GPS在橋梁檢測中的應用研究？
隨著社會經濟和科學技術的快速發展，造橋技術不斷提高，橋梁結構逐漸向輕型化、細長化發展。與此同時，橋梁的荷載、跨度和橋面寬度不斷增加，結構型式也在發生變化。傳統的變形監測方法已經不能滿足變形監測的要求，迫切需要更可靠的設備來監測橋梁的變形。目前，隨著GPS技術的不斷成熟，GPS自動監測系統已經應用於橋梁、建築、地震、大壩等行業，並取得了良好的效益。GPS自動監測系統的儀器因其卓越的性能而受到專家們的稱贊。
1.GPS的工作原理及應用
1.1GPS的工作原理
全球定位系統(GPS)是美國國防部開發的新壹代兩用衛星導航定位系統。該系統是在20世紀70年代初開發的，美國政府於1995年4月宣布該系統已經建立並投入運行。全球定位系統(GPS)是美國繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之後的又壹個龐大的航天計劃。它的出現不僅革新了導航技術和定位技術，而且對交通運輸、空間技術、地學研究、軍事以及社會生活的方方面面都產生了巨大的影響。
全球定位系統的衛星星座設計為由24顆衛星組成(實際上目前經常維護27到32顆衛星)。它們分布在6個軌道上，間隔60度，軌道傾角55度，每個軌道平面上均勻分布4顆衛星。這顆衛星的地面高度是20200公裏。這樣分布的衛星星座可以保證接收機在任何時間、任何位置都能同時接收到4個以上的衛星信號進行瞬時定位觀測。
區別是兩個或多個觀測站之間的相對定位，如圖1，如果A和B兩個點同時觀測同壹組衛星(至少4顆)。而且，A是壹個已知點。通過某些數據鏈路將原始校正信息傳輸到B點，可以確定B點的位置。
GPS接收機接收來自地面上至少四顆空中GPS定位衛星的信號(電磁波)。根據定位信號與GPS接收機之間的時間差，GPS接收機可以計算出其與衛星的精確距離。因為天空中GPS定位衛星的位置是已知的，所以地面上GPS接收機的位置(緯度、經度、高度等。)可以從這個位置和剛才公式得出的距離換算出來。
1.2實施GPS監控的必要性
變形監測是橋梁安全監測系統中的關鍵項目。傳統的變形監測系統為保證工程的正常運行發揮了重要作用，但其存在以下缺陷:
(1)大量采用人工數據采集方式，自動測點少，自動化程度低，工作量大，觀測易受氣候等外界條件影響，容易遺漏重要和危險信號；
(2)各監測點的變形在時間上不同步；
(3)在不同測點、不同時間采集平面位移和垂直位移數據；
(4)精密水準網路線長。
利用GPS監測系統監測橋梁變形，可以克服傳統監測系統的缺陷，精度可以滿足規範要求。而且可以全面了解橋梁各個時期的變化，甚至瞬間的變化，實現連續觀測和數據自動處理。能有效掌握橋梁的運行狀態，及時發現問題，確保橋梁的安全，為橋梁提供更可靠的安全監測數據。
1.3GPS -RTK技術的主流觀測方法
從國內外的研究和應用可以看出，GPS是壹種非常有效的橋梁監測技術，將GPS與其他傳感器相結合進行橋梁健康監測已經形成趨勢。其觀測方式主要分為兩大流派:單基站RTK模式和控制中心實時統壹計算模式。目前橋梁監測中單基站RTK模式的GPS監測方法常見精度為1-3cm，數據采樣頻率壹般為1Hz。
RTK測量技術集GPS衛星定位、快速計算、數據無線傳輸、快速跟蹤等多項先進技術於壹體，廣泛應用於鐵路、公路、建築、水利、石油等多個領域，主要是因為其測量方式、測量速度和精度與以往的測量方法相比有了很大的變化。
(1)RTK概述
RTK(Real Time Kinematic)技術是GPS實時載波相位差的簡稱。這是壹種將GPS與數據傳輸技術相結合，實時計算和處理數據，獲得1 ~ 2s以內的高精度位置信息的技術。
(二)RTK的工作原理
