了 gps接收機(jī)配合全站儀進(jìn)行變形觀測的優(yōu)點(diǎn)和可行性。關(guān)鍵詞：橋梁，變形觀測，gps與全站儀技術(shù)abstract: combining with loose built highway xijin 2 bridge the arrangement and deformation meteorological measurement practice, this paper introduces using g

2、ps and tachometer to bridge for the deformation observation, the principle of the method, through the measurement results of analysis, comparison and analysis on the gps receiver with is introduced.the advantages and feasibility of deformation observation.keywords: bridges, deformation observation,

3、gps and tachometer technology中圖分類號(hào)：k928.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：近二十多年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展，公路、鐵 路、城市建設(shè)日新月異，橋梁作為道路交通的關(guān)節(jié)，隨著我 國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，其建設(shè)的數(shù)量、跨徑、規(guī)模、造價(jià)也不 斷被刷新，橋梁建設(shè)的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。但由于橋梁建成通 車后，受到雨水沖刷、空氣氧化，以及長期的荷載作用下其 主要構(gòu)件逐步老化，強(qiáng)度和剛度隨時(shí)間降低；另一方面由于 人為因素，如貨車嚴(yán)重超載和各種車輛撞擊事故，或者設(shè)計(jì)、 施工缺陷等原因，橋梁事故頻繁發(fā)生，造成了重大的人員傷 亡和財(cái)產(chǎn)損失。為確保橋梁建成后安全運(yùn)行，及時(shí)掌握其健 康狀況，

4、避免出現(xiàn)災(zāi)難性后果，對橋梁竣工驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行靜載 試驗(yàn)，對橋梁的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié) 構(gòu)的損傷，對可能出現(xiàn)的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，評估其安全性已經(jīng) 成為橋梁工程的必然要求。根據(jù)我國頒布的公路技術(shù)養(yǎng)護(hù)規(guī)范中有關(guān)規(guī)定和要 求，橋梁變形觀測的主要內(nèi)容包括：橋墩橋臺(tái)的沉陷觀測、 橋面線形與撓度觀測、主梁橫向水平位移觀測、高塔柱擺動(dòng) 觀測等。為了進(jìn)行以上各項(xiàng)目的測量，還必須建立相應(yīng)的 水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和沉陷基準(zhǔn)網(wǎng)觀測。傳統(tǒng)的精密工程測量包括全站儀、激光準(zhǔn)直儀等有著光學(xué)儀器共有的缺陷，如各測點(diǎn)不同步，一些變形難以觀測, 以及受自然條件限制等。近年來隨著gps技術(shù)的成熟和快 速發(fā)展，這一個(gè)有著高效、快速

5、、全自動(dòng)、全天候、高精度 等優(yōu)越性能的健康監(jiān)測方法在橋梁的變形監(jiān)測中大量使用， 然而gps接收機(jī)價(jià)格還比較昂貴，這種監(jiān)測方法對于一般 的大橋由于必須具備一定數(shù)量的gps接收機(jī)，監(jiān)測成本過 高，因此，我們嘗試用gps接收機(jī)和全站儀聯(lián)合來對松建 高速公路西津2號(hào)大橋進(jìn)行變形監(jiān)測。、大橋簡介 松建高速公路西津2號(hào)大橋位于南平市政和縣西津村東南側(cè)。橋梁中心樁號(hào)k52+348.25 ,全長757.5米，位于r二1800、ls = 240米的緩和曲線及直線段上。本橋的設(shè)計(jì)流量為9060立方米/秒，流速為4.3米/秒,所跨東河為內(nèi)河 vii級航道。本橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，設(shè)計(jì)安全等級為二級, 適用環(huán)境類別

