【正文】 程設(shè)置功能，軟件上有各個GPS接收機(jī)的獨立監(jiān)控模塊，可以向GPS接收機(jī)發(fā)送用戶更改參數(shù)的命令（如采樣間隔、高度截止角等）；9)7) 輸出接口協(xié)議：TCP/IP；6) 最多可同時處理多個基站和32個監(jiān)測站的數(shù)據(jù)；4) 可對GPS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實時差分處理，數(shù)據(jù)更新率可達(dá)1Hz、5Hz、10Hz、20Hz；2) 系統(tǒng)架構(gòu)整個軟件系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)構(gòu)架圖：GPSensor系統(tǒng)架構(gòu)其中：數(shù)據(jù)傳輸中間件可在遠(yuǎn)程運(yùn)行，可以封裝在用戶的應(yīng)用程序內(nèi)，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?，封裝了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募?xì)節(jié)。 軟硬件平臺硬件平臺：至強(qiáng)服務(wù)器 2CPU，2G內(nèi)存（GPS專用）軟件平臺：Windows2003數(shù)據(jù)庫平臺：Oracle或SQL網(wǎng)絡(luò)平臺：十兆或百兆以太網(wǎng)；GPS所有的應(yīng)用軟件均部署在上述的硬件平臺上。GPSensor軟件結(jié)構(gòu)輸出的各監(jiān)測點三維坐標(biāo)的格式我們會依據(jù)客戶的要求做相應(yīng)修改，保證客戶端軟件正常讀取數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性。選用穩(wěn)定可靠且先進(jìn)的觀測設(shè)備，實現(xiàn)自動化觀測與數(shù)據(jù)處理；5) 可靠性：為確保橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)能真正發(fā)揮應(yīng)有的作用，系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確，必須正確反映各建筑物及其基礎(chǔ)在不同時期的變化情況，系統(tǒng)故障率低，發(fā)生故障時能及時排除；4) 遵循簡潔、實用、性能可靠、經(jīng)濟(jì)合理的指導(dǎo)思想；2) 項目總體設(shè)計的原則大橋GPS實時變形監(jiān)測系統(tǒng)是一個集計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS技術(shù)等高新技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)工程。參照規(guī)范國際IGS委員會國際UNAVCO組織 號批準(zhǔn)單位年份全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范GB/T183412001國家技術(shù)監(jiān)督局監(jiān)測點和基準(zhǔn)站的分布主航道GPS分布副航道GPS分布除上面列舉的以外，還有潤揚(yáng)大橋GPS監(jiān)測系統(tǒng)、陽邏江大橋GPS監(jiān)測系統(tǒng)、上海長江隧橋GPS監(jiān)測系統(tǒng)、寧波五路四橋GPS監(jiān)測系統(tǒng)。東海大橋形變監(jiān)測系統(tǒng)由三部分組成：監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)傳輸和控制單元、數(shù)據(jù)處理分析及管理單元。東海大橋橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用現(xiàn)代傳感器與通信技術(shù)，實時監(jiān)測東海大橋橋梁運(yùn)營階段在各種環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與行為，獲取反映大橋結(jié)構(gòu)狀況和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)、評估結(jié)構(gòu)的可靠性，為橋梁的管理與維護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。東海大橋包含主航道斜拉橋和顆珠山斜拉橋，主航道橋全長830m，主跨420m；顆珠山橋全長610m，主跨332m。 