當(dāng)前位置:歐亞貿(mào)易網(wǎng) > 技術(shù)中心 > 所有分類
GPS測量技術(shù)用于生產(chǎn)作業(yè),在過去十多年中其作業(yè)模式從靜態(tài)測量,快速靜態(tài)測量,后處理高精度動態(tài)測量,發(fā)展到動態(tài)初始化(OTF)厘米級實(shí)時 RTK測量作業(yè)。目前厘米級實(shí)時RTK技術(shù)以其高效、可靠和適用性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被用戶所接受,并廣泛應(yīng)用于各種測繪生產(chǎn)作業(yè)。RTK技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn) 在以下幾點(diǎn):野外可實(shí)時獲得最終坐標(biāo),野外質(zhì)量控制,室內(nèi)工作量少,野外生產(chǎn)效率高,精度高(1-2 cm),適合多種用途,如:放樣,公路施工,機(jī)械引導(dǎo)等。
大橋在施工期間,可采用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行施工放樣測量工作,尤其是跨海大橋工程。大橋建成通車后在環(huán)境因素影響、運(yùn)營荷載和特殊荷載(如臺風(fēng)、地震、特種運(yùn)輸?shù)龋┳饔孟拢鋸?qiáng)度和 剛度可能會降低,結(jié)構(gòu)性能發(fā)生劣化,這將影響到行車安全和橋梁的使用壽命。十分有必要對大橋的結(jié)構(gòu)特性和安全狀況進(jìn)行監(jiān)測和評價(jià),而傳統(tǒng)的橋梁檢查方法難 以達(dá)到這個目的,因此,需要建立一個健康監(jiān)控系統(tǒng)。但是,目前在懸索橋安全性能評價(jià)方面還缺乏完整和有效的理論工具,對應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行長期監(jiān)測的設(shè)備可靠 性方面也有所不足。在諸多監(jiān)測項(xiàng)目中,橋線形是結(jié)構(gòu)體系對荷載響應(yīng)的宏觀反映,因此線形監(jiān)測尤為重要。GPS 技術(shù)以其實(shí)時性好,可全天侯工作,自動化程度高、高精度和觀測點(diǎn)間無需通視等優(yōu)勢等諸多優(yōu)點(diǎn),目前已在多座大橋上用于大橋動態(tài)位移監(jiān)測,GPS在結(jié)構(gòu)健康 狀態(tài)和地面運(yùn)動監(jiān)測的高精度定位項(xiàng)目中起著越來越重要的作用。
徠卡公司于1999年承建了一個采用GPS技術(shù)用于大橋監(jiān)測的項(xiàng)目 -香港青馬大橋。之后又在山東黃河大橋、江陰大橋采用徠卡公司的軟硬件技術(shù)進(jìn)行GPS大橋健康結(jié)構(gòu)監(jiān)測。
2005年初,徠卡公司基于的中心化RTK概念推出新一代GPS參考站軟件系統(tǒng) - Spider,該系統(tǒng)已經(jīng)在世界各地經(jīng)過廣泛測試和應(yīng)用,與傳統(tǒng)實(shí)時RTK定位具有更多的優(yōu)勢,該技術(shù)只需要GPS接收機(jī)設(shè)備實(shí)時輸出原始數(shù)據(jù),而且大大 簡化數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),提高了監(jiān)測的效率和可靠性。
本文首先回顧GPS RTK測量技術(shù)應(yīng)用情況和徠卡公司在GPS大橋監(jiān)測方面應(yīng)用情況。第二節(jié)主要分析GPS大橋監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀;第三節(jié)詳細(xì)介紹徠卡中心化RTK概念的 參考站軟件-Spider;第四、五節(jié)將介紹徠卡中心化RTK概念在江陰大橋中的應(yīng)用和結(jié)果分析與接口。最后,就GPS大橋監(jiān)測的應(yīng)用給出一些結(jié)論和建 議,并展望GPS技術(shù)在大橋健康結(jié)構(gòu)監(jiān)測的應(yīng)用前景。
GPS 實(shí)時大橋監(jiān)測目的和應(yīng)用現(xiàn)狀
1、建立GPS 實(shí)時大橋監(jiān)測系統(tǒng)的目的
大橋主梁和索塔軸線的空間位置是衡量大橋是否處于正常營運(yùn)狀態(tài)的一個重要標(biāo)志。經(jīng)過多次實(shí)地測試驗(yàn)證和精度評估,證明GPS技術(shù)可用于大橋進(jìn)行 全自動、全天候、連續(xù)實(shí)時高精度的變形監(jiān)測。相對于傳統(tǒng)橋梁變形監(jiān)測手段,GPS技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):直接獲取獨(dú)立的三維坐標(biāo),增強(qiáng)對橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的 可靠度;實(shí)時計(jì)算并顯示三維位移;全天候24小時連續(xù)觀測;與已有系統(tǒng)的位置獨(dú)立檢核。除此之外,系統(tǒng)提供風(fēng)力效應(yīng)監(jiān)測、溫度效應(yīng)監(jiān)測、公路負(fù)荷效應(yīng) 監(jiān)測、鐵路負(fù)荷效應(yīng)監(jiān)測,大橋鋼索索力監(jiān)測以及大橋主要構(gòu)件應(yīng)力監(jiān)測。利用GPS監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對橋梁的自動檢核和數(shù)據(jù)的實(shí)時獲取。通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳輸 GPS數(shù)據(jù)和遙控GPS接收機(jī),GPS監(jiān)測系統(tǒng)在通訊方面的穩(wěn)定性和可靠性。控制中心分析和管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時分析,輸出檢測結(jié)果,并實(shí)現(xiàn)自動 報(bào)警功能。系統(tǒng)通過對橋梁位移和變形的高精度實(shí)時監(jiān)測和分析,為橋梁的管理和維護(hù)提供了科學(xué)的依據(jù)。
建立大橋三維動態(tài)位移GPS監(jiān)控系統(tǒng)的目的是:
2、GPS大橋監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀
徠卡的中心化RTK GPS參考站軟件-Spider
徠卡公司GPS產(chǎn)品擁有SmartTrack(智能跟蹤)和SmartCheck(智能檢核),以其快速和可靠30Km常規(guī)RTK作業(yè)能 力,一直在GPS測量技術(shù)方面處于地位。徠卡的GPS參考站網(wǎng)軟件包可用于參考站控制、數(shù)據(jù)管理、遙控各個臺站所有設(shè)備的設(shè)定和運(yùn)行,而且用戶可 通過軟件進(jìn)行自動的定時數(shù)據(jù)下載、檢查、編制文件及發(fā)送到不同的FTP服務(wù)器。軟件也可自動檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量及系統(tǒng)硬件的工作情況而發(fā)出不同的報(bào)警,而且 Spider 軟件可以連接不同的TCP/IP 地址,系統(tǒng)管理員或用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)查看各臺站的運(yùn)行情況,以確保系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的可靠性。由于徠卡Spider臺站控制軟件對數(shù)據(jù)通訊方式具有高度靈活 性,具有遠(yuǎn)程遙控能力,徠卡公司的技術(shù)人員可以容易地通過互聯(lián)網(wǎng)檢查臺站系統(tǒng),以確保維持高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù),提高系統(tǒng)維護(hù)的效率和便利性。
徠卡GPS Spider軟件的設(shè)計(jì)為具有高度的靈活性,強(qiáng)大的功能,模塊化的結(jié)構(gòu),系統(tǒng)安全的參考站軟件。該軟件具備中心化RTK功能,可以以主動和被動方式支 持多種GPS接收機(jī)。采用徠卡GPS SPIDER 軟件將增加實(shí)時數(shù)據(jù)處理性能和結(jié)果的精度,并大大簡化通訊系統(tǒng),降低通訊設(shè)備成本。
GPS Spider是集成的單參考站或臺站網(wǎng)控制和操作軟件包。 GPS Spider是模塊化的和可以用于*的長距離高精度網(wǎng)絡(luò)RTK (SpiderNET)、建筑物監(jiān)測、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)存取管理,并支持?jǐn)?shù)據(jù)下載和服務(wù)等解決方案。由于有了GPS Spider 你將可以用的解決方案提供專業(yè)的服務(wù)。
主要功能如下:
徠卡 GPSSPIDER Positioning 功能模塊 是GPS接收機(jī)管理和處理應(yīng)用軟件,可以以的速率(20Hz)和的精度對所有基線組合提供實(shí)時和后處理解。
下圖為中心化RTK軟件顯示衛(wèi)星狀況、監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時定位結(jié)果以及系統(tǒng)狀態(tài)等。

