人造卫星基本结构图(人造卫星定位系统在桥梁结构)

摘要：政署， 政府路， 香港特区最近采用卫星定位技术，将其应用于桥梁结构健康监测系统。为加强和改进大桥，青马，门大桥和汀九大桥，的结构健康监测工作，本全球定位系统(GPS)主要用于测量三座悬索桥的桥身和桥塔的瞬时位移，并计算相应的矢量位移(截面中线)和各相应主要构件的应力状态。全球定位系统监测系统是一套实时监测系统，包括全球定位系统测量仪器、连接站、信息采集总控站、光纤网络、全球定位系统计算机系统和显示器等。摘要：主要介绍了陆在控制区安装的GPS监测系统，探讨了GPS信息在桥梁结构健康监测中的应用，如风效应监测、温度效应监测、交通荷载效应监测和主要构件应力监测等。关键词：卫星定位系统，结构健康监测系统，结构评估，悬挂系统，桥梁I介绍？大桥主梁和索塔轴线的空间位置是衡量大桥是否正常运行的重要标志。通用大桥的结构设计基于导数位移。任何索塔和主梁轴线都高于设计轴线，这将直接影响大桥的承载力和构件的内力分布。目前，香港的三座悬索桥都装有桥梁结构健康监测系统，简称“桥梁监测系统”。用于监测运营期大桥的结构健康变化，然后进行结构评估。虽然大桥和索塔轴线的主梁监测已纳入大桥，的年度大地测量，但现有的“桥梁监测系统”无法实时监测大桥，对和索塔轴线的主梁。鉴于近年来全球定位系统(GPS)的实时位移测量精度有了显著提高(垂直面误差约为20毫米，水平面误差约为10毫米)，因此，将GPS技术引入政署， 政府路， 香港特区，对大桥的主梁和索塔轴线进行监测，提供全桥的整体位移测量。在拟定桥梁结构健康检查与评估项目的过程中，还考虑了其他测量技术方案，如采用红外线和激光技术。但是，这些技术都需要一定的可视性，所以目前不适合在恶劣天气下运行。第二，全球定位系统监测的范围和目的[1，2]在上述三座悬索桥上设置了传统的传感器来测量桥体的位移。包括在桥梁两端测量桥梁纵向位移的位移计，以及测量桥梁垂直和横向加速度的高精度加速度计。高频加速度数据只能提供二次积分运算后的局部幅值导数，不能准确计算整桥的摆幅，因为整桥惯性偏差较慢，加速度计无法准确测量；另一方面，在监测桥梁固体温度变化引起的相应位移时，建立了一套创新的水准系统，直接测量桥梁的竖向位移。但是，由于液压原理，由于液体的惯性限制，系统只能以每秒一个数据的采样率提供位移信息，无法记录瞬时振幅，而且错已经通过了一些较大的瞬时振幅，因此数据不可避免地会有误差。过去，政署曾考虑将全球定位系统技术应用于悬挂系统桥梁的监测。

经过近年来在青马大桥安排的多次现场测试，为了验证和提高精度，最终决定在“桥梁监测系统”中增加具有RTK实时动态测量功能的GPS监测系统，直接测量桥梁的独立三维实时位移，提高对桥梁结构健康监测的可靠性。目前，GPS系统的安装已接近完成，完成后将立即开始数据采集。该全球定位系统监测系统主要用于测量三座悬挂系统桥梁的桥身瞬时位移和桥塔，并计算相应矢量(截面中线)的位移和各相应主要构件的应力状态。全球定位系统监控系统介绍[3] 1。全球定位系统监测系统概述全球定位系统监测系统是一套实时监测系统，主要由四组系统组成，通过固定的光纤网络传输数据。这四个系统是：(1)全球定位系统测量系统；(2)信息收集系统；(3)信息处理和分析系统；(4)系统运行和控制系统。其硬件包括：全球定位系统测量仪器(包括全球定位系统天线和全球定位系统接收器)、连接站、信息采集主控站、光纤网络、全球定位系统计算机系统、显示屏等。全球定位系统接收器配有24个卫星跟踪通道，以双频同步跟踪和测量12颗全球定位系统卫星的伪距和全波长载波相位(LI和L2)。全球定位系统监测系统采用27套全球定位系统测量仪器，以统一的高速采样速率同步测量固定点位频移，并以每秒10次的点位更新速率提供独立三维RTK的实时点位计算结果。高精度点位输出的延时小于0.05秒，使全球定位系统信号的同步接收、RTK厘米级点位数据的输出、光纤网络传输、数据和图像处理以及桥梁位移图像的屏幕显示都在2秒内完成，提供实时位移监测。另一方面，全球定位系统监测系统可以24小时不值班运行，配合可调数据备份系统，将存储的全球定位系统位移数据与其他已有的桥梁监测数据进行整合，进行多样化的结构分析和评估；利用大桥，主梁和索塔轴线的整体变化周期和幅值数据以及桥梁在选定时间段内的整体位移数据，可以改善桥梁结构的健康检测和评估。2.全球定位系统定点测量全球定位系统测量仪的定点测量位置主要安装在桥梁两侧和桥塔，顶部，三座桥共有27个定点测量位置。全球定位系统测量仪的定位与现有的位于跨中的加速度计相匹配。在大桥， 青马，的桥面上安装了4台对全球定位系统测量仪器，主悬索有一台对。此外，在门大桥吉水和大桥定九的桥面上分别安装了一台对和两台对全球定位系统测量仪器。除了提供每秒10个固定点的实时测量外，全球定位系统监测系统还可以计算桥梁主轴的三维瞬时位移和和桥扭转振动的时程数据。同样，从塔顶的点位计算结果来看，全球定位系统监测系统可以计算汀九大桥单脚塔顶的位移和其他两座桥梁双脚塔顶的个体位移。经过数据和图像处理后，信息屏可以实时显示整个桥梁摆动的运动图像。目前，政署使用的全球定位系统接收机定位延迟误差为0.03秒，突破了早期全球定位系统定位数据不能与点位实际完全一致的问题，该技术可应用于速度不均匀的运动状态，满足高速实时位移监测的基本要求。全球定位系统接收器采用抗电磁干扰金属外壳和隔振装置密封，可进一步降低对全球定位系统设备在振动工作环境中的影响

