基于GPS的桥梁变形监测和数据处理

(成都理工大学　四川　成都　610051)

本文主要通过分析GPS技术在桥梁变形监测中的应用，全面的讲述了变形监测技术的一些基本内容和GPS测量技术,并且结合卡尔曼滤波法进行数据分析研究，主要研究GPS技术在桥梁工程的变形监测中的应用。

一、桥梁监测系统的构成和工作原理

目前，桥梁变形监测系统主要是利用GPS-RTK测量模式。GPS参考站、GPS监测站和通信系统组成的三个系统技术。全球定位系统基站将接收到卫星的差分数据通过光纤传输到全球定位系统监测站。卫星监测站将接收卫星信号的信息和参考站的信息，并实时测量测得的三维空间坐标。并且将这些数据送达到GPS监控中心。全球卫星定位系统监测中心将提供全球卫星定位系统的实时差分信号的接收机和塔位移和旋转的计算到一个特殊的桥梁管理部门进行安全预警分析。

大型桥梁的位移监测系统是采用卫星定位系统来完成的。它是利用接收导航卫星的载波相位进行实时相位差分即RTK技术(Real Time Kinematic)得到的数据，然后进行解算分析，用来测定大桥位移。

GPS监测大桥位移特点：

(1)由于GPS是通过卫星收到的信号来进行定位，所以大桥上每个地方只要能够接收到6颗以上GPS卫星以及基准站传来的GPS实时差分信号，就可以进行GPS RTK的实时差分定位。而且每两个监测站不需要互相可以通视，是各自独立的测量值，不用考虑彼此的影响。

(2)外界的自然因素基本上影响不了GPS的定位，所有可以在比较恶劣的环境中进行监测，不会影响监测进度。

(3)GPS系统测量每个点的位移自动化水平非常高。从接受卫星信号，捕捉卫星，然后再到完成GPS-RTK实时差分位移都可以让测量设备自己运行。测量得到的三维坐标能够自己导入GPS监控中心的服务器里，并且进行桥梁的可靠性解析。

(4)GPS定位的速度比较快、精度值也很高。GPS-RTK最快速率可以达到10-20Hi并且输出定位结果，定位的平面精度为10mm，高程精度为20mm。

二、数据处理和分析

GPSensor是由上海华测导航技术有限公司研发的实时三维变形量分析的系统软件是利用全球定位系统(GPS)的网络化来进行的。属于现在科技上比较高端的监测数据解算软件。这套软件计算每个监测点的三维坐标是运用全球定位导航系统(GPS)和最先进卡尔曼滤波三差解的GPS算法来的，对于大型建筑物变形分析——比如大型桥梁、大型水坝、大型人工建筑；以及对于自然物的变形分析——比如油田的沉陷、矿山采空区的沉陷，城市地下水漏斗的沉陷，火山变形监测，山体滑坡监测等等具有很大的现实意义。

两台接收机的同步实时观测数据组成了GPS基线。GPSensor软件可以达到实时动态处理和准动态处理算法的目的，还包括不同的滤波以及电离层改正模型，但是在选定方法和模型之前，要根据实际工程情况来进行选择。GPSensor为单基线结算的主要步骤如下：

开始——基线结算自检——读入星历数据——读入观测数据——三差解解算——周跳修复——双差浮动解解算——整周模糊度分解——双差固定解解算——解算

结语：随着时代的不断进步，社会经济和科学技术也在快速的发展，桥梁的建造技术也在不断的提高，桥梁的结构趋势也慢慢倾向于轻巧、纤细等等。与此同时桥梁的荷载在不断变大、桥的跨度也不断变长和桥的宽度也不断在变宽，桥梁结构也在不断复杂化。传统的变形监测方法已经完全不能满足现代桥梁的监测要求。这就需要更加先进的监测设施和监测系统用来监测桥梁的形变状态。现在。GPS技术在不断的成熟，自动化的监测系统已经在各个领域得到充分的利用，并取得了比较理想的成果。比如在大型桥梁、高程建筑，水利工程等方面的变形监测都采用了GPS自动化系统。与别的测量方法相比较，运用GPS自动化系统进行变形监测就显现出它的独特的优越性，特别在实时性、采样等方面得到的数据为桥梁的变形监测状态分析给予了便利的条件，为专门的桥梁管理部门的决策提供了可靠地依据，使得桥梁的安全运营得到了根本上的保障。GPS针对于桥梁的变形监测的技术与方法具有非常广阔的前景，GPS变形监测技术会越来越多的运用于桥梁工程方面。