GPS技术在桥梁变形监测中的应用研究..docx

摘要由于GPS可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数，目前在各类变形监测中已得到了广泛的应用。基于GPS技术的变形监测是工程领域研究的热点问题，近年来，GPS技术在桥梁工程变形监测中也得到了成功的应用。本论文在分析GPS技术应用于桥梁工程变形监测的研究成果及现状的基础上，阐述了变形监测以及GPS测量的基本原理，对GPS变形监测技术在桥梁工程中的应用做了系统的研究同时也介绍了方差补偿自适应Kalman滤波模型处理数据的原理以及实现步骤。关键词： GPS技术 桥梁 变形监测 Kalman滤波一、G P S概述GPS又称为全球定位系统，主要包括空问星座、地面控制和用户设备三部分。GPS是信息技术飞速发展的必然产物，也是社会进步的重要标志之一。GPS测量技术的迅速发展，为我国当前工程测量中的变形监测提供了科学有效的技术手段。GPS能快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标和相关信息，全天候、高精度、自动化、高效益等是其重要特点，因此，GPS被广泛应用于各个领域。GPS主要是借助于地面的接收设备、卫星等科技手段，在全球范围内进行的实时定位和导航的一套系统。在科学技术飞速发展的当今社会，作为变形监测技术的重要组成部分的GPS技术，在变形监测中的作用和优势日益突出。因为GPS技术具有能够全天候地为全球的用户不断地提供高精度的三维坐标、三维速度和时问信息等技术参数，因而GPS在当前各类变形监测中的应用也变得越来越广泛，地位也越来越重要。二、桥梁变形监测的目的和意义社会的进步和国民经济的发展，加快了工程建设的进程，而且现代工程的规模之大、耗资之大，造型难度都超出了人们的想象。在工程建筑物运营期间，不可避免地受到内在和外界因素的影响，从而引起建筑物一些部位的变化，一些重要部位的变化都可能引起建筑物整体的变化，导致建筑物不能正常运营甚至造成不可估量的损失。不可否认，各种工程建设的实施必然离不开交通运输业，对交通运输事业的需求也日益增长，因此，近年来，我国在修路筑桥方面增加了人力、物力和财力投入，加快桥梁等基础设施建设，提升城镇交通运输能力。具体的，在桥梁建设中，各种斜拉桥、悬索桥等大跨度的桥梁相继出现，我国一跃成为世界桥梁大国。预计2020年前，我国将新建大、中、小各式桥梁约20万座。大型桥梁在运营期间，由于长期受到风力、荷载、温度等的影响，桥梁结构会产生变形与振动。当变形量超过桥梁所能承受的变形值时，则可能引发严重的灾难和财产损失。近年来，国内外许多大型桥梁因缺乏必要的监测而造成桥梁事故频繁发生，死伤无数。总结国内外桥梁事故，其发生原因主要有三个方面:(1)由于在运营过程中桥梁本身长期受到雨雪、风暴、空气氧化、风化腐蚀等外界因素作用，其构件强度和刚度降低，直至无法承载自身重量;(2)桥梁在车辆运输等运动荷载长期作用下导致的桥体形变;(3)由于重型车辆行驶和各种车船在行驶过程中撞击桥面或桥柱等人为因素导致。掌握桥梁运营状况，预防灾害事故发生，桥梁变形监测工作尤为重要。具体的，在各类桥梁施工、竣工和运营管理等各阶段对桥体及周围地区实施实时、动态、精确的变形监测工作，并且及时准确地掌握桥梁结构性能和各类环境因素及交通运输情况对桥梁结构影响规律，采集桥梁结构状态数据及桥梁各个方向的变形特征数据，通过变形分析对桥梁的安全性和承载量进行评估和预测，对可能出现的灾害事故进行预测报警，保障桥梁的安全施工和正常运行。三、GPS技术在桥梁变形监测中的应用3.1现状概述近年来，国内外诸多桥梁变形监测项目都采用了GPS技术，并表现出独特的优势。2000年，英国诺丁汉大学Robert.S等，采用GPS技术对亨伯大桥进行了风载测量试验和车载震动观测试验，试验过程中，采用伪卫星技术提高GPS测量的适用性。结果表明，亨伯大桥的有限元模型完全正确，GPS的测量数据和模型分析结果吻合。通过对亨伯大桥的试验证明，将GPS技术应用于桥梁变形监测，数据经模型改正，并与其它监测手段相结合，平面的测量精度可以达到毫米级。 此外，GPS技术在其他各类大型桥梁的变形监测中也取得了良好的效果。如天津永河大桥、南京长江二桥、江苏苏通大桥、江阴长江大桥、山东滨州黄河大桥、法国诺曼底大桥、英国的Humber悬索桥等。诸多桥梁监测工程的实施为GPS技术在桥梁变形监测中的应用打下了坚实的基础，为GPS技术的研究提供了理论支持。随着GPS技术的发展和工程应用的完善，基于GPS技术的大型桥梁工程变形监测手段已日趋成熟。3.2基于GPS技术的桥梁变形监测3.2.1桥梁结构变形监测主要内容 (1)桥梁墩台的变形监测 1)墩台的垂直位移监测 垂直位移观测是对分布在桥墩上的监测点进行定期测量以求得其高程变化量，并对变形数据进行分析处理完成墩台垂直位移规律的分析和预测