東海大橋GPS實時監(jiān)測系統(tǒng)東海大橋是連接海港城與深水港的唯一通道，同時為供水、供電、通訊等需求提供服務(wù)，具有特殊重要地位。目前的典型精度為1厘米以內(nèi)。隨著GPS技術(shù)(軟硬件及數(shù)據(jù)處理模型)的不斷改善，我們可以預(yù)計這一技術(shù)將不斷改進(jìn)，例如現(xiàn)在20Hz采樣率的GPS接收機(jī)已逐漸出現(xiàn)并取代采樣率較低的接收機(jī)。利用控制中心實時統(tǒng)一解算模式的監(jiān)測方法雖然難度較大，但精度較好。目前單基站RTK模式的GPS監(jiān)測方法在橋梁監(jiān)測中的常見精度為1到3厘米，數(shù)據(jù)采樣頻率一般為1Hz。 總結(jié)從國內(nèi)外的有關(guān)研究和應(yīng)用可以看出GPS是一個非常有效的橋梁監(jiān)測技術(shù)，GPS與其它傳感器結(jié)合用于橋梁健康監(jiān)測已形成了趨勢。 青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋的GPS監(jiān)測系統(tǒng)等青馬大橋、汲水門大橋、汀九大橋GPS監(jiān)測系統(tǒng)中跨1／2位移范圍為0至168厘米。因為溫度是產(chǎn)生橋面垂直位移的主要因素，為了分析垂直位移與溫度的相關(guān)性，同時還進(jìn)行了纜索溫度和空氣溫度測量。從1998年開始，采用GPS監(jiān)測系統(tǒng)對該橋進(jìn)行連續(xù)三維位移測量。英國Humber大橋2)本次試驗動用5輛貨車，進(jìn)行了若干動、靜載試驗。該試驗顯示橋面垂直位移最大為40厘米，大多數(shù)時間位移量為15厘米左右，橋面橫向位移最大為14厘米，塔頂縱向位移1—2厘米，—1厘米。該試驗以2Hz采樣頻率，分別測量了中跨1／邊跨1／2和支撐塔頂?shù)奈灰啤?英國Humber橋的GPS監(jiān)測系統(tǒng)英國的Humber懸索橋全長2220米，主跨1410米，南跨530米，北跨280米(圖1－1)。事實證明GPS監(jiān)測技術(shù)在隔河巖大壩已取得成功，并在1998年長江全流域特大洪水期間經(jīng)受了考驗，發(fā)揮了重要作用。98年3月，武漢大學(xué)（原武漢測繪科技大學(xué)）在清江隔河巖水利樞紐成功地建成了大壩外觀變形與高邊坡GPS自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)；當(dāng)年清江流域普降暴雨，長江的防汛形勢也極為嚴(yán)峻，為了減輕長江防汛的壓力，防汛部門將隔河巖的蓄水位提高到204M，超正常蓄水位4M；防汛部門能作出如此英明決策，是由于利用了高性能的GPS系統(tǒng)，對大壩進(jìn)行連續(xù)觀測與數(shù)據(jù)的實時動態(tài)處理，及時地掌握了大壩的運(yùn)行狀態(tài)。上述精度可以認(rèn)為是這一時期利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行精密工程測量和大地測量時所能達(dá)到的典型精度。早在1984年美國已在斯坦福粒子加速器的工程測量中采用了GPS定位技術(shù)，平差后控制點的平面位置精度為1一2MM，高程精度為2一3MM。GPS定位這一高新技術(shù)已在大地測量﹑精密工程測量﹑地殼形變監(jiān)測﹑石油勘探﹑資源調(diào)查﹑城市測量等領(lǐng)域內(nèi)成功地得以應(yīng)用和普及，極大地推動了上述行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 GPS應(yīng)用概況由于GPS定位技術(shù)具有速度快﹑精度高﹑全天侯﹑費(fèi)用省﹑自動化程度高等優(yōu)點，因而近年來在我國也已迅速得以推廣。利用GPS監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁進(jìn)行變形監(jiān)測，能克服傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)所存在的缺陷，精度能滿足規(guī)范要求，而且可以更全面地了解橋梁各時期的變化，甚至瞬時變化，實現(xiàn)連續(xù)觀測與數(shù)據(jù)的自動處理。 平面位移和垂直位移數(shù)據(jù)是在不同的測點上﹑不同的時間里采集的；4) 大量采用手工采集數(shù)據(jù)的方法，自動化測點少，自動化程度低，工作量大，觀測易受氣候和其它外界條件的影響，容易漏過重要和危險的信號；2) 實施GPS監(jiān)測的必要性變形監(jiān)測是橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)中的關(guān)鍵項目。