GPS技术在桥梁变形监测中的应用探究

李永产

摘要：随着我国桥梁建设工程水平的不断提高，大跨径桥梁、柔性桥梁以及新型结构的桥梁得到了越来越多的应用，对此桥梁变形监测就显得尤为重要，也对其提出了更高的要求。文章针对桥梁变形监测当中应用的GPS技术进行系统的研究，根据其理论应用到桥梁工程当中，这对于建立GPS技术和传感器的应用具有重要的意义。

关键词：GPS技术；桥梁监测；变形监测；桥梁建设工程；桥梁结构 文献标识码：A

中图分类号：U446 文章编号：1009-2374（2016）27-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.046

近些年以来，由于我国交通建设行业已经有了很大的发展，而桥梁交通作为一个重要的枢纽，也得到了更多的重视，其重要性已经不言而喻了。但是随着桥梁受到不同环境的影响以及使用年限的制约，在安全程度上都会有不同程度的损害，对此为了保障桥梁可以安全的应用就必须要对其进行全面的变形监测管理，同时出具安全报告。我们在介绍桥梁变形监测时主要从几方面原理切入，从而找出可以适用方法的优缺点，对未来技术进行全方面的展望。

1 GPS在桥梁变形应用中的特点

在我国的交通建设行业当中，有一项重要的任务就是桥梁的基础建设，在交通建设当中它是非常重要的一个内容。我们所说的桥梁变形监测，指的就是通过现代通信传感技术等对桥梁在使用期间的不同阶段做严格的检测，主要对结构以及在功能方面的状况进行监控，从而可以全面地了解桥梁的结构情况，及时地发现问题、解决问题。在监测当中可以利用一些相关的因素对其做全面的指标分析，用科学的方法对桥梁进行维护，提供一个更客观的参照。通过应用GPS在实践当中来看，它的主要优势就是可以通过测站点监测，而不需要通过通视就可以全天进行检测，有着高精准度，利用三维信息更容易操作。如果应用传统的检测方法是需要进行相互通视的才能做全面的观察，如果应用GPS技术会简单很多，只要对一个点测量就可以了。在传统监测方法当中一般包括了垂直与平面两种，如果应用这种方法对桥梁进行监测的话，不仅需要有大量的工作，并且时间也会很长，很难与监测相统一，也很难分析出变形的程度或者发生错误。如果应用GPS技术，可以精准地对数据进行动态监测，准确率也较高，并且不会受到天气因素的影响。利用GPS技术时，我们都会配备相应的设施再对桥梁做全面的监测，还会有接收机，方便用户通过不同的位置找到准确的监测点，对信息进行分析、收集，最终做到有效的处理。

2 桥梁变形监测的重要意义

桥梁变形指的就是在各种荷载作用下，桥梁的大小、形状以及位置等方面都会在空间与时间当中受到不同程度的影响，并且超出了允许的变形范围内，由此带来不同程度的病害问题。监测桥梁变形的内容具体包括桥梁是否发生了水平位移、桥梁是否出现了沉陷、观测桥面线形和挠度等方面。对此，为了更好地完成观测需要，必须要根据桥梁的类型以及它的特点来选择监测的具体方法。在以往的监测条件下，所应用的方法一般有两方面，物理学的传感器法以及常规的测量法。一般情况下我们会应用大地测量法，这种方法是通过水准、测边以及测角来观察桥梁的变形状况，如果是应用这种技术的话，不仅劳动强度高，而且时间也比较长，达不到自动化监测的效果。但是电子水准仪的出现已经可以解决地面测量的难度了，可以实现自动化测量，同时利用摄影测量也可以有效地观测到桥梁发生变形的问题。如果利用传感器技术进行测量，也叫做测地机器人，可以替代人工做一个自动搜索和识别，从而更为精准地得到三维坐标、角度以及准确的距离，是智能化的全站仪。在现代化的通讯当中，GPS技术已经得到了广泛的应用，并且它具有精准的定位功能，可以进行连续观测，并且为桥梁监测提供了有利的论据。同时GPS技术的发展由于越来越普遍，并且在测量方法上也有了很大的优势，是其他监测不可比拟的，这也就促使着应用GPS技术系统更为简单，在监测的同时也具有三维移动的特点，可以更为有效的24小时监测，通过三维形式准确地找到位移的信息，使监测更为简单化和全面化。

