隨著橋梁交通流量快速提升，加上受到惡劣使用環(huán)境、荷載作用、年限過(guò)長(zhǎng)等因素影響，近年來(lái)，因橋梁損害引發(fā)的安全事故時(shí)有發(fā)生。伴隨著傳感設(shè)備、數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分析方法等新技術(shù)和新設(shè)備的發(fā)展，為橋梁管養(yǎng)提供了更多有效的檢測(cè)方式。一種基于北斗高精度定位技術(shù)的橋梁安全監(jiān)測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁數(shù)據(jù)并進(jìn)行安全預(yù)警，有效防止橋梁坍塌、垮塌等重大安全事故的發(fā)生，全力保障人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全。

一、項(xiàng)目背景

廣東作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)第一大省，轄區(qū)內(nèi)橋梁眾多，長(zhǎng)大橋分布密集。為保障橋梁安全運(yùn)營(yíng)，相關(guān)專業(yè)單位牽頭對(duì)廣東省內(nèi)所有長(zhǎng)大橋進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新建與更新。

在此次健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中，長(zhǎng)大橋主梁動(dòng)撓度的監(jiān)測(cè)由原來(lái)的多傳感器更換為北斗高動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；同時(shí)，橋塔偏位與錨定位移也均更換為北斗高精度定位監(jiān)測(cè)。中海達(dá)憑借豐富的北斗行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為此次橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)提供北斗設(shè)備與北斗定位技術(shù)。

二、痛點(diǎn)分析

設(shè)備安裝復(fù)雜運(yùn)維困難：傳統(tǒng)的橋梁傳感器安裝復(fù)雜、運(yùn)維困難，動(dòng)輒需要封路調(diào)集橋檢車作業(yè)，還對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝人員技術(shù)要求較高。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確不及時(shí)：傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)方式，由于橋梁動(dòng)撓數(shù)據(jù)容易中斷，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不連續(xù)不及時(shí)，并且易受溫度、風(fēng)荷載等環(huán)境因素影響，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

極端環(huán)境下監(jiān)測(cè)不穩(wěn)定：受臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害影響，橋梁的動(dòng)撓度會(huì)產(chǎn)生很大的變化。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式因缺乏穩(wěn)定性，在此期間容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷而后臺(tái)無(wú)法監(jiān)測(cè)到極端環(huán)境下的橋梁運(yùn)營(yíng)狀況。

三、實(shí)施方案

根據(jù)廣東省橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)度，2023年至今，中海達(dá)持續(xù)推進(jìn)北斗高精度位置服務(wù)在橋梁監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。結(jié)合長(zhǎng)大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，分別在長(zhǎng)大橋的跨中、1/4跨、1/8跨、橋塔架設(shè)北斗高動(dòng)態(tài)接收機(jī)，在錨定架設(shè)北斗靜態(tài)接收機(jī)做長(zhǎng)期穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。

▲3D扼流圈天線

▲GNSS測(cè)量型天線

▲MS302北斗監(jiān)測(cè)接收機(jī)

MS302北斗監(jiān)測(cè)接收機(jī)，以北斗三號(hào)高精度定位技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)高精度/高動(dòng)態(tài)厘米級(jí)微小變形實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

全星全頻：支持全星全頻接收，優(yōu)化對(duì)北斗三號(hào)的支持，亦可進(jìn)行單北斗解算。

智能算法：有效消除數(shù)據(jù)異常跳動(dòng)，極大提高設(shè)備抗干擾能力，顯著增強(qiáng)數(shù)據(jù)可靠性與穩(wěn)定性。

自研Hi-FCA技術(shù)：準(zhǔn)確性高，利用HIFCA魯棒抗差技術(shù)減少異常結(jié)果；精度高，算法模型自適應(yīng)不同場(chǎng)景，有效優(yōu)化電離層干擾難題，與水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)對(duì)比，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)非常吻合；響應(yīng)快，GNSS高頻解算技術(shù)提升解算效率，而GNSS/MEMS融合解算技術(shù)結(jié)合兩種傳感器優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)超高動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

高動(dòng)態(tài)：100Hz的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可滿足所有橋梁動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需求。

北斗授時(shí)：支持高精度北斗時(shí)鐘同步功能。

四、作業(yè)過(guò)程

1.北斗基準(zhǔn)站的建設(shè)

在距離合適的范圍內(nèi)，通常為3km以內(nèi)，選擇空曠穩(wěn)定的地方建設(shè)基準(zhǔn)站，在眾多基準(zhǔn)站的建設(shè)中，采用了原狀土層與建筑樓頂兩種建站方式。

▲原狀土層建站

▲建筑樓頂建站

2.北斗高精度監(jiān)測(cè)站的建設(shè)