11 差分GPS示意圖差分是2個或更多個測站之間的相對定位，如圖1－1所示，如果A和B兩點在同一時間內(nèi)觀測了相同的一組衛(wèi)星（至少四顆）。衛(wèi)星的地面高度為20200公里。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星星座，設(shè)計由24顆衛(wèi)星（事實上目前經(jīng)常保持27至32顆衛(wèi)星）組成。全球定位系統(tǒng)是美國繼阿波羅登月計劃和航天飛機(jī)計劃之后的又一龐大的空間計劃。 GPS工作原理全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System一GPS)是美國國防部研制組建的新一代的軍民兩用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)?；陔p頻GPS定位技術(shù)的大橋?qū)崟r變形監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案1 GPS工作原理和應(yīng)用概況該系統(tǒng)從本世紀(jì)七十年代初開始研制，美國政府于1995年4月宣布該系統(tǒng)已組建完畢并投入運(yùn)行。它的出現(xiàn)不僅使導(dǎo)航技術(shù)和定位技術(shù)產(chǎn)生了根本性的變革，而且對交通運(yùn)輸﹑空間技術(shù)﹑地學(xué)研究﹑軍事等諸多領(lǐng)域及社會生活的各個方面都將產(chǎn)生重大影響。它們分布間距為60度的6個軌道上，軌道傾角55度，每個軌道面上均勻分布4顆衛(wèi)星。這樣分布的衛(wèi)星星座，可以保證任意時間任意位置的接受機(jī)可同時收到4顆以上衛(wèi)星信號，以便進(jìn)行瞬時的定位觀測。而且A是一個已知點，通過某種數(shù)據(jù)鏈，把原始改正信息傳到B點，那么B點的位置就可以加以確定。傳統(tǒng)變形監(jiān)測系統(tǒng)在保證工程正常運(yùn)行方面發(fā)揮了重要作用，但存在如下缺陷：1) 各監(jiān)測點的變形量在時間上不是同步的；3) 精密水準(zhǔn)網(wǎng)路線長?？梢愿行У卣莆諛蛄旱倪\(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，確保橋梁的安全，并為橋梁提供更可靠的安全監(jiān)測資料。據(jù)統(tǒng)計目前我國引進(jìn)的測量型GPS接收機(jī)的數(shù)量已超過數(shù)千臺。GPS精密定位基本上都是以毫米級精度（在數(shù)公里的短邊上）和厘米級精度（在數(shù)百公里或數(shù)千公里的長邊上）為目標(biāo)的。90年代初，我國在控制面積和平均邊長都要大得多的大港油田地面垂直形變監(jiān)測網(wǎng)中也采用了GPS定位技術(shù)。垂直方向為1MM，這一精度水平已在國內(nèi)居領(lǐng)先地位。 GPS在國內(nèi)外已建成橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用1)英國諾丁漢大學(xué)于1996年使用2臺雙頻GPS接收機(jī)，一對甚高頻數(shù)據(jù)鏈對該橋進(jìn)行了動態(tài)監(jiān)測試驗。數(shù)據(jù)處理采用隨機(jī)RTK軟件。1998年，英國Bmnel大學(xué)使用雙頻GPS接收機(jī)對該橋進(jìn)行了動載和靜載試驗，采樣率為5Hz。結(jié)果表明，GPS測量的三維位移結(jié)果與該橋的有限元模型的計算結(jié)果相當(dāng)吻合。 日本明石海峽大橋的GPS監(jiān)測系統(tǒng)明石海峽大橋是目前世界最長的懸索橋，其跨度全長3911米，中跨為1991米，兩個邊跨均為960米，如圖1－2所示。該橋安裝了3個GPS接收機(jī)，分別位于左橋臺、中跨1／2和左塔頂，如圖1－3所示。試驗結(jié)果表明，垂直方向位移與溫度的相關(guān)性在0．97以上，位移與溫度的關(guān)系為－6．4厘米／度。日本明石海峽大橋日本明石海峽大橋GPS和溫度傳感器位置3)它的觀測方法主要分為兩個流派：單基站RTK模式和控制中心實時統(tǒng)一解算模式。另外、目前大部分的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)做到數(shù)據(jù)自動傳輸、自動解算處理、準(zhǔn)實時測量結(jié)果和測量結(jié)果圖形演示。本方案中推薦的就是這種模式。GPS在橋梁監(jiān)測環(huán)境下的精度也會逐漸提高。 本監(jiān)測方法的應(yīng)用案例1)東海大橋總長約為31km，大橋按雙向六車道加緊急停車帶的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計車速80km/h[8]。