橋梁GNSS監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)與信號測試分析探討

安慶 吳樹森 張婷婷

摘 要：利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，論述了簡支橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等不同類型橋梁的GNSS監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)方案，使之能夠完整地反映橋梁關(guān)鍵點(diǎn)的形變狀況，及早發(fā)現(xiàn)橋梁可能存在的安全隱患，為橋梁管理者提早采取相應(yīng)措施提供了依據(jù)。另外，該文還闡述了對橋梁GNSS監(jiān)測點(diǎn)信號數(shù)據(jù)的測試方案和步驟，為工程人員較為方便地找到符合要求的監(jiān)測點(diǎn)提供了簡單易行的方法。該布點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)信號檢測方案已運(yùn)用于我國多座不同類型的橋梁，實(shí)踐證明，該方案取得了較好的橋梁健康安全監(jiān)測效果，具有較大的實(shí)用和推廣價值。

關(guān)鍵詞：橋梁 衛(wèi)星導(dǎo)航 監(jiān)測點(diǎn) 信號測試

中圖分類號：P642.22；P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0049-02

近年來，我國在修路筑橋方面增加了大量的人力、物力和財力投入，加快橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，各種斜拉橋、懸索橋等大跨度的橋梁相繼出現(xiàn)，使我國一躍成為世界橋梁大國。龐大的基數(shù)和快速的發(fā)展，帶來了很多事故風(fēng)險和橋梁安全監(jiān)測的需求。國內(nèi)外不斷發(fā)生的橋梁垮塌事故，引起了人們對橋梁工作狀態(tài)的日益重視。以哈爾濱陽明灘大橋為例，該橋在建成后不到一年垮塌，除了建筑質(zhì)量原因外，未采取形變監(jiān)測措施也是沒有提早發(fā)現(xiàn)隱患的原因。

建設(shè)高效的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，可以減少因橋梁安全問題引起的交通事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失，還可以減少傳統(tǒng)方式對橋梁進(jìn)行檢測和維修時不必要的浪費(fèi)，更可以減少橋梁坍塌直接造成的經(jīng)濟(jì)損失。衛(wèi)星定位系統(tǒng)自投入民用后，已逐步在橋梁等精密工程測量中應(yīng)用。正是因為它在靜態(tài)相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn)，使人們普遍采用其來代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果。該文即是探討GNSS監(jiān)測點(diǎn)在不同類型橋梁的布設(shè)方案，并提出了監(jiān)測點(diǎn)信號的測試步驟，為監(jiān)測點(diǎn)的選點(diǎn)提供了解決方案。

1 各類橋梁監(jiān)測站點(diǎn)的布設(shè)

由于各類橋梁的結(jié)構(gòu)不同，其相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)也有所不同，該文提出的解決方案分述如下。

1.1 簡支橋監(jiān)測站點(diǎn)的布設(shè)

簡支橋是最為常見的橋梁之一，如昆明會阿線上的南盤江特大橋與楚雄南永線上的三潭3號大橋等。其力學(xué)結(jié)構(gòu)相對簡單，布設(shè)控制點(diǎn)的過程中需要結(jié)合橋下地質(zhì)地形及交通情況，將監(jiān)測點(diǎn)布置在安全隱患相對突出的橋跨，設(shè)于橋面不易損壞的邊緣位置，如圖1所示。

1.2 拱橋監(jiān)測站點(diǎn)的布設(shè)

對于跨徑較小的實(shí)腹式石拱橋，基礎(chǔ)情況較好時可只在拱頂部位設(shè)一個監(jiān)測點(diǎn)，對于空腹式石拱橋和混凝土雙曲拱橋，需在拱頂和兩個拱腳對應(yīng)橋面位置分別安設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，如圖2所示。

對跨徑較大的中承式拱橋，根據(jù)拱橋的受力特點(diǎn)，為反映大橋位移和振動特性，主要監(jiān)測點(diǎn)設(shè)于拱頂、拱腰和拱腳附近（橋面與拱軸相交處）兩側(cè)對稱安置兩個監(jiān)測點(diǎn)，全橋共10個監(jiān)測點(diǎn)，如圖3所示。

其中，拱頂監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在兩榀拱肋頂點(diǎn)分別安設(shè)一個監(jiān)控點(diǎn)。拱腰監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在兩榀拱肋1/4處對稱設(shè)置兩個監(jiān)測點(diǎn)。拱腳附近（橋面相交處）設(shè)在橋面對應(yīng)處兩側(cè)分別設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。

