GPS技術(shù)在橋梁變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探究

李永產(chǎn)

摘要：隨著我國(guó)橋梁建設(shè)工程水平的不斷提高，大跨徑橋梁、柔性橋梁以及新型結(jié)構(gòu)的橋梁得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，對(duì)此橋梁變形監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要，也對(duì)其提出了更高的要求。文章針對(duì)橋梁變形監(jiān)測(cè)當(dāng)中應(yīng)用的GPS技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，根據(jù)其理論應(yīng)用到橋梁工程當(dāng)中，這對(duì)于建立GPS技術(shù)和傳感器的應(yīng)用具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；橋梁監(jiān)測(cè)；變形監(jiān)測(cè)；橋梁建設(shè)工程；橋梁結(jié)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U446 文章編號(hào)：1009-2374（2016）27-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.046

近些年以來(lái)，由于我國(guó)交通建設(shè)行業(yè)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，而橋梁交通作為一個(gè)重要的樞紐，也得到了更多的重視，其重要性已經(jīng)不言而喻了。但是隨著橋梁受到不同環(huán)境的影響以及使用年限的制約，在安全程度上都會(huì)有不同程度的損害，對(duì)此為了保障橋梁可以安全的應(yīng)用就必須要對(duì)其進(jìn)行全面的變形監(jiān)測(cè)管理，同時(shí)出具安全報(bào)告。我們?cè)诮榻B橋梁變形監(jiān)測(cè)時(shí)主要從幾方面原理切入，從而找出可以適用方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)未來(lái)技術(shù)進(jìn)行全方面的展望。

1 GPS在橋梁變形應(yīng)用中的特點(diǎn)

在我國(guó)的交通建設(shè)行業(yè)當(dāng)中，有一項(xiàng)重要的任務(wù)就是橋梁的基礎(chǔ)建設(shè)，在交通建設(shè)當(dāng)中它是非常重要的一個(gè)內(nèi)容。我們所說(shuō)的橋梁變形監(jiān)測(cè)，指的就是通過(guò)現(xiàn)代通信傳感技術(shù)等對(duì)橋梁在使用期間的不同階段做嚴(yán)格的檢測(cè)，主要對(duì)結(jié)構(gòu)以及在功能方面的狀況進(jìn)行監(jiān)控，從而可以全面地了解橋梁的結(jié)構(gòu)情況，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。在監(jiān)測(cè)當(dāng)中可以利用一些相關(guān)的因素對(duì)其做全面的指標(biāo)分析，用科學(xué)的方法對(duì)橋梁進(jìn)行維護(hù)，提供一個(gè)更客觀的參照。通過(guò)應(yīng)用GPS在實(shí)踐當(dāng)中來(lái)看，它的主要優(yōu)勢(shì)就是可以通過(guò)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)，而不需要通過(guò)通視就可以全天進(jìn)行檢測(cè)，有著高精準(zhǔn)度，利用三維信息更容易操作。如果應(yīng)用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是需要進(jìn)行相互通視的才能做全面的觀察，如果應(yīng)用GPS技術(shù)會(huì)簡(jiǎn)單很多，只要對(duì)一個(gè)點(diǎn)測(cè)量就可以了。在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法當(dāng)中一般包括了垂直與平面兩種，如果應(yīng)用這種方法對(duì)橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)的話，不僅需要有大量的工作，并且時(shí)間也會(huì)很長(zhǎng)，很難與監(jiān)測(cè)相統(tǒng)一，也很難分析出變形的程度或者發(fā)生錯(cuò)誤。如果應(yīng)用GPS技術(shù)，可以精準(zhǔn)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確率也較高，并且不會(huì)受到天氣因素的影響。利用GPS技術(shù)時(shí)，我們都會(huì)配備相應(yīng)的設(shè)施再對(duì)橋梁做全面的監(jiān)測(cè)，還會(huì)有接收機(jī)，方便用戶通過(guò)不同的位置找到準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)信息進(jìn)行分析、收集，最終做到有效的處理。