徠卡中心化RTK軟件在江陰大橋GPS監(jiān)測中的應(yīng)用
1、江陰大橋概況
江陰長江公路大橋是我國首座跨徑超千米的特大型鋼箱梁懸索橋梁。江陰長江公路大橋是20世紀(jì)“一、四”大鋼箱梁懸索橋,是國家主干道跨 越長江的特大型公路橋梁。是長江上建設(shè)的第二座大橋。江陰長江公路大橋位于長江下游江蘇省江陰和靖江之間,于1994年11月22日正式開工建 設(shè),1999年9月28日勝利建成通車,全長3071米,主跨1385米,南北塔高190米,并于2001年3月通過國家竣工驗(yàn)收。在大橋一端(靖江)大 橋管理中心建有大橋監(jiān)控中心,配有通信計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、情報(bào)板系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。
1999年8月20日大橋竣工時進(jìn)行了荷載試驗(yàn),當(dāng)天正直大雨。橋梁位移測量邀請徠卡公司采用下列兩種方案進(jìn)行:
本次荷載試驗(yàn)也充分反映GPS用于大橋監(jiān)測的*性。該橋原“結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)”是由英國SES公司采用TCA2003系統(tǒng)于1999年設(shè)計(jì)、建設(shè) 的,由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等原因?qū)е孪到y(tǒng)目前已無法正常運(yùn)行。為此需要對原系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造。2004年江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司決定對江陰長江公路大橋上部結(jié) 構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行升級改造工程,并選用了徠卡公司推薦的GPS監(jiān)測系統(tǒng)方案,用于監(jiān)測主梁線形和橋塔位移。
2、大橋監(jiān)測方案
GPS橋樑監(jiān)測系統(tǒng)由GPS傳感器、通訊鏈路、處理和管理軟件、附件和分析軟件等在內(nèi)的一個完整的系統(tǒng)組成。

