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GPS在桥梁变形监测中的应用探讨 　　摘要:在分析大跨度桥梁变形原因和目前监测特点的基础上，提出了综合利用RTK―GPS的空间定位和授时功能对大型桥梁整体性变形监测的思想、方法和步骤。并结合一大桥荷栽条件下的整体性变形监测实例，阐述了最小二乘曲线拟合和多项式插值在桥梁整体变形监测中的应用。对各监测点的多个时刻进行了插值运算并以图表形式展现大型桥梁的整体性变形监测。实践证明文中提出的方法是可行而有效的。 　　关键词:大型桥梁;整体变形;RTK―GPS;拟合;插值 　　0引言 　　目前，用于大型桥梁结构监测的仪器主要有经纬仪、位移传感器、加速度传感器和激光仪等。 　　(1)全站仪自动扫描法需要对各个测点进行连续扫描，由于在宽阔的江面上，大风、大雾天气时常出现，即使在晴天，水汽蒸发产生的水雾也相当浓厚。当视距超过2 km时，使用常规的经纬仪望远镜很难照准观测目标，同时还存在各测点不同步、大变形时不可测、实时性较差等缺陷。 　　(2)位移传感器是一种接触型传感器，测量时必须与测点接触，对难接近的点无法测量，对大型结构的测量有困难。 　　(3)加速度传感器监测必须经过两次积分才能获得位移，且精度不高；由于零点漂移，测前必须调零，无法长时间连续测量；对于低频位移测试不理想，而大跨悬索桥振动频率较低。激光法精度较高，但桥梁晃动大时无法捕捉光点而无法测量。 　　以上传统方法对大桥进行实时精确测量都存在一定困难或缺陷，必须寻求新的方法。同时，现行的各种变形分析方法只是针对单点或单个时间序列进行，没有利用监测点之间相互联系的信息，而多点分析又存在较大难度。桥梁在考虑变形的情况下可视为一个动态系统，是由相互联系的部分或要素组成的有机整体，系统的整体性要求在分析监测对象时应有整体的观念，从整体把握各个部分、各个点的变形。因此，空间多点的整体变形分析与变形预报应运而生，是目前研究的重点方法之一。 　　1 GPS整体变形监测方法 　　1.1 GPS大型桥梁变形监测特点 　　GPS的基本功能包括定位、导航和授时。传统(单点)GPS变形监测仅利用了GPS的空间定位功能。近年来由于GPS硬???和软件的发展，定位精度明显提高，仪器价格逐年降低，采用GPS RTK(Real Time Kinematic)对大型桥梁进行变形监测成为可能。尤为重要的是在变形监测时，最为关心的是变形监测中所求得的同一监测点不同观测时刻坐标的差值，而不是监测点本身的坐标。监测中所含共同的系统误差虽会影响各观测时刻的坐标值，却不影响所求的变形值。GPS变形监测中，接收机天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不影响变形监测的结果，只要天线在监测过程中能保持固定不动即可。同样，变形监测网的起始坐标的误差、数据处理中的误差、卫星信号大气层传播误差(电离层延迟、对流层延迟、多路径误差等)中的公共部分的影响也可得到消除或减弱。GPS用于工程和局部性变形监测的精度可达亚毫米级，从而为大型建筑物(大坝、桥梁等)等高精度变形监测提供了一种新的手段。正如Loves(1995)所言，随着GPS动态变形监测能力的进一步提高，这一技术可望被采纳为结构测量的标准技术。 　　GPS监测大型桥梁变形特点如下。 　　(1)GPS可实现全天候定位，能在暴风雨中进行监测。 　　(2)GPS测定位移自动化程度高。从接收信号、捕捉卫星信号、到完成RTK差分位移都可由仪器自动完成。所测三维坐标可直接存入存储器进行大桥安全性分析。 　　(3)采用GPS RTK技术同时获得监测点的坐标信息和统一的时间信息，便于实现大型桥梁的整体变形观测。 　　(4)GPS定位速度快、精度高。GPS RTK最快可达10～20 Hz速率输出定位结果，定位精度平面为10 mm。高程为20 mm，变形监测精度可达到亚毫米级。 　　1.2 GPS监测系统的构成 　　GPS监测系统是利用接收导航卫星载波相位进行实时相位差分即RTK技术。GPS监测系统是由GPS基准站、GPS监测站和通信系统组成。基准站将接收到的卫星差分信号经过电台实时传递到监测站。监测站接收卫星信号及GPS基准站信息。利用GPS RTK技术实时监测桥梁整体形变时，必须在桥梁附近适当位置设置S基准站，在各形变观测点设置流动站。基准站与流动站间通过数传电台进行同步联络，获得流动站每一时刻的三维空间坐标信息，根据不同时刻观测点的三维空间坐标变化，获得形变观测点的三维变形量，此结果将送到GPS监控中心。监控中心对接收机的GPS差分信号结果进行分析、处理。 　　1.3整体变形信息的获取思路 　　桥梁变形监测是通过连续观测获得观测点的三维空间坐标，比较坐标值的变化来获得桥梁的变形。桥梁的整体变形则是通过获得监测时间段内的任意时刻各变形特征点变形来