2 橋梁變形監(jiān)測(cè)的重要意義

橋梁變形指的就是在各種荷載作用下，橋梁的大小、形狀以及位置等方面都會(huì)在空間與時(shí)間當(dāng)中受到不同程度的影響，并且超出了允許的變形范圍內(nèi)，由此帶來(lái)不同程度的病害問(wèn)題。監(jiān)測(cè)橋梁變形的內(nèi)容具體包括橋梁是否發(fā)生了水平位移、橋梁是否出現(xiàn)了沉陷、觀測(cè)橋面線形和撓度等方面。對(duì)此，為了更好地完成觀測(cè)需要，必須要根據(jù)橋梁的類型以及它的特點(diǎn)來(lái)選擇監(jiān)測(cè)的具體方法。在以往的監(jiān)測(cè)條件下，所應(yīng)用的方法一般有兩方面，物理學(xué)的傳感器法以及常規(guī)的測(cè)量法。一般情況下我們會(huì)應(yīng)用大地測(cè)量法，這種方法是通過(guò)水準(zhǔn)、測(cè)邊以及測(cè)角來(lái)觀察橋梁的變形狀況，如果是應(yīng)用這種技術(shù)的話，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且時(shí)間也比較長(zhǎng)，達(dá)不到自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的效果。但是電子水準(zhǔn)儀的出現(xiàn)已經(jīng)可以解決地面測(cè)量的難度了，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，同時(shí)利用攝影測(cè)量也可以有效地觀測(cè)到橋梁發(fā)生變形的問(wèn)題。如果利用傳感器技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，也叫做測(cè)地機(jī)器人，可以替代人工做一個(gè)自動(dòng)搜索和識(shí)別，從而更為精準(zhǔn)地得到三維坐標(biāo)、角度以及準(zhǔn)確的距離，是智能化的全站儀。在現(xiàn)代化的通訊當(dāng)中，GPS技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且它具有精準(zhǔn)的定位功能，可以進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并且為橋梁監(jiān)測(cè)提供了有利的論據(jù)。同時(shí)GPS技術(shù)的發(fā)展由于越來(lái)越普遍，并且在測(cè)量方法上也有了很大的優(yōu)勢(shì)，是其他監(jiān)測(cè)不可比擬的，這也就促使著應(yīng)用GPS技術(shù)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，在監(jiān)測(cè)的同時(shí)也具有三維移動(dòng)的特點(diǎn)，可以更為有效的24小時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)三維形式準(zhǔn)確地找到位移的信息，使監(jiān)測(cè)更為簡(jiǎn)單化和全面化。

3 GPS技術(shù)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方法

在當(dāng)前，對(duì)橋梁的變形監(jiān)測(cè)是預(yù)防橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損害的一個(gè)重要方法，也是在運(yùn)營(yíng)當(dāng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，有著重要的作用。監(jiān)測(cè)橋梁的具體方法有四方面的體現(xiàn)：第一，對(duì)橋塔變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。我們主要是為了觀察塔柱的整體性是否有病害、出現(xiàn)斜塔以及柱體出現(xiàn)伸縮量、塔柱的頂部是否發(fā)生了位移等方面進(jìn)行測(cè)量；第二，通過(guò)觀察橋梁的墩臺(tái)是否發(fā)生了變形、橋墩臺(tái)的水平和垂直是否有位移等狀況；第三，對(duì)橋梁的平面位移進(jìn)行測(cè)量，由于長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境影響以及車輛荷載等因素都會(huì)對(duì)橋梁造成一定的損害，導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)發(fā)生位移；第四，要對(duì)橋面的撓度進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，主要是觀察在荷載作用下是否對(duì)橋面以及橋梁的使用年限產(chǎn)生不同程度的影響，是否會(huì)發(fā)生垂直位移，也就是我們所說(shuō)的撓度。由于測(cè)量橋梁變形的方法有很多方面，但在測(cè)量撓度時(shí)所應(yīng)用的方法也包括很多種，其中有水準(zhǔn)法、攝影法、懸垂法以及全站儀觀測(cè)法等。而監(jiān)測(cè)水平位移的方法也有幾方面的表現(xiàn)，有測(cè)角法、導(dǎo)線法、交會(huì)法、GPS應(yīng)用以及基準(zhǔn)線法等，這些都是較為精準(zhǔn)的測(cè)量方法，對(duì)此從以上的各種方法來(lái)看，GPS技術(shù)可以在各種環(huán)境下利用，并且有著很高的精準(zhǔn)度，更方便可靠，也具有同步性，所以利用GPS監(jiān)測(cè)在未來(lái)的橋梁應(yīng)用當(dāng)中有著良好的前景。

我們?cè)诶肎PS對(duì)橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，必須要符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定以及達(dá)到對(duì)精準(zhǔn)度的要求標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)橋梁的變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)重要的是不會(huì)影響橋梁的正常使用，在進(jìn)行觀測(cè)時(shí)也不會(huì)受到條件的限制。布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)必須要在變形較為敏感的位置，并且要具有一定的代表性，可以真實(shí)地反映出橋梁的變形狀況。在埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)必須要遠(yuǎn)離高大的建筑物、雷達(dá)站以及電臺(tái)等，以免受到不同程度的影響。由于多路徑效應(yīng)很難用模型進(jìn)行削弱，所以要盡量避免出現(xiàn)，應(yīng)用適當(dāng)?shù)拇胧?。在選定GPS的監(jiān)測(cè)網(wǎng)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)以后，再擬定觀測(cè)方案會(huì)更加準(zhǔn)確，通過(guò)實(shí)踐我們可以看出，較好的應(yīng)用方法有四種：第一，可以利用幾部GPS接收機(jī)進(jìn)行同步測(cè)量，這也是比較有效的一種方案，在條件允許的情況下，可以每點(diǎn)一機(jī)做一個(gè)同步的測(cè)量；第二，可以做到多期觀測(cè)，也就是說(shuō)對(duì)不同時(shí)期進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，接收機(jī)的型號(hào)不變，數(shù)量也可以不變；第三，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)必須要選擇最佳位置，也要選擇衛(wèi)星分布最多的時(shí)段，可以找到相同的分布是最理想的；第四，在基準(zhǔn)點(diǎn)和變形之間的距離不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的范圍，如果在條件允許的范圍內(nèi)可以引用高級(jí)的GPS作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而來(lái)提高解算的準(zhǔn)確度。此外，在選擇采樣率時(shí)也要達(dá)到一個(gè)精準(zhǔn)的程度，同時(shí)在采樣期間不能發(fā)生變形，必須要處在一個(gè)靜止的環(huán)境下。