6、為i類。本橋基本風(fēng)壓值取百年一遇；地震設(shè)防： 場地地震動(dòng)加速度峰值為0.05g，橋梁抗震設(shè)防類別為b類， 抗震設(shè)防烈度為6度，抗震設(shè)防措施等級為7級。二、gps與全站儀結(jié)合變形觀測的原理全站儀由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和微處理機(jī)組成，它 可在測站上同時(shí)進(jìn)行測角和測距，并能自動(dòng)計(jì)算出待定點(diǎn)的 坐標(biāo)和高程，儀器安置一次便可完成測站上的全部測量工 作,特別是直接反射型全站儀，無需在測點(diǎn)布設(shè)反射棱鏡, 對于測定難以企及或者其他不可能測量的點(diǎn)十分適用。gps定位技術(shù)是基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供觀測站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié) 果,并達(dá)到厘米級精度，在gps作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過

7、 數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和觀測站坐標(biāo)信息一起傳輸給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基站的數(shù)據(jù)，還要采集gps 觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí) 給出厘米級的定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜 止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可以固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后 再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán) 境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后, 即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上的衛(wèi)星 相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，流動(dòng)站就能隨時(shí)給出 厘米級定位結(jié)果。gps技術(shù)受外界條件限制小，只要滿足工 作條件，就能快速、高精度地完成定位作業(yè)。三、gps觀測的誤

8、差分析采用gps進(jìn)行橋梁變形觀測，為了獲得高精度的定位結(jié) 果，必須確定其誤差來源。對某些系統(tǒng)誤差，如周跳和接收 機(jī)時(shí)鐘頻率不穩(wěn)定的影響，通過相對定位觀測幾乎可以全部 等，受時(shí)空的影響，其或多或少呈偶然性，不能被全部消除, 因此可以采用嚴(yán)密數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理，盡可能從參數(shù)估算中 剔除偶然性誤差。消除；對其他偶然誤差，如：多途徑、對流層、電離層彌散i>z<變形觀測系統(tǒng)的布置橋墩（臺(tái)）沉陷與橋面線形觀測點(diǎn)的布置橋墩（臺(tái)）沉陷觀測點(diǎn)布置在墩（臺(tái)）頂面對應(yīng)的橋面 上,橋面線形與撓度觀測點(diǎn)布置在主梁上，橋面水平位移觀測點(diǎn)與橋軸線一側(cè)的橋面沉陷和線形觀測點(diǎn)共點(diǎn)。水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)布置結(jié)合橋梁兩岸地

9、形地質(zhì)條件和其他建筑物分布、水平位移觀測點(diǎn)的布置與觀測方法以及基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測方法等因素, 水平位移觀測基準(zhǔn)網(wǎng)分兩極布設(shè)，基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)在岸上穩(wěn)定的 地方并埋設(shè)深埋鉆孔樁標(biāo)志；在橋面用橋墩水平位移觀測點(diǎn) 作為工作基點(diǎn)，用他們測定橋面觀測點(diǎn)的水平位移。垂直位移觀測基準(zhǔn)網(wǎng)布置 為了便于觀測和使用，一般將岸上的平面基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)納入垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)中，同時(shí)還應(yīng)在較穩(wěn)定的地方增加深埋水準(zhǔn) 點(diǎn)作為水準(zhǔn)基點(diǎn)，它們是大橋垂直位移觀測的基準(zhǔn)，為統(tǒng)一 兩岸的高程系統(tǒng)，在兩岸的基準(zhǔn)點(diǎn)之間還布置了一條過江水 準(zhǔn)線路。五、變形觀測儀器、方法與成果變形觀測采用trimble5600-dr2遙測型全站儀，由于 gps接收機(jī)有限，只使用了兩臺(tái)trimble5700gps接收機(jī), 其最高采樣頻率為20hz ,實(shí)時(shí)平面定位精度為10mm ,高 程定位精度為20mm ,其中一臺(tái)放在橋頭的為固定點(diǎn)，另外 一臺(tái)先后分別安放在南中邊跨跨中橋面兩側(cè)、主跨跨中橋面 兩側(cè)、北中邊跨跨中橋面兩側(cè)三處做為移動(dòng)站，依次進(jìn)行 多個(gè)連續(xù)時(shí)段的測量，每個(gè)采樣時(shí)段為兩分鐘，為了避免發(fā) 生信號(hào)混淆現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)為待測信號(hào)中最高頻率的兩倍以上，考慮到多方因素并結(jié)合實(shí)