桥梁形变监测系统的功能和特点是什么？

　　司南导航www.sinognss.com：还记得虎门大桥的波浪式抖动吗?危险就在我们身边。全国有78万座大桥存在老化风险，再遇上货车超载等因素，就可能导致重大安全事故。如何监测这些桥梁健康状况?来看看司南导航桥梁安全监测是怎么做的吧。

　　GNSS工作原理

　　GPS+BD2变形监测系统是应用差分工作原理，即2个或更多个测站之间的相对定位，如图1-1所示，如果A和B两点在同一时间内观测了相同的一组卫星(至少四颗) 。而且A是一个已知点，通过某种数据链，把原始改正信息传到B点，那么B点的位置就可以加以确定。

　　1-1 差分GNSS示意图

　　实施GNSS监测的优点

　　变形监测是桥梁安全监测系统中的关键项目。传统变形监测系统在保证工程正常运行方面发挥了重要作用，但存在如下缺陷：

　　大量采用手工采集数据的方法，自动化测点少，自动化程度低，工作量大，观测易受气候和其它外界条件的影响，容易漏过重要和危险的信号;

　　各监测点的变形量在时间上不是同步的;

　　平面位移和垂直位移数据是在不同的测点上﹑不同的时间里采集的;

　　精密水准网路线长。

　　利用GNSS监测系统对桥梁进行变形监测，能克服传统监测系统所存在的缺陷，精度能满足规范要求，而且可以更全面地了解桥梁各时期的变化，甚至瞬时变化，实现连续观测与数据的自动处理。可以更有效地掌握桥梁的运行状态，及时发现问题，确保桥梁的安全，并为桥梁提供更可靠的安全监测资料。

　　相比之下，利用GNSS进行形变监测具有显著的优势，其优点可概括如下：

　　1、不受气候的影响，可实现全天候、不间断的三维高精度测量;

　　2、量程大;

　　3、参考站和监测点距离几乎不受限制;

　　4、延迟短、实时性强，且各测点可实现同步测量。

　　采用BD2+GPS双模多频监测方案的先进性

　　1、先进性一：可人为选择接收机所跟踪同步卫星作为解算参考卫星，从而降低了软件解算时更换参考卫星代来的误差;

　　2、先进性二：增多了可跟踪卫星数，弥补了高轨道卫星数据少的问题，同时可利用BD2三频技术，增加了多余观测，从而可以较大程度的提高监测解算精度;

　　3、先进性三：增多了可跟踪卫星数，使卫星分布更为合理，降低了DOP值，提高了监测解算精度，特别是所能跟踪GPS卫星少时显得更为重要;

　　以所处位置为高海拔、高边坡的山区为例，其所监测区域的坡度平均在30度以上，而且植被覆盖良好，在这个条件下对当地所能跟踪GPS卫星做星历预报与卫星空间位置分析，如下图所示：　　

　　30度高度角下GPS卫星24小时可见性

　　30度高度角下GPS卫星24小时空间位置因子

　　通过以上分析可知，各监测点全天所能跟踪到的卫星大部分时间在5颗以下，而DOP值却非常之高(一般要求不超过7，均值应在3以下)，这样导致的结果就是GPS监测精度低，特别是高程，而且有大部分时间不能正常解算出结果。

　　为此司南导航推荐采用多系统多频的方法进行监测。由于北斗二代导航系统由5颗GEO卫星(地球同步卫星，所在位置分布为东经140度、80度、110.5度1、160度、58.75度)，3颗IGSO卫星(以地球为参照物，在以我国上空为中心，来回南北半球转动)、27颗MEO卫星，目前可用的为10颗，几乎都在我国上空，这样即可保证，本项目所在区域至少可以跟踪到4颗北斗二代卫星，从而保证了接收机所跟踪位置的数量增多、DOP降低，同时由于北斗二代与GPS的工作原理一样，从而提高系统的可用性与可靠性。

　　4、先进性四：增多了可跟踪卫星数，使在山区、大桥等高遮挡的区域进行长时间、稳定、可靠的采用GNSS监测成为可能，

　　GPS单系统与BD2+GPS双系统对比结果

　　司南导航GNSS监测技术的应用

　　司南导航GNSS自动化监测系统已经在桥梁、建筑、大坝等行业中应用并取得很好的效益。GNSS自动化监测系统仪器以其卓越的性能受到专家的好评。例如：海沧大桥的GNSS监测系统、南宁白沙大桥的GNSS监测系统、鼓山大桥GNSS监测系统、东海大桥GNSS监测系统、润扬大桥GNSS监测系统、嘉绍跨江大桥监测系统等。

　　1)海沧大桥健康监测

　　项目背景

　　作为厦门出岛的第二条通道，海沧大桥连通厦门本岛与海沧半岛台商投资区。是我国第一座特大型三跨吊钢箱梁悬索桥，全长约6000米，主桥3140米主跨648米，钢箱梁全长1108米。由于桥梁在运营期间会受到气候、氧化、腐蚀或老化等因素，及长期在恒载和活载的作用下遭受损坏，其强度和刚度会随时间的增加而降低，这不仅影响了安全行车，更会使该桥的使用寿命缩短。

　　监测任务

　　采用GNSS技术实时监测大桥的空间位移，确定大桥的变形状况、几何线形等，为研究索塔位移与环境变化(如温度、风等)的关系，为大桥结构健康与安全状况分析提供可靠数据支持。

　　GNSS实时变形监测系统配备一台服务器(或工控机)，用于控制GNSS接收机，数据分析和图形处理，以及终端服务。在本系统中，基准站GNSS接收机、监测站GNSS接收机与控制中心计算机之间采用稳定、可靠、高速的光纤通讯。监测站和基准站GNSS接收机的观测数据通过光纤实时的传输到控制中心计算机，并由核心软件统一解算出毫米级的结果、记录并实时显示出来。按照预设的参数进行评估和发出预警。

　　监测点布设

　　司南导航在现场建立了7个数据采集汇集点，设计了14个监测站，其中4个监测站分别建立在两个桥塔塔顶之上，4个监测站建立在桥塔至外侧承台的中间位置，6个监测站建立在两桥塔中间的主桥上。准确观测大桥的变形状况、几何线形等，为海沧大桥的交通运输保驾护航。

　　监测站整体分布示意图

　　2)南宁白沙大桥健康监测-GNSS监测子系统

　　项目背景

　　南宁白沙大桥于1992年10月开工，1995年9月完工交付使用,采用独塔双孔120米斜拉桥桥型,桥长2604米，犹如一条巨龙卧在邕江之上。南宁白沙大桥不但形式优美，而且结构坚固，还是重要的交通要道，是一座斜拉桥。

　　白沙大桥GNSS在线监测系统，于2014年正常稳定运行至今，保障桥梁安全正常的工作。安装1+3个GNSS表面位移监测系统;采用市电供电，光纤通讯传输系统;实时将监测数据传输至值班室，值班人员通过对实时数据来分析桥梁的稳定性及相应措施。