對(duì)橋梁變形監(jiān)測(cè)時(shí)，可以利用GPS技術(shù)，但是前提必須要準(zhǔn)確地找出變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的位置，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，監(jiān)測(cè)網(wǎng)是非常重要和關(guān)鍵的。可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)同步接收機(jī)到不同的觀測(cè)位置，也可以有效地確保GPS機(jī)的數(shù)量在一個(gè)范圍之內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化。我們?cè)趯?duì)橋梁進(jìn)行相應(yīng)的觀測(cè)時(shí)，必須要選擇一個(gè)衛(wèi)星分布較多的時(shí)段，如果進(jìn)行多臺(tái)的同步監(jiān)測(cè)則可以產(chǎn)生同步循環(huán)，也就是說(shuō)在觀測(cè)時(shí)產(chǎn)生的誤差也比較小，一旦發(fā)生了誤差可以利用基線進(jìn)行剔除，但處理后并不會(huì)改變監(jiān)測(cè)的結(jié)果，同樣存在很高的精度。通過(guò)當(dāng)前形勢(shì)可以看出，在監(jiān)測(cè)橋梁變形的過(guò)程當(dāng)中，選擇剔除基線外，還會(huì)應(yīng)用幾種不同的軟件對(duì)GPS進(jìn)行有效的處理，就是為了可以確保監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，達(dá)到預(yù)期的效果。而應(yīng)用粗差法也是一種不錯(cuò)的監(jiān)測(cè)方法。應(yīng)用該方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，首先要計(jì)算好再逐次地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一直到?jīng)]有粗差才能結(jié)束，最后對(duì)GPS網(wǎng)做一個(gè)平差處理，從而才能更好地得到平差，也就是說(shuō)為了確保它的精準(zhǔn)度。我們?cè)谔幚碜兙W(wǎng)數(shù)據(jù)時(shí)通常會(huì)應(yīng)用兩個(gè)以上的基準(zhǔn)網(wǎng)更全面、更準(zhǔn)確。

如果要對(duì)橋梁的變形做相應(yīng)的分析，就必須要了解產(chǎn)生變形的主要信息，所以要確保監(jiān)測(cè)網(wǎng)可以發(fā)揮出更全面的作用，在應(yīng)用GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)時(shí)就要布設(shè)多個(gè)衛(wèi)星基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)在選用基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)必須要再選擇附近的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，要具有國(guó)家級(jí)的GPS點(diǎn)，并且要對(duì)其做反復(fù)的測(cè)量，也要保證它的精準(zhǔn)度。觀測(cè)變形時(shí)，首先是要對(duì)不同時(shí)期的變形信息做一個(gè)全面的分析，再定期地對(duì)數(shù)據(jù)做一個(gè)復(fù)測(cè)，進(jìn)行一個(gè)約束平差以及監(jiān)測(cè)精度的轉(zhuǎn)化，從而有效地防止在監(jiān)測(cè)時(shí)的誤差產(chǎn)生，同時(shí)在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可以分為兩個(gè)時(shí)段，可以分別在白天進(jìn)行和夜晚進(jìn)行。由于現(xiàn)如今的公路交通量是非常大的，尤其是那些中重型的汽車，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的荷載就會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)，所以為了避免噪聲的產(chǎn)生，也為了確保GPS有一個(gè)良好的監(jiān)測(cè)環(huán)境，我們?cè)谝雇磉M(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)最佳的時(shí)間段應(yīng)該在凌晨，也就是天亮之前。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)交通建設(shè)行業(yè)在當(dāng)前已經(jīng)有了很大的發(fā)展變化，而道路橋梁作為一個(gè)重要的樞紐，得到了越來(lái)越多的重視，也有著獨(dú)特的重要性。但是隨著時(shí)間的變化，橋梁受到不同環(huán)境的影響會(huì)發(fā)生一些變化，這就需要對(duì)其進(jìn)行時(shí)刻的變形監(jiān)測(cè)，以確保它的使用安全，而GPS技術(shù)應(yīng)用到橋梁監(jiān)測(cè)中有著很好的效果，根據(jù)不同的方法找到最適合的一種，在橋梁未來(lái)的發(fā)展當(dāng)中有著非常重要的作用。

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（責(zé)任編輯：小 燕）