在設(shè)計(jì)階段,必須注意環(huán)境情況。多路徑是可能碰到的誤差源。它將對結(jié)果的精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。多路徑是由從附近金屬物體、地面或水面的無關(guān)的反射 信號到達(dá)天線引起的。多路徑誤差對每個測站都是不同的,因此不能用差分技術(shù)消除。在參考站,天線的位置應(yīng)當(dāng)仔細(xì)選擇,以避開反射環(huán)境。徠卡 GPS 天線AT504 可以減輕多徑影響。

GPS監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)備采用9套徠卡參考站型雙頻GPS接收機(jī)GRX1200Classic,一個AT504扼流圈天線和8個輕便型準(zhǔn)扼流圈天線AX1202天線;軟件采用徠卡推出的中心化RTK功能的軟件包Spider。
(1)GPS參考站布置
GPS參考站應(yīng)建立在穩(wěn)定的位置,參考站作為每一條基線的起算點(diǎn),必須為參考站提供精確的位置和地方轉(zhuǎn)換參數(shù)。本次升級改造僅采用一個基準(zhǔn)站,設(shè)在大橋監(jiān)控中心樓頂。
(2)GPS監(jiān)測點(diǎn)布置
為了更好地反映大橋變形和振動特性,在兩個橋塔處、主跨撓度、跨4分點(diǎn)處分別布置8個GPS監(jiān)測點(diǎn),即在1/4、1/2和3/4跨處安置GPS接收機(jī)進(jìn)行連續(xù)觀測。詳細(xì)布置圖見圖1。