拱橋監(jiān)測站點(diǎn)的布設(shè)典型應(yīng)用橋梁有迪慶西景線上的松園橋、麗江華蘭線上的金安橋等。

1.3 斜拉橋監(jiān)測站點(diǎn)的布設(shè)

斜拉橋一般由斜拉索、塔柱和主梁及橋墩、橋臺組成，如，迪慶尼其線上的其春橋、武漢白沙洲長江大橋等。可只在板梁、各個受力部位設(shè)一個監(jiān)測點(diǎn)，全橋至少10個站點(diǎn)，如圖4所示。

1.4 懸索橋監(jiān)測站點(diǎn)的布設(shè)

懸索橋一般由主纜、吊索、索夾、索鞍和塔、梁組成，如，臨滄西景線上的瀾滄江橋。可只在板梁、各個受力部位設(shè)一個監(jiān)測點(diǎn)，全橋至少10個站點(diǎn)，如圖5所示。

2 數(shù)據(jù)測試方案

為保證每個北斗監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，在建站之前必須進(jìn)行信號測試，如點(diǎn)位不滿足數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)要求，則就近移動點(diǎn)位。

如對于斜拉索橋梁，拉索比較密集，出現(xiàn)了目視的部分遮擋。針對此情況，則需做出以下檢測方法，以研究遮擋是否影響監(jiān)測站點(diǎn)的正常運(yùn)行，檢測步驟如下。

（1）使用測地通軟件對各點(diǎn)的衛(wèi)星信噪比進(jìn)行獲取和截圖，以查看是否能及時地正常參與軟件的解算。要求L1通道衛(wèi)星信號質(zhì)量3個以上高于45db，L2通道衛(wèi)星信號質(zhì)量3個以上高于35 db。

（2）在同軸電纜鋪設(shè)完成到機(jī)柜位置后，安裝接收機(jī)，切換至靜態(tài)模式，同時獲取5臺接收機(jī)4個小時的同一時間段內(nèi)的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)，保存在接收機(jī)中，人工獲取這部分?jǐn)?shù)據(jù)，以其中的跨中無任何遮擋的監(jiān)測點(diǎn)臨時設(shè)置為基站，進(jìn)行后處理查看是否能夠正常解算，且保存txt格式數(shù)據(jù)，以查看各點(diǎn)變形量。要求各點(diǎn)解算正常，無明顯跳變現(xiàn)象。

（3）將獲取的衛(wèi)星原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RINEX格式，然后通過TEQC軟件觀測文件的質(zhì)量，運(yùn)行后生成多個結(jié)果文件，可以查看數(shù)據(jù)的采集時間長度、數(shù)據(jù)采樣率、觀測期間多路徑影響（L1，L2）、周跳、信噪比、觀測能力。要求：儀器的數(shù)據(jù)利用率超過90%。

3 結(jié)語

該文對不同類型橋梁GNSS監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)提出了解決方案，并對各監(jiān)測點(diǎn)信號測試闡述了測試步驟。該方案已運(yùn)用于我國多座各種類型橋梁GNSS監(jiān)測點(diǎn)的選點(diǎn)，可達(dá)到較好的橋梁安全監(jiān)測效果。同時，該方案還可推廣到大壩、尾礦庫、滑坡、地表沉降等精密工程GNSS監(jiān)測點(diǎn)的選點(diǎn)，具有較大的實(shí)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 董學(xué)智，李勝，李愛民.變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用[J].四川測繪，2012（1）：13-15.

[2] 孫孝婷.GPS在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技轉(zhuǎn)讓集錦，2014（16）：142-143.

[3] 曹詩榮.大型橋梁撓度變形監(jiān)測方法的分析[J].地理空間信息，2010，8（2）：137-139.

[4] 于金良，楊東升.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁長期健康監(jiān)測研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2012，29（8）：72-74.

[5] 安慶，李巖，張婷婷.橋梁安全監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].城市勘測，2016（1）：11-15.

[6] 趙正林.有關(guān)GPS在橋梁變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2012（13）：88.

[7] 陳振偉.GPS技術(shù)在道路橋梁工程測量中的應(yīng)用分析[J].黑龍江科技信息，2016（7）：271.

[8] 吳煥瑯.基于高精度北斗定位的橋梁形變監(jiān)測[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（11）：78-81.