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北京天拓集团
东海大桥GPS监测方案
上海华测
2004年11月
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引言
GPS（全球卫星定位系统）自八十年代中期投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。正因为是它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替（逐渐地）常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。
随着社会经济和科学技术的快速发展，造桥技术不断进步，桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展。与此同时桥梁的载重、跨径和桥面宽度不断增长，结构型式不断变化。传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求，这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。目前，随着GPS技术的不断成熟，GPS自动化监测系统已经在桥梁、建筑、地震、大坝等行业中应用并取得很好的效益。GPS自动化监测系统仪器以其卓越的性能受到专家的好评。
目前，采用GPS技术用于桥梁等工程变形监测的手段已经被广泛的应用于世界各地。例如：英国Humber桥的GPS监测系统、日本明石海峡大桥的GPS监测系统、虎门大桥GPS监测系统、青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥的GPS监测系统。
从国内外的有关研究和应用可以看出GPS是一个非常有效的桥梁监测技术，GPS与其它传感器结合用于桥梁健康监测已形成了趋势。目前GPS在桥梁监测中的常见精度为1到2厘米，最高数据采样频率为10Hz。大部分的桥梁监测系统已经做到数据自动传输、自动解算处理、准实时测量结果和测量结果图形演示
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工程概述
东海大桥工程是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配套工程,为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务。
东海大桥全线可分为约2.3公里的陆上段，海堤至大乌龟岛之间约25.5公里的海上段，大乌龟至小洋山岛之间约3.5公里的港桥连接段，总长约为31公里，其中包含主航道斜拉桥和颗珠山斜拉桥。大桥按双向六车道加紧急停车带的高速公路标准设计，桥宽31.5米，设计车速80公里/小时。
东海大桥结构安全监测系统运用现代传感器与通信技术，实时监测东海大桥桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映大桥结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。 东海大桥GPS监测系统实施的目的是：
1. 通过实时监测大桥的空间位移，确定大桥的变形状况、几何线形等，为研究索塔位移与
环境变化(如温度、风等)的关系，评价大桥结构健康与安全状况提供资料 2. 为主航道斜拉桥和颗珠山斜拉桥位移监测提供数据源。 3. 提供实时高精度GPS定位数据。
4. 提供高质量的双频GPS测量数据，通过后处理获得mm级精度的位置数据。 5. 对不利环境条件下大桥结构安全状况的监测与报警；
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监测方法
东海大桥结构健康监测GPS系统控制及数据后处理分析软件安装于控制中心，配备两台服务器，一台用于设备控制，另一台用于数据分析和图形处理，以及终端服务。
在本系统中，参考站GPS、监测站GPS及控制中心考虑采用数据线串行连接（光纤）的通讯方式，与GPS系统常用的数传电台通讯方式相比较，一方面提高了系统的通讯可靠性，另一方面提高了数据传输速度。参考站播放校正数据，而监测站实时连续监测各测点的位移，采样频率10Hz。
针对GPS系统运转技术要求，每台参考站GPS的2个串口以及每台监测站GPS的3个串口均需实时双向通讯，并且有固定的数据流向要求，因此必须对10台GPS的28个串口进行编号。数据流程是：参考站数据先进入控制中心服务器，再通过光纤通讯网络发往每个监测站GPS的1号口；每个监测站GPS接收到参考站讯号后将差分计算的点位数据由2号口（通过光纤）传至控制中心服务器，保存于数据库用于显示及分析；3号口用于进行设备启动、参数设置、监视
系统组成
东海大桥形变监测系统有三部分组成：监测单元、数据传输和控制单元、数据处理分析及管理单元。这三部分形成一个有机的整体，监测单元跟踪GPS卫星并实时采集数据，数据通过通讯网络传输至控制中心，控制中心相关的软件对数据处理并分析，实时监测桥梁的形变。
监测单元两个参考站和8个监测站(即测点)。芦潮港和小洋山港区各设一个参考站；主航道斜拉桥设3个监测站，两桥塔顶各设一个，跨中桥面设一个；颗珠山斜拉桥设5个监测站，4个塔顶各设一个，跨中桥面设一个。
数据传输采用先进的光纤数据传输方式，一方面提高了系统通讯可靠性，另一方面提高了数据传输速度。
控制中心配备两台服务器，一台用于设备控制，另一台用于数据分析和图形处理，以及终端服务。结合专业的数据处理软件，实时对数据分析和图形处理。
系统组成示意图如下：
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