位于仓库楼顶的参考站采用扼流圈环形天线，进一步降低了多径效应对定位测量的影响，保证了连续发送给定点测量站的差分校正信息的准确性。基本上，全球定位系统测量仪器在出厂后无需定期校准，从而节省了维护工作。3.全球定位系统信息传输系统全球定位系统监测系统是一套连续运行的实时监测系统。当悬索桥遇到恶劣天气和作业环境时，全球定位系统监测系统获得的数据更有价值，因此对对数据传输的稳定性和可靠性有更高的要求。全球定位系统信息传输系统采用高效稳定的光纤网络。由于光纤不受电磁波干扰，光纤通信网络在恶劣的工作条件下，如雷暴、高压电流电磁场、强风等，仍能保持高水平的数据传输质量和速度。先进的光纤收发器设备能够检测光纤网络信息的中断并发出报警信号，使维护人员能够立即了解通信网络中问题的位置，保证系统的工作效率。信息采集主控站位于青衣行政大楼，每座桥，有一组网络连接站，用于采集全球定位系统定位和测量站的数据传输分支网络。连接主控站和连接站的光纤网络采用单模光纤，最大距离约为3公里；另一方面，连接定位测量站和连接站的分支光纤网络使用最长距离约为1。3公里。每组全球定位系统测量仪器需要三个异步串行通道，用于数据采集、差分校正信息传输和远程监控，每个通道的传输速度为19200波特。光纤具有很高的传输速度，一根多模光纤可以代替许多传统的铜芯数据传输线。全球定位系统信号从多模光纤传输到网络连接站后，被采集成较高频率的信号，然后通过较高质量的单模光纤传输到信息采集总控站，将原来需要100多根钢制数据传输线的传统通信网络简化为只需要一根单模光纤的每座桥光纤通信网络，大大提高了网络的运行效率和维护水平。4.全球定位系统信息处理的操作从27个全球定位系统定点测量仪器输出的全球定位系统大地坐标的经纬度数据通过光纤网络信息采集系统以每秒10次的采样率同步传输到信息处理和分析系统。信息处理和分析系统安装在青衣行政大楼的桥梁监控室，由两个计算机工作站组成：(1)第一个是操作工作站(OWS全球定位系统)，用于信息和图像处理。它通过运动图像实时显示桥梁和塔顶的初步三轴位移动态，计算桥梁扭转振动的振幅，并以时程数据的形式显示每个固定点的实测位移。OWS全球定位系统公司还负责系统操作和控制。用于监测全球定位系统测量仪器和光纤通信网络的运行状态。当系统出现问题或位移超过预设的极值时，系统会发出报警信号和红灯提醒系统管理员。(2)第二站为分析工作站(GPS-AWS)，对初步处理和分析后的信息进行结构分析和评价，用于高级图像处理，进行绘图输入和弹出工作。这两套计算机工作站都与现有的‘39号桥梁监控系统’有关；整个数据集的大脑填充系统被连接在一起。表1和表2列出了这两个工作站的主要硬件和操作软件。如有必要，全球定位系统-自动气象站操作系统可用作备份工作站，用于