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橋梁工程

GPS在橋梁變形監測中的應用

本站     2018-5-9 15:33:05    

 隨著交通建設事業的不斷發展,作為公路及鐵路的重要連接和支撐,橋梁在交通運行過程中發揮著舉足輕重的作用。然而,因經常受到外界因素的影響,比如氣候、地理環境以及各種外在作用力等,導致橋梁變形,嚴重時可能出現垮塌。實踐中為有效防止這類病害的出現,以保證交通的正常運行和人民的生命財產安全,必須對橋梁有無變形進行嚴格的監測,而GPS以其精度高、操作簡便和耗費低等優勢,為橋梁變形監測提供技術支撐。 
   橋梁變形監測與GPS應用優勢 
   1、橋梁變形監測 
   一般而言,作為交通建設中的一項重要內容,橋梁同時也是我們基礎設施建設的一部分。所謂橋梁變形監測,主要是指利用現代化的傳感、通信技術,對橋梁的運行狀況及各個階段的環境條件進行嚴格的檢測,尤其是各部分結構的響應和功能狀況,并在此基礎上獲得能夠全面和客觀反映橋梁結構狀況的有關因素。之后再對這些因素和相關數據進行分析,(主要是橋梁結構的健康指標、橋梁結構的可靠性分析等),從而為橋梁的科學管理及其有效的維護,提供一個客觀、科學的參照。 
   GPS應用優勢 
   從實踐來看,GPS的主要應用優勢在于測站點之間無需同時通視、全天侯檢測、三維信息、精度高以及容易操作等。傳統的檢測方法需要監測點之間的相互通視,方可實現觀察,而GPS技術只需要對一個點進行測量即可;對于傳統的監測方法而言,主要包括平面與垂直位移法兩種,該種橋梁變形監測方法具有工作量大和作業周期長特點,而且其監測的時間與位點經常難以有效的統一起來,有時可能會增加變形的分析難度,甚至出現錯誤;對于GPS技術而言,不但可以實時提供比較精確的三維監測動態數據,而且還不受各種自然天氣的制約;GPS監測技術和設備使用前都會配有相關的雷電設施,可以實時對橋梁進行監測;同時還有接收機,可以有效的方便用戶利用不同位置的監測點,從而實現信息的實時采集、分析、傳輸以及處理和報警。 
   GPS變形監測網建立 
   對于一些大型的橋梁而言,GPS變形監測網通常是由一個或多個獨立的觀測環共同構成的,多以三角形孔大地四邊形組成混會網的形式進行布設。一般而言,實地選點時要注意以下幾點:1、點位的基礎應做到堅實穩固,并且易于長期的進行保存。不能選在夏季洪水易淹沒的地方;2、點位視場內障礙物的高度角不能超過15度,以減少衛星信號被遮擋:3、點位應遠離大功率無線電發射源,其距離不得小于200米,并遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳輸通道。其距離不得小于50米,以免電磁場對衛星信號的干擾;4、點位離河應保持一定的距離,附近不能有大面積水域,以減弱多路徑效應的影響:5、點位離大橋的距離至少在200米以上,減少大橋行車時對點位本身和GPS觀測時的影響;6、點位的數量視橋型大小而定,一般來說,在河兩岸橋梁的兩側至少各有一個點,大型橋梁應適當增加。還應聯測國家已知點或施工控制網的點。 
   GPS在橋梁變形監測中應用原理 
  對變形監測而言,其對精度的要求比較高,橋梁變形中要求其平面精度必須為1毫米,高程精度為2毫米。GPS在橋梁監測中,實際測量過程中,接收機能跟蹤上衛星信號,且在t 瞬間內能對載波相位進行測量,其相位可以測到整周部分或不足一周部分,說明衛星相位能接收到基準信號,但信號畢竟是正弦函數, 在實際應用過程中也不能被標識,也不能準確的測量其是第幾周相位。而在t 時刻之后的載波相位測量中,接收機的計數器會走動可以對t時刻到觀察時刻的周數 進行調整。用載波原理對橋梁進行變形監測,其精確度是比較高的,能達到0.5—2毫米,然這種監測技術在實際應用過程中,常會受到軌道、衛星鐘差以及接收機鐘差和對流層等多種因素的影響, 而造成相應誤差。 一旦出現觀測誤差, 可以將不同線形組合在一起,畢竟這種誤差是因對兩個或兩個以上觀測站實行同步觀測同一衛星而引起的。正常情況下,GPS的定位會采用單差、雙差和三差, 其中對變形監測數據進行處理采用的是雙差法。不同接收機在不同時間內對不同應用是以載波相位測量原理和差分測量為依據進行的,能更好的保證其精度。衛星進行同步觀察并得到與之相對應的相位,可以對衛星進行求差、接收機進行求差和歷元進行求差。 
   四、GPS技術在橋梁變形監測中的應用 
   在使用GPS技術對橋梁進行變形監測時,一定要先對其變形監測網進行分析。GPS變形監測網在實際應用過程中是最為關鍵和重要的,它不僅可以實現多臺同步接收機同時觀測不同時期的點,而且還能有效的保證每期GPS機臺數保持不變。在對每一期進行相應的觀察時,最好是要選用分布較多的衛星時段。在此基礎上采用多臺GPS機進行同步觀測,這樣就可以使其在觀測過程中產生更多的同步觀測環。當同步觀測環閉合差相對較小,并且出現了誤差較大的基線以后,可將該基線予以剔除,剔除之后仍然能夠保證具有較高的精度。就目前來看, 在橋梁變形監測中,除了將基線剔除外,一般還會選用隨機商業軟件對不同時期產生的GPS基線進行處理。為了有效的保證其效果,在此基礎上也可以采用粗差法進行探測。在用這種方法對精差進行探測的時候,應該先計算統計量并在此基礎上逐次進行,直至粗差位置不再出現;之后對整個GPS網進行平差,以便更好的得到該網評差, 確定該網相應精度。在對變形網數據進行處理的時候, 一般會選用兩個以上基準網進行處理。在此基礎上對其形變進行相應分析,就能了解不同測點之間的變形信息。而為了保證變形監測網更好的發揮其作用,GPS監測網一般會布設四個以上衛星基準點,在選用這些基準點的時候,最好在其附近選擇國家級的GPS點作為監測網基準點,并不斷的對其進行復測,以保證其精度能夠得到有效的提高。在變形觀測時,應該先對不同時期觀測到的變形信息進行分析,并在此基礎上對數據定期進行復測,對有利點進行精度監測和約束平差坐標轉化,以減少誤差率形變網進行施測的時候,可以將其分成兩個時段進行施測,白天進行監測 和晚上進行監測。畢竟現在的公路和鐵路交通量比較大, 特別是公路交通中在中重型載重汽車引起的震動是十分明顯的,為了減少相應汽車的噪聲,保證GPS監測效果,其在利用GP S監測的時候,特別是在晚間對橋梁變形進行檢測的時候,最好選在凌晨、天亮之前。 
   結語:總而言之,GPS技術為橋梁變形監測帶來了新的活力和技術支撐,具有非常明顯的技術優勢,因此應當對此加強重視和技術創新,以期為我國橋梁及交通建設事業的探尋新的發展契機。 


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