一、基于GPS技術的橋梁變形監測

1.橋梁結構變形監測主要內容

1.1橋梁墩臺的變形監測

墩臺的垂直位移監測垂直位移監測是對分布在橋墩上的監測點進行定期測量以求得其高程變化量，并對變形數據進行分析處理完成墩臺垂直位移規律的分析和預測。墩臺的垂直位移觀測主要包括墩臺特征位置的垂直位移觀測和垂直于橋梁軸線方向的傾斜觀測。墩臺水平位移監測水平位移監測包括橫向和縱向監測，其中，橫向位移監測是指各橋墩墩臺的上、下游觀測；縱向位移監測是指各墩臺沿橋軸線方向的水平位移觀測，水平位移監測以橫向觀測為重。

1.2橋梁平面位移監測

橋梁平面位移主要指的是與橋軸線方向垂直的水平位移。水平位移產生的原因很多，主要是由于風荷載、車荷載等外界因素的作用使橋梁基礎發生了位移引起的。對于一些跨度很大的橋梁，如斜拉橋懸索橋，風荷載對其作用較為明顯，能夠引起橋面產生較大幅度的擺動。

2.橋塔變形觀測主要內容

1)塔柱頂部的水平位移觀測；2)塔柱體撓度觀測；3)塔柱整體傾斜觀測；4)塔柱體伸縮量觀測；橋面撓度觀測橋面撓度是指橋面沿著橋軸線方向的發生垂直位移的幅度。橋面在外界環境荷載影響的作用下會產生變形，使得橋梁的設計線形與實際線形不相符，使橋梁結構的內部狀態發生一定程度的變化。橋面線形的變化，不但會影響橋梁的正常安全運行，而且在一定程度上也會直接影響到橋梁的使用壽命。

3.橋梁變形監測的主要方法

(1)垂直位移監測

當前橋梁垂直位移監測的方法主要精密水準測量，三角高程測量，靜力水準測量、GPS測量。1)精密水準測量這是一種傳統的測量方法，精度高，數據可靠，但是勞動強度大，實際觀測時有很大的局限性。2)三角高程測量隨著電磁波測距技術的發展，三角高程測量的精度可以達到二等水準測量精度標準，完全可應用于變形監測。對于高精度或特殊的高程測量確時需采用三角高程測量時，應進行詳細設計和論證。但是當測量距離較遠時，其精度會相應的降低。3)靜力水準測量靜力水準測量的基本原理是利用連通器測定出兩點之間的相對變形量。這種方法因為精度高、速度快等優勢，也廣泛應用于工程監測中。對于兩測點之間有較大高差的情況，這種方法則很難實現測量，而且靜力水準只是測量的兩點之間的相對變化量，在工程應用中有一定的局限性。4)GPS高程測量GPS高程測量的精度相比于平面測量的精度略低。一般采用靜態模式測量，觀測結果的精度能達到士10mm，動態模式測量精度相對較低，一般能達到士40mm左右。目前，國內外利用GPS高程測量手段進行橋梁工程的變形監測已取得了相當成功的經驗。

(2)水平位移監測

對于橋梁水平位移的測量，根據橋梁線型的不同選擇不同的觀測方法。具體的，直線型橋梁監測采用基準線法、測角法；曲線形橋梁監測一般?用交會法、導線法、GPS測量。

(3)撓度觀測方法

橋梁的撓度測量是指確定橋面沿著橋軸線方向的發生垂直位移的幅度大小。主要方法有懸垂法、水準測量方法、全站儀觀測法、攝影測量方法、GPS測量及專用撓度儀觀測法等。GPS技術可以同進行平面測量和高程測量，實現橋梁的垂直位移監測、水平位移監測、撓度監測，但從橋梁結構變形監測的內容以及方法來看，GPS技術與其它變形監測技術相結合已成為橋梁變形監測的一種發展趨勢。

二、GPS技術應用在橋梁測繪上的特點

1.GPS技術應用在橋梁測繪方面的優點

1)定位精度高。科學研究表明,GPS定位技術在距離目標300-1500m,持續觀測1h以上的情況下,可使精度誤差值調整在1mm內;與傳統的定位儀相比,其對橋梁的定位長度的較差可控制在0.5mm內。2)測站時無需通視。GPS技術不需要測站之間相互通視,節約了大量資金的同時,因為不需要點間通視,靈活性較強,節省時間與資源。3)采用GPS定位方法布設大地控制網,能夠有效并快速地得到真實數據和坐標,給橋梁測繪帶來方便。4)可直接顯示出三維坐標圖。GPS技術應用到橋梁測繪中,在得到數據的同時,會自動顯示出三維坐標圖,以便于更直觀、簡便地繪制橋梁測繪圖,減少不必要的麻煩。5)GPS技術具有全天候的特點,受外界氣候影響較小。進行傳統測繪時,往往要考慮陰天、夜晚、起霧、下雨、下雪和刮風等不良氣候因素的影響,使測繪具有較大的局限性,耽誤測量的進度,消耗人力物力并浪費大量時間,而GPS技術則不需要考慮這些情況的發生,天氣不會影響到測繪數據的準確性。6)GPS系統操作更簡便,擁有自動化系統。在測繪中,GPS技術可自動完成數據的測定,不用花費時間在繁瑣的數據處理上面,減輕了操作者的負擔。7)隨著定位系統的不斷完善,定位的速度在持續加快,對于中長基線的靜態定位來說,只需要15~20min,快速靜態定位甚至耗時更短。

2.GPS應用到橋梁測繪上存在的問題及解決辦法

1)目前的GPS技術并不完善,GPS技術是通過接收機接收信號的形式來完成信息輸出,但是,在信號接收的過程中,信號易受到各種因素的干擾或使其中斷,這都將直接影響到測繪數據的準確度、系統的可靠性與穩定性。針對這種現象,一般采用多種檢測技術相結合的方式,提高檢測數據的精度是目前相關工作人員主要研究的方向之一。2)函數處理較為復雜,誤差源較多。與類似的測繪手段比較來看,GPS定位系統所需要運用的函數關系較為復雜,由衛星、信號傳遞過程以及接收機中造成的誤差難以避免,針對這種現象,工作人員要仔細處理好每一個可能造成誤差的環節,才能保證最終計算結果與理論數據相近。3)檢測起點的選擇受到很多方面的約束。測點要盡量選在避開房屋和水域等對測繪結果造成影響的地方,以避免路徑多而造成的誤差;除此之外,測點還要與高壓線、變壓器等設施保持一定安全距離。約束的條件越多,測量的準確性越難控制。

三、總結

GPS定位系統已經越來越多地運用到各個領域,其在橋梁方面的應用已經初見成效。以上對GPS在橋梁測繪方面的研究還不是很透徹,但我相信,一定會出現更完善的處理辦法。

作者：陳玉良 林錦花 黃美燕 單位：中交第二航務工程局五分公司 湖南城建職業技術學院