實時動態定位系統由參考站和流動站組成。建立無線數據通信是實時動態測量的保證。其原理是以第壹個點精度高的控制點為基準點，放置壹個接收機作為基準站，連續觀測衛星。流動站上的接收機在接收衛星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收參考站上的觀測數據，隨機計算機根據相對定位原理實時計算並顯示流動站的三維坐標和測量精度。這樣可以實時監控待測點的數據觀測質量和基線計算結果的收斂情況，根據待測點的精度指標確定觀測時間，減少冗余觀測，提高工作效率。(VRS系統的應用提高了工作效率
高精度實時動態(RTK)GPS定位給測量和工程領域帶來了巨大的變革，帶來了前所未有的效率。但是到目前為止，使用RTK系統進行高精度的測量作業，還意味著妳必須先在測區附近建立壹個控制點，然後在控制點上建立壹個參考站。但隨著技術的成熟和完善，虛擬參考站VRS系統的誕生，使得在測區內任意壹點開始GPS測量，而不需要設置參考站成為可能。
這種全新的RTK定位方法從根本上提高了工作效率和測量質量。它不再需要建立參考站，從而節省了測量時間和購買另壹個參考站接收器的費用。在VRS網絡中，已經建立了共同的控制點，因此無需擔心控制點不準確導致的誤差傳播。而且接收器的初始化會更快，妳可以確定在得到結果之前所有的數據都經過了嚴格的檢查。可以說，VRS系統的產生極大地方便了RTK的測量。
2.GPS應用於橋梁變形動態檢測。
2.1基於GPS的橋梁變形動態檢測
橋梁設計時，需要考慮抵抗外力的能力，如風、交通、溫度、潮汐和壹些不可預測的荷載，如地震、洪水、臺風等。這些外部因素是橋梁設計階段和運營階段需要考慮的主要因素。與常規測量儀器易於測量的橋梁基礎沈降不同，橋梁的動力變形特性或撓度變形用壹般儀器難以達到良好的測量效果，這是橋梁監測的主要監測內容。大型柔性橋梁的典型動力變形包括由風引起的橫向振動和由交通或環境溫度變化引起的豎向運動。
近年來，許多大型橋梁因過度使用而受損。顯然，大橋的運營時間和近幾十年來不斷增加的交通量是主要原因。根據聯邦公路管理局(FHWA)的統計，近壹半的橋梁因結構性損壞或功能性廢棄而受損。因此，毫無疑問，橋梁尤其是懸索橋的設計、施工和運營都需要進行必要的檢測，以降低橋梁的事故率。這種工程要求也促使需要提供新的監測系統和方法來確保橋梁的安全運行。基於此，本文提出了基於GPS的橋梁變形檢測與分析研究，旨在研究GIS在工程測量中的應用範圍、方法及相關技術。
2.2影響橋梁的環境因素及GPS檢測系統的重要性
壹般來說，影響橋梁的外部環境是非常惡劣的，這使得維護橋梁的安全成為壹項非常復雜的任務。影響橋梁的環境因素主要有:(1)高速潮汐和風；(2)可能與行駛中的船舶發生碰撞；(3)空氣濕度和鹽度引起的橋梁腐蝕破壞；(4)靠近地震帶邊緣；(5)高密度交通負荷；(6)材料疲勞和時間引起的結構損傷。目前，傳統的監測工具有位移傳感器、加速度計、傾斜傳感器、激光幹涉儀、全站儀、精密水準儀等。這些方法取得了壹定的效果，但也存在很多不足。比如加速度計對溫度變化等因素引起的橋梁緩慢位移和強風影響下的大位移無能為力；激光幹涉儀、全站儀、精密水準儀受氣候影響嚴重，采樣率難以滿足動態測量的要求。近年來，由於GPS技術特別是RTK技術的不斷發展，其接收機的采樣率普遍達到了幾十赫茲，定位精度達到了厘米級甚至毫米級，使其用於橋梁監測成為可能。GPS在橋梁監測中的應用不受氣候的影響，可以隨時自動測量，實時提供給定結果(IK)，方便地實現各測點的時間同步。因此，在當前工程中開展基於GPS的橋梁檢測具有重要的價值。
GPS技術在橋梁檢測中的應用具有精度高、不受作業環境和距離限制、自動化程度高等優點，大大降低了勞動強度，減少了外業工作量，大大提高了工作效率和成果質量，給傳統的橋梁變形監測作業模式帶來了巨大的變化，顯著提高了橋梁檢測水平。
此外，目前大多數橋梁監測系統都實現了數據自動傳輸、自動計算處理、準實時測量結果和測量結果的圖形展示。雖然難以使用控制中心實時統壹解算模式的監控方法，但其準確性是好的。這種監測方法將是未來研究的方向。
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