论文导读：由于GPS技术具有定位精度高、作业速度快、费用节省、相邻点间毋需通视、不受天气条件影响等常规测量技术不可比拟的优点。因而它在测量领域得到了广泛的应用。大型桥梁的建设和维护是一个国家基础设施建设的重要部分，桥梁变形监测就是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。桥梁结构变形监测系统中，要进行的数据处理与分析主要包括:WGS一84坐标到桥梁局部坐标系变换、风对大桥位移的影响、温度对大桥竖向位移的影响、辆对竖位的影响、频析、监测据压缩储。
关键词：GPS技术，桥梁，变形监测，应用
1.引言
由于GPS技术具有定位精度高、作业速度快、费用节省、相邻点间毋需通视、不受天气条件影响等常规测量技术不可比拟的优点。因而它在测量领域得到了广泛的应用。同样地，在工程测量领域的大桥变形观测中，用这种高新技术来建立其监测系统，已成为一种重要的手段和方法。
2.桥梁变形监测系统的建立
2.1桥梁变形监测的概念及其意义
大型桥梁的建设和维护是一个国家基础设施建设的重要部分，桥梁变形监测就是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。
其意义在于可以实时掌握桥梁现场的交通状况，有利于桥梁管理部门进行合理的交通管制，及早发现桥梁病害，确定桥梁损伤部位并进行定性和定量分析，在突发事件之后还可以评估桥梁的剩余寿命，为维修养护和管理决策提供依据和指导，在桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，有效预防安全事故，保障人民
生命财产的安全。
2.2 GPS变形网的优点
与传统的形变网相比,GPS形变网有如下优点:
(1)GPS形变网的观测精度与网的图形结构关系不明显;
(2)当整周模糊度确定之后,观测量的权与观测时间的增加不成正比;
(3)网中的每一条基线都含有长度和方位信息;
(4)当观测仪器和作业模式确定之后,基线解的精度与观测时刻紧密相连。即与观测时刻的RDO P(相对位置精度因子)有直接关系。
2.3GPS变形监测网的建立与实施
对大型桥梁来说,GPS变形监测网一般由一个或若干个独立观测环构成,以三角形和大地四边形组成的混合网的形式布设.一般来说,实地选点时要注意以下几点:(1)点位的基础应做到坚实稳固,并易于长期保存,不能选在夏季洪水易淹没的地方;(2)点位视场内障碍物的高度角不能超过15°,以减少卫星信号被遮挡;(3)点位应远离大功率无线电发射源,其距离不得小于200 m,并远离高压输电线和微波无线电信号传输通道,其距离不得小于50 m,以避免电磁场对卫星信号的干扰;(4)点位离江(河)应有一定的距离,附近不能有大面积水域,以减弱多路径效应的影响;(5)点位离大桥的距离至少在200 m以上,减少大桥行车时对点位本身和GPS观测时的影响;(6)点位的数量视桥型大小而定,一般来说,在江(河)两岸桥梁的两侧至少各有一个点,大型桥梁应适当增加,还应联测国家已知点或施工控制网的点.
2.4监测数据处理
桥梁结构变形监测系统中，要进行的数据处理与分析主要包括:WGS一84坐标到桥梁局部坐标系变换、风对大桥位移的影响、温度对大桥竖向位移的影响、辆对竖位的影响、频析、监测据压缩储。
2.4.1监测数据预处理
对于任何一个监测系统，其监测数据中或多或少会存在一些奇异值，尤其是GPS接收信号存在噪声，在用作演示前要进行监测数据的平滑处理，在变形分析的开始，有必要将该奇异值进行剔除。该系统是无人值守24小时连续实时监测系统，在传输过程中也难免会出现一些数据丢失的现象，这时应根据丢失点的前后数据通过插补得到该数据，以保证监测数据序列的连续性。
2.4.2坐标变换
由于GPS位移实时监测系统获得的监测点的坐标是WGS一84坐标系下的坐标，为了便于分析桥梁的变形，通常应将所得到的WGS一84坐标按高斯投影变成平面坐标，然后变换成桥梁局部坐标系下的坐标。在监测站，接收来自卫星的信号和来自基准站的信息，采用GPS软件进行实时差分处理，可得到监测站的三维坐标，并以一定的采样率发送到监控中心;监控中心接收各监测点的监测结果，并通过数据处理软件作进一步的处理与分析，可以得到结构在特定方向上的位移、旋转角等参数。
2.4.3.风载温度车辆荷载对桥梁位移的影响
实时记录桥梁所在位置的风速、风向，根据GPS所得测点的对桥身、塔顶、主缆的三轴向位移资料，可对大桥进行风力将就监测及结构的抗风振验算复核。GPS监测系统长时间监测大桥整体结构的位移变化，可引证因环境温度而引发的日夜和季节性的位移变化周期。对一般大跨度桥梁而言，交通挤塞是交通(车辆)荷载的主要设计考虑因素。测量和论证交通荷载设计假设和参数的有效性是大跨桥交通荷载监测的主要项目。论文参考。从GPS监测系统得出的桥身、塔顶、主缆的三轴向位移资料，可与交通荷载分布状况的监测资料互相验证，协助进一步制定桥梁结构的各级应力阶段，并用作大桥主要构件的疲劳估算。论文参考。绘出位移时程曲线图，对照相应时间内的风速、环境温度、车辆荷载等，便可很直观地显示出桥梁位移随风速、温度和车辆荷载变化而变化的趋势，定量地分析出在某一温度、某一风速、某种荷载时桥梁前产生的最大位移，最后由这些成果来分析风速、温度和车辆荷载对桥梁位移的影响程度。
2.4.4.频谱分析
通过分析监测点位移时程曲线，可以得到桥梁的震动频率和振幅。利用快速傅立叶变换的方法，通过频谱分析可以得到监测点功率谱曲线，与设计的理论值或不同时段的功率谱曲线进行比较，以诊断桥梁结构的稳定性。论文参考。
2.4.5.监测数据压缩存储
桥梁动态监测系统是一个长期的动态监测系统，因而从监测系统中采集的监测数据是海量的，以至很难采用传统的文件形式管理监测数据，必须采用一定的措施。此外，对来自监测系统数据处理与分析子系统的统计数据、处理和分析结果也应该进行有效的管理。数据库技术是管理海量数据的有利工具，而且采取一定的数据压缩技术，会对数据的存储更为有利。最为有效的办法是对监测数据建立动态数据库，并能进行监测数据的定期更新、备份和恢复。
3.结束语
GPS技术可以克服传统的桥梁结构监测方法的缺点,测定位移值的精度可以达到厘米级(R T K)甚至毫米级(相对静态)的精度.GPS可以实时地得到监测点的三维坐标,特别是可实现多点同步观测,受外界影响小,数据采集方便,可实现实时性、自动化管理. 因此可较好的应用于大桥运营的安全性管理上, 国内外的多项实例也表明,GPS技术在大型桥梁变形监测中具有广阔的应用前景.
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