3 GPS技术的设计以及应用方法

在当前，对桥梁的变形监测是预防桥梁结构发生损害的一个重要方法，也是在运营当中不可缺少的一个重要环节，有着重要的作用。监测桥梁的具体方法有四方面的体现：第一，对桥塔变形进行监测。我们主要是为了观察塔柱的整体性是否有病害、出现斜塔以及柱体出现伸缩量、塔柱的顶部是否发生了位移等方面进行测量；第二，通过观察桥梁的墩台是否发生了变形、桥墩台的水平和垂直是否有位移等状况；第三，对桥梁的平面位移进行测量，由于长时间的环境影响以及车辆荷载等因素都会对桥梁造成一定的损害，导致桥梁基础发生位移；第四，要对桥面的挠度进行全面的监测，主要是观察在荷载作用下是否对桥面以及桥梁的使用年限产生不同程度的影响，是否会发生垂直位移，也就是我们所说的挠度。由于测量桥梁变形的方法有很多方面，但在测量挠度时所应用的方法也包括很多种，其中有水准法、摄影法、悬垂法以及全站仪观测法等。而监测水平位移的方法也有几方面的表现，有测角法、导线法、交会法、GPS应用以及基准线法等，这些都是较为精准的测量方法，对此从以上的各种方法来看，GPS技术可以在各种环境下利用，并且有着很高的精准度，更方便可靠，也具有同步性，所以利用GPS监测在未来的桥梁应用当中有着良好的前景。

我们在利用GPS对桥梁进行监测时，必须要符合国家的相关规定以及达到对精准度的要求标准。对桥梁的变形监测基准点重要的是不会影响桥梁的正常使用，在进行观测时也不会受到条件的限制。布设监测点时必须要在变形较为敏感的位置，并且要具有一定的代表性，可以真实地反映出桥梁的变形状况。在埋设监测点和基准点时必须要远离高大的建筑物、雷达站以及电台等，以免受到不同程度的影响。由于多路径效应很难用模型进行削弱，所以要尽量避免出现，应用适当的措施。在选定GPS的监测网以及监测点以后，再拟定观测方案会更加准确，通过实践我们可以看出，较好的应用方法有四种：第一，可以利用几部GPS接收机进行同步测量，这也是比较有效的一种方案，在条件允许的情况下，可以每点一机做一个同步的测量；第二，可以做到多期观测，也就是说对不同时期进行观测时，接收机的型号不变，数量也可以不变；第三，在进行监测时必须要选择最佳位置，也要选择卫星分布最多的时段，可以找到相同的分布是最理想的；第四，在基准点和变形之间的距离不能超过标准的范围，如果在条件允许的范围内可以引用高级的GPS作为监测点，从而来提高解算的准确度。此外，在选择采样率时也要达到一个精准的程度，同时在采样期间不能发生变形，必须要处在一个静止的环境下。

对桥梁变形监测时，可以利用GPS技术，但是前提必须要准确地找出变形监测网的位置，在实际的应用过程当中，监测网是非常重要和关键的。可以实现多台同步接收机到不同的观测位置，也可以有效地确保GPS机的数量在一个范围之内不会发生变化。我们在对桥梁进行相应的观测时，必须要选择一个卫星分布较多的时段，如果进行多台的同步监测则可以产生同步循环，也就是说在观测时产生的误差也比较小，一旦发生了误差可以利用基线进行剔除，但处理后并不会改变监测的结果，同样存在很高的精度。通过当前形势可以看出，在监测桥梁变形的过程当中，选择剔除基线外，还会应用几种不同的软件对GPS进行有效的处理，就是为了可以确保监测的准确性，达到预期的效果。而应用粗差法也是一种不错的监测方法。应用该方法进行监测时，首先要计算好再逐次地进行监测，一直到没有粗差才能结束，最后对GPS网做一个平差处理，从而才能更好地得到平差，也就是说为了确保它的精准度。我们在处理变网数据时通常会应用两个以上的基准网更全面、更准确。

如果要对桥梁的变形做相应的分析，就必须要了解产生变形的主要信息，所以要确保监测网可以发挥出更全面的作用，在应用GPS监测网时就要布设多个卫星基准点，同时在选用基准点时必须要再选择附近的监测网，要具有国家级的GPS点，并且要对其做反复的测量，也要保证它的精准度。观测变形时，首先是要对不同时期的变形信息做一个全面的分析，再定期地对数据做一个复测，进行一个约束平差以及监测精度的转化，从而有效地防止在监测时的误差产生，同时在进行监测时可以分为两个时段，可以分别在白天进行和夜晚进行。由于现如今的公路交通量是非常大的，尤其是那些中重型的汽车，通过长时间的荷载就会产生很大的震动，所以为了避免噪声的产生，也为了确保GPS有一个良好的监测环境，我们在夜晚进行监测时最佳的时间段应该在凌晨，也就是天亮之前。

4 结语

我国交通建设行业在当前已经有了很大的发展变化，而道路桥梁作为一个重要的枢纽，得到了越来越多的重视，也有着独特的重要性。但是随着时间的变化，桥梁受到不同环境的影响会发生一些变化，这就需要对其进行时刻的变形监测，以确保它的使用安全，而GPS技术应用到桥梁监测中有着很好的效果，根据不同的方法找到最适合的一种，在桥梁未来的发展当中有着非常重要的作用。

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（责任编辑：小 燕）