(3)通訊與供電

采用徠卡方案,每一臺GPS接收機(jī)只需要一條雙向通訊線路(光纖)連接到徠卡PC GPS Spider 服務(wù)器。必須為每一臺接收機(jī)提供安全和的供電,如UPS。
(4)附件
結(jié)果分析與輸出接口
徠卡公司將根據(jù)用戶提供的轉(zhuǎn)換參數(shù)提供在橋梁坐標(biāo)系下的三維動態(tài)位移結(jié)果。可以提供最終觀測數(shù)據(jù)的精度,同時能實(shí)時存儲和顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。可以通 過串口、TCP/IP為其他專用分析軟件包的提供接口。徠卡 GPS Spider 可以與大多數(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)格式的分析軟件進(jìn)行接口連接。我們的建筑工程合作伙伴可以提供這類解決方案。

可采用徠卡GNSS QC工具進(jìn)行結(jié)果顯示:

也可以利用第三方分析軟件以橋梁坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時變形曲線動態(tài)顯示、存儲、統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)警等:

另外,可采用徠卡GNSS QC質(zhì)量檢查分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析研究。這是設(shè)計(jì)階段和隨后的數(shù)據(jù)及結(jié)果檢查的有用工具。

結(jié)論和建議
徠卡公司推出的中心化RTK功能的GPSSpider大橋監(jiān)測創(chuàng)新解決方案,與現(xiàn)有方案相比常規(guī)RTK方案更具有優(yōu)勢。中心化RTK概念大大簡化的 通訊設(shè)計(jì);可以遙控和監(jiān)控接收機(jī)設(shè)備,隨時掌握系統(tǒng)的運(yùn)行和工作狀態(tài);標(biāo)準(zhǔn)化的輸出接口,方便第三方軟件的接口;接收機(jī)采用20Hz高速率,為大橋?qū)崟r監(jiān) 測分析提供了有力保證。將來高達(dá)100Hz的GPS接收機(jī)可用于分辯出大橋高頻動態(tài)特性。
為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性,建議建立2個參考站。徠卡GPS Spider支持多個參考站,進(jìn)行雙重檢核。如果一個參考站出現(xiàn)通訊故障,其他參考站可作為備份對任何基線組合進(jìn)行同時處理。徠卡 GPS Spider可以處理 L1 單頻GPS接收機(jī)和 L1+L2雙頻接收機(jī)觀測值。監(jiān)測點(diǎn)間的每一條基線也可以進(jìn)行處理。因此對于橋梁監(jiān)測應(yīng)用也可以采用單頻接收機(jī)。
由于大橋上監(jiān)測的點(diǎn)或許會受到遮擋、多路徑等影響,可能造成衛(wèi)星數(shù)不足或部分衛(wèi)星數(shù)據(jù)受到干擾等影響,偽衛(wèi)星(Pseudolites)系統(tǒng)可作為GPS 大橋監(jiān)測一個增強(qiáng)系統(tǒng)。
利用GPS RTK技術(shù),尤其是中心化RTK技術(shù),可全天候長期在線實(shí)時監(jiān)測大橋線形,直接測量出橋梁整體的三維位移,直接監(jiān)測大橋主跨梁及索塔軸線的位移變化,獲取 反映橋梁健康狀況的特征信息,配合結(jié)構(gòu)分析模型來模擬橋身主要構(gòu)件的內(nèi)力狀況,可增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和評估的可靠度,并偵察大橋結(jié)構(gòu)有否潛在損壞的危 機(jī),提高養(yǎng)護(hù)維修工作的效率和效果,為大橋交通安全和結(jié)構(gòu)安全的維護(hù)管理與決策提供量化技術(shù)依據(jù),對大橋安全可靠性作出評價(jià)。隨著GPS硬件技術(shù)的不斷提 高和改善,GPS監(jiān)測軟件的性能不斷改善,GPS監(jiān)測系統(tǒng)將會更廣泛地應(yīng)用于大橋等結(jié)構(gòu)監(jiān)測之中。同時江陰大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)將對推動和發(fā)展數(shù)字化與智 能化橋梁工程發(fā)揮積極的作用。
信息標(biāo)題:徠卡SPIDERRTK在大橋整體位移監(jiān)測中的應(yīng)用
/zhichi-1310.html