GPS被用來對這兩座斜拉橋的實時形變進(jìn)行監(jiān)測。其中，GPS被用來監(jiān)測兩座斜拉橋塔頂和跨中的實時位移。這三部分形成一個有機(jī)的整體，監(jiān)測單元跟蹤GPS衛(wèi)星并實時采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制中心，控制中心相關(guān)的軟件對數(shù)據(jù)處理并分析，實時監(jiān)測橋梁的形變，并將監(jiān)測結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中，以及實時發(fā)送給監(jiān)測終端。 系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)GPS監(jiān)測子系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計及工程建造依據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，本設(shè)計書中所引用的部分技術(shù)規(guī)范參見下表：技術(shù)規(guī)范名稱編精密工程測量規(guī)范GB/T 1531494國家技術(shù)監(jiān)督局1994全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程CJJ 7397中國建設(shè)部1997UNAVCO 基準(zhǔn)站建立規(guī)范IGS基準(zhǔn)站建立規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GBJ 10—89建設(shè)部為使大橋?qū)崟r變形監(jiān)測系統(tǒng)成為一個功能強(qiáng)大并能真正長期用于結(jié)構(gòu)損傷和狀態(tài)評估，滿足橋梁管理和運(yùn)營的需要，同時又具經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)控系統(tǒng)，本監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的地質(zhì)地貌﹑工程規(guī)模和工程特點，結(jié)合國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，其設(shè)計的總體構(gòu)想是突出重點，兼顧全面，儀器布置力求少而精，使監(jiān)測系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體遵循如下設(shè)計原則：1) 系統(tǒng)設(shè)置立足實用性原則第一，兼顧考慮科學(xué)試驗和設(shè)計驗證等方面因素；3) 先進(jìn)性：數(shù)據(jù)采集速度快，精度高，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)快速采集處理、管理和預(yù)報等功能。 經(jīng)濟(jì)性：應(yīng)盡可能力求功能好而成本低；6) GPSensor的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu)GPSensor軟件通過網(wǎng)絡(luò)或串口（RS232，或者CAN總線）獲得GPS的原始數(shù)據(jù)（載波相位和偽距），對其進(jìn)行差分處理和濾波，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，實現(xiàn)圖形顯示、記錄、報警、輸出、分析。另外軟件還提供了一個遠(yuǎn)程組件，方便用戶的二次開發(fā)。必須保證軟件在正常工作時CPU的平均使用率不超過60％?？梢詫崿F(xiàn)實時數(shù)據(jù)發(fā)送和反向控制和服務(wù)器事件響應(yīng) 基本功能和指標(biāo)1) 可根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，對不同的監(jiān)測站的實時差分結(jié)果進(jìn)行Kalman濾波，達(dá)到不同的動態(tài)要求和精度要求；3) 輸入接口協(xié)議：RS23CAN、TCP/IP；5) 實時顯示基線的變化情況，點位的移動情況等，軟件包括如下視圖：實時數(shù)據(jù)視圖、實時網(wǎng)圖、趨勢圖、衛(wèi)星視圖、三維視圖、數(shù)據(jù)管理。 原始數(shù)據(jù)、解算結(jié)果的自動保存功能，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)置；8) 系統(tǒng)完備性監(jiān)測功能，可對整