（1）在梁體對(duì)應(yīng)位置上進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位確認(rèn)，并做好標(biāo)記；

（2）針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)采用鉆孔膨脹螺栓或者焊接形式固定監(jiān)測(cè)立桿；

（3）在鉆孔位置處用膨脹螺栓固定GNSS監(jiān)測(cè)立桿，立桿固定好以后，GNSS天線固定于監(jiān)測(cè)立桿頂部法蘭盤(pán)上；

（4）同軸電纜一端連接GNSS天線，另一端從底盤(pán)穿線孔穿入監(jiān)測(cè)立桿內(nèi)，并從立桿中部位置穿線孔穿出；然后把天線罩固定于GNSS天線底盤(pán)上部；

（5）把機(jī)箱利用抱箍固定于GNSS監(jiān)測(cè)立桿上，并將桿內(nèi)同軸線纜通過(guò)穿線口引入機(jī)箱內(nèi)，同接收機(jī)接口相連；或者直接穿透到箱梁內(nèi)部，將接收機(jī)固定到箱梁內(nèi)部的機(jī)箱里。

▲北斗高精度監(jiān)測(cè)站相關(guān)設(shè)備安裝

五、成果展示

中海達(dá)充分發(fā)揮北斗算法的領(lǐng)先性，配合相關(guān)專業(yè)單位針對(duì)不同的橋梁類型與使用場(chǎng)景進(jìn)行了專門(mén)的適配，為廣東省部分長(zhǎng)大橋的健康監(jiān)測(cè)提供了充分、準(zhǔn)確及時(shí)的數(shù)據(jù)支撐，助力客戶進(jìn)行科學(xué)管養(yǎng)決策。

尤值得一提的是，HI-FCA技術(shù)的應(yīng)用，完全解決了困擾行業(yè)已久的北斗在動(dòng)態(tài)定位中可能產(chǎn)生飛點(diǎn)的問(wèn)題；100Hz的數(shù)據(jù)輸出，可以有效捕捉因碰撞、大件運(yùn)輸、重載車輛通行、臺(tái)風(fēng)以及地震等因素導(dǎo)致的橋梁大變形的數(shù)據(jù)，為橋梁科學(xué)管養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支撐；北斗數(shù)據(jù)的全程可溯源、可事后二次解算的特性，為橋梁數(shù)據(jù)的真實(shí)性，報(bào)警信息的可靠性提供了充分的證明，并為一些突發(fā)事件的分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

▲主梁動(dòng)撓度

▲塔頂偏位

▲錨定位移

六、項(xiàng)目總結(jié)

相較于傳統(tǒng)橋梁健康監(jiān)測(cè)中使用的傳感器，中海達(dá)提供的北斗高動(dòng)態(tài)接收機(jī)有效解決了設(shè)備安裝運(yùn)維困難，數(shù)據(jù)中斷不及時(shí)，受溫度、臺(tái)風(fēng)等環(huán)境因素影響時(shí)數(shù)據(jù)不定位、不準(zhǔn)確的問(wèn)題，為橋梁安全監(jiān)測(cè)提供了新技術(shù)，對(duì)推動(dòng)行業(yè)發(fā)展具有重要意義。

第一、設(shè)備安裝簡(jiǎn)便，支持遠(yuǎn)程調(diào)試，大幅提升作業(yè)效率。設(shè)備安裝到主梁、橋塔與錨定的表面，無(wú)需出動(dòng)橋檢車，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需配置。一方面，在保證設(shè)備正常供電供網(wǎng)的條件下，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員可以做到即裝即走，大幅提升了現(xiàn)場(chǎng)施工效率；另一方面，由于大部分的運(yùn)維工作可在后臺(tái)設(shè)置完成，大幅降低了橋梁養(yǎng)護(hù)運(yùn)維費(fèi)用。

第二、數(shù)據(jù)穩(wěn)定及時(shí)準(zhǔn)確，為橋梁安全運(yùn)營(yíng)決策提供重要數(shù)據(jù)支撐。北斗高動(dòng)態(tài)接收機(jī)不受極端天氣影響，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高、連續(xù)性強(qiáng)，并且可以存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)全程可追溯，避免了數(shù)據(jù)丟失；即便在臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害下，也能提供準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)。

目前，中海達(dá)已為全國(guó)1000余座橋梁提供了北斗監(jiān)測(cè)設(shè)備，公司提供的北斗算法適用于懸索橋、斜拉橋、拱橋等不同橋型。未來(lái)，中海達(dá)將持續(xù)深入優(yōu)化北斗算法以適配更多的橋梁應(yīng)用場(chǎng)景，為公路橋梁安全保駕護(hù)航。

審核編輯 黃宇