一、基于GPS技术的桥梁变形监测
1.桥梁结构变形监测主要内容
1.1桥梁墩台的变形监测
墩台的垂直位移监测垂直位移监测是对分布在桥墩上的监测点进行定期测量以求得其高程变化量，并对变形数据进行分析处理完成墩台垂直位移规律的分析和预测。墩台的垂直位移观测主要包括墩台特征位置的垂直位移观测和垂直于桥梁轴线方向的倾斜观测。墩台水平位移监测水平位移监测包括横向和纵向监测，其中，横向位移监测是指各桥墩墩台的上、下游观测；纵向位移监测是指各墩台沿桥轴线方向的水平位移观测，水平位移监测以横向观测为重。
1.2桥梁平面位移监测
桥梁平面位移主要指的是与桥轴线方向垂直的水平位移。水平位移产生的原因很多，主要是由于风荷载、车荷载等外界因素的作用使桥梁基础发生了位移引起的。对于一些跨度很大的桥梁，如斜拉桥悬索桥，风荷载对其作用较为明显，能够引起桥面产生较大幅度的摆动。
2.桥塔变形观测主要内容
1)塔柱顶部的水平位移观测；2)塔柱体挠度观测；3)塔柱整体倾斜观测；4)塔柱体伸缩量观测；桥面挠度观测桥面挠度是指桥面沿着桥轴线方向的发生垂直位移的幅度。桥面在外界环境荷载影响的作用下会产生变形，使得桥梁的设计线形与实际线形不相符，使桥梁结构的内部状态发生一定程度的变化。桥面线形的变化，不但会影响桥梁的正常安全运行，而且在一定程度上也会直接影响到桥梁的使用寿命。
3.桥梁变形监测的主要方法
(1)垂直位移监测
当前桥梁垂直位移监测的方法主要精密水准测量，三角高程测量，静力水准测量、GPS测量。1)精密水准测量这是一种传统的测量方法，精度高，数据可靠，但是劳动强度大，实际观测时有很大的局限性。2)三角高程测量随着电磁波测距技术的发展，三角高程测量的精度可以达到二等水准测量精度标准，完全可应用于变形监测。对于高精度或特殊的高程测量确时需采用三角高程测量时，应进行详细设计和论证。但是当测量距离较远时，其精度会相应的降低。3)静力水准测量静力水准测量的基本原理是利用连通器测定出两点之间的相对变形量。这种方法因为精度高、速度快等优势，也广泛应用于工程监测中。对于两测点之间有较大高差的情况，这种方法则很难实现测量，而且静力水准只是测量的两点之间的相对变化量，在工程应用中有一定的局限性。4)GPS高程测量GPS高程测量的精度相比于平面测量的精度略低。一般采用静态模式测量，观测结果的精度能达到士10mm，动态模式测量精度相对较低，一般能达到士40mm左右。目前，国内外利用GPS高程测量手段进行桥梁工程的变形监测已取得了相当成功的经验。
(2)水平位移监测
对于桥梁水平位移的测量，根据桥梁线型的不同选择不同的观测方法。具体的，直线型桥梁监测采用基准线法、测角法；曲线形桥梁监测一般釆用交会法、导线法、GPS测量。
(3)挠度观测方法
桥梁的挠度测量是指确定桥面沿着桥轴线方向的发生垂直位移的幅度大小。主要方法有悬垂法、水准测量方法、全站仪观测法、摄影测量方法、GPS测量及专用挠度仪观测法等。GPS技术可以同进行平面测量和高程测量，实现桥梁的垂直位移监测、水平位移监测、挠度监测，但从桥梁结构变形监测的内容以及方法来看，GPS技术与其它变形监测技术相结合已成为桥梁变形监测的一种发展趋势。
二、GPS技术应用在桥梁测绘上的特点
1.GPS技术应用在桥梁测绘方面的优点
1)定位精度高。科学研究表明,GPS定位技术在距离目标300-1500m,持续观测1h以上的情况下,可使精度误差值调整在1mm内;与传统的定位仪相比,其对桥梁的定位长度的较差可控制在0.5mm内。2)测站时无需通视。GPS技术不需要测站之间相互通视,节约了大量资金的同时,因为不需要点间通视,灵活性较强,节省时间与资源。3)采用GPS定位方法布设大地控制网,能够有效并快速地得到真实数据和坐标,给桥梁测绘带来方便。4)可直接显示出三维坐标图。GPS技术应用到桥梁测绘中,在得到数据的同时,会自动显示出三维坐标图,以便于更直观、简便地绘制桥梁测绘图,减少不必要的麻烦。5)GPS技术具有全天候的特点,受外界气候影响较小。进行传统测绘时,往往要考虑阴天、夜晚、起雾、下雨、下雪和刮风等不良气候因素的影响,使测绘具有较大的局限性,耽误测量的进度,消耗人力物力并浪费大量时间,而GPS技术则不需要考虑这些情况的发生,天气不会影响到测绘数据的准确性。6)GPS系统操作更简便,拥有自动化系统。在测绘中,GPS技术可自动完成数据的测定,不用花费时间在繁琐的数据处理上面,减轻了操作者的负担。7)随着定位系统的不断完善,定位的速度在持续加快,对于中长基线的静态定位来说,只需要15~20min,快速静态定位甚至耗时更短。
2.GPS应用到桥梁测绘上存在的问题及解决办法
1)目前的GPS技术并不完善,GPS技术是通过接收机接收信号的形式来完成信息输出,但是,在信号接收的过程中,信号易受到各种因素的干扰或使其中断,这都将直接影响到测绘数据的准确度、系统的可靠性与稳定性。针对这种现象,一般采用多种检测技术相结合的方式,提高检测数据的精度是目前相关工作人员主要研究的方向之一。2)函数处理较为复杂,误差源较多。与类似的测绘手段比较来看,GPS定位系统所需要运用的函数关系较为复杂,由卫星、信号传递过程以及接收机中造成的误差难以避免,针对这种现象,工作人员要仔细处理好每一个可能造成误差的环节,才能保证最终计算结果与理论数据相近。3)检测起点的选择受到很多方面的约束。测点要尽量选在避开房屋和水域等对测绘结果造成影响的地方,以避免路径多而造成的误差;除此之外,测点还要与高压线、变压器等设施保持一定安全距离。约束的条件越多,测量的准确性越难控制。
三、总结
GPS定位系统已经越来越多地运用到各个领域,其在桥梁方面的应用已经初见成效。以上对GPS在桥梁测绘方面的研究还不是很透彻,但我相信,一定会出现更完善的处理办法。
作者：陈玉良 林锦花 黄美燕 单位：中交第二航务工程局五分公司 湖南城建职业技术学院
