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采用GPS与全站仪对大跨斜拉桥进行变形监测 刘德尧 重庆川九建设有限责任公司 重庆市 渝北区 401120 摘要：随着大跨度桥梁的大量建设，桥梁结构安全受到前所未有的重视。大跨度斜拉桥的长 度与跨径较大，具有较好的跨越能力，方便通航，但大型桥梁变形事故容易造成重大生命和 财产损失。因此，对桥梁，尤其是大跨度桥梁进行变形监测至关重要。本文首先概述了大跨 斜拉桥变形监测，然后结合工程实例，重点研究了采用 GPS与全站仪技术对大跨斜拉桥进行 变形监测方法和监测结果分析。 关键词：大跨斜拉桥；变形监测；GPS与全站仪；监测方法；结果分析 1 大跨斜拉桥变形监测概述 常规的监测大跨斜拉桥变型技术有测地基的沉降的水准测量的方法，用于监测地基的整 体的倾斜和位移的测量方法或角度交会法。由于被监测的大跨斜拉桥监测环境复杂，尺寸通 常巨大，因此对监测的技术要求通常较高。因此应用常规技术不仅劳动强度大、观测时间长， 而且精度不高，难以实现自动化。而利用GPS和全站仪技术进行大跨斜拉桥变型监测可获得 高程的测量低于±10mm的精度，以及位移矢量小于±2mm的精度。此外，GPS具有全天候、 高速度、自动化、测站间无需通视、可同时测定三维坐标及精度高等优点，此外，GPS能有 效克服常规测量方法所遇到的几何尺寸大、环境复杂、技术要求高等问题。全站仪具有自动 化、智能化、数据存储、多样的成果输出、自动报警、操作方便、界面友好、高精度。因此， GPS和全站仪在变形监测中越来越受到广泛的应用。 2 工程实例 某大桥包含主航道斜拉桥和某斜拉桥，主航道桥全长830m，主跨420m；某桥全长610m， 主跨332m。GPS和全站仪被用来对这座大跨斜拉桥的进行实时形变监测。某大桥桥梁结构健 康监测系统运用现代传感器与通信技术，实时监测某大桥桥梁运营阶段环境条件下的结构响 应与行为，获取反映大桥结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结 构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。其中，GPS被用来监测两座斜拉桥塔 顶和跨中的实时位移。 某大桥形变监测系统由三部分组成：监测单元、数据传输和控制单元数这三部分形成一 个有机的整体，监测单元跟踪GPS卫星并实时采集数据，数据通过通讯网络传输至控制中心， 控制中心相关的软件对数据处理并分析，实时监测桥梁的形变，并将监测结果保存到数据库 中，以及实时发送给监测终端。 3 全站仪及GPS变形监测基本原理 安置一次全站仪便可完成测站上的全部测量工作。全站仪可在测站上能自动计算出待定 点的坐标和高程，同时测角和测距，由微处理机、光电测距仪和电子经纬仪组成。目前以直 接反射型全站仪最为先进，十分适用对于测定难以企及或者其他仪器不可能测量的点，在测 点这种全站仪无需布设反射棱镜。 基于载波相位观测值，GPS－RTK定位技术是一种达到厘米级精度的实时动态定位技术， 在指定坐标系中，GPS－RTK定位技术能实时地提供观测站三维定位结果。通过数据链，基准 站在RTK作业模式下，将观测站坐标信息和观测值一起传送给流动站。通过数据链，流动站 不仅可以接收来自基准站的数据，还要在系统内采集 GPS观测数据，给出厘米级定位结果， 实时处理差分观测值。流动站可处于运动状态，也可处于静止状态，可在动态条件下直接开 机，完成整周模糊度的有哪些信誉好的足球投注网站求解，也可先进行初始化后，在固定点上再进入动态作业。进行 的实时处理，流动站能随时给出厘米级定位结果，只要能保持必要的几何图形，以及四颗以 上卫星的相位观测跟踪，如图1所示。 4 大桥实时变形监测试验过程 4.1索塔及基础变形监测 对索塔主要监测塔基础位移（三维）和塔顶水平变化（二维）。对于某大桥，塔基础位移 监测点布置在约9m高程面的塔柱上，塔顶水平变化监测点布置在塔顶柱体上，上、下游塔柱 和塔柱南北侧各布置一测点，如图二所示。南北塔共计布置17个监测点，其中北塔为9个点； 对于北汊大桥，基础位移监测点设在江中22#、23#、24#、25#四个桥墩的墩柱上，每个桥墩 的上、下游墩柱各布一个点，共计8个点 ，点位也设在约9m高程面上。 索塔及基础变位情况为每三个月观测一期。测量使用瑞士Leica高精度TC2003全站仪， 以三维前方交会法进行角度观测四测回，观测方法如图三所示。某大桥皆以竣工时恢复的首 级控制网为基准，经平差计算获得三维坐标，为便于塔柱变位方向分析，平差计算采用桥轴 坐标系。