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、年限過長等因素影響，近年來，因橋梁損害引發(fā)的安全事故時有發(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方式。一種基于北斗高精度定位技術(shù)的橋梁安全監(jiān)測方法應(yīng)運而生，該技術(shù)可實現(xiàn)長期實時監(jiān)測橋梁數(shù)據(jù)并進行安全預警，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產(chǎn)安全。

一、項目背景

廣東作為中國經(jīng)濟第一大省，轄區(qū)內(nèi)橋梁眾多，長大橋分布密集。為保障橋梁安全運營，相關(guān)專業(yè)單位牽頭對廣東省內(nèi)所有長大橋進行健康監(jiān)測系統(tǒng)的新建與更新。

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

二、痛點分析

設(shè)備安裝復雜運維困難：傳統(tǒng)的橋梁傳感器安裝復雜、運維困難，動輒需要封路調(diào)集橋檢車作業(yè)，還對現(xiàn)場安裝人員技術(shù)要求較高。

監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確不及時：傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測方式，由于橋梁動撓數(shù)據(jù)容易中斷，會導致數(shù)據(jù)不連續(xù)不及時，并且易受溫度、風荷載等環(huán)境因素影響，造成數(shù)據(jù)不準確。

極端環(huán)境下監(jiān)測不穩(wěn)定：受臺風、地震等自然災(zāi)害影響，橋梁的動撓度會產(chǎn)生很大的變化。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式因缺乏穩(wěn)定性，在此期間容易導致數(shù)據(jù)中斷而后臺無法監(jiān)測到極端環(huán)境下的橋梁運營狀況。

三、實施方案

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

▲3D扼流圈天線

▲GNSS測量型天線

▲MS302北斗監(jiān)測接收機

MS302北斗監(jiān)測接收機，以北斗三號高精度定位技術(shù)為核心，實現(xiàn)高精度/高動態(tài)厘米級微小變形實時在線監(jiān)測。

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

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

自研Hi-FCA技術(shù)：準確性高，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)不同場景，有效優(yōu)化電離層干擾難題，與水準儀數(shù)據(jù)對比，監(jiān)測數(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，實現(xiàn)超高動態(tài)監(jiān)測。

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

北斗授時：支持高精度北斗時鐘同步功能。

四、作業(yè)過程

1.北斗基準站的建設(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)基準站，在眾多基準站的建設(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)測站的建設(shè)

（1）在梁體對應(yīng)位置上進行監(jiān)測點位確認，并做好標記；

（2）針對混凝土結(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)測立桿；

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

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

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

▲北斗高精度監(jiān)測站相關(guān)設(shè)備安裝

五、成果展示

中海達充分發(fā)揮北斗算法的領(lǐng)先性，配合相關(guān)專業(yè)單位針對不同的橋梁類型與使用場景進行了專門的適配，為廣東省部分長大橋的健康監(jiān)測提供了充分、準確及時的數(shù)據(jù)支撐，助力客戶進行科學管養(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)已久的北斗在動態(tài)定位中可能產(chǎn)生飛點的問題；100Hz的數(shù)據(jù)輸出，可以有效捕捉因碰撞、大件運輸、重載車輛通行、臺風以及地震等因素導致的橋梁大變形的數(shù)據(jù)，為橋梁科學管養(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)的真實性，報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)。

▲主梁動撓度

▲塔頂偏位

▲錨定位移

六、項目總結(jié)

相較于傳統(tǒng)橋梁健康監(jiān)測中使用的傳感器，中海達提供的北斗高動態(tài)接收機有效解決了設(shè)備安裝運維困難，數(shù)據(jù)中斷不及時，受溫度、臺風等環(huán)境因素影響時數(shù)據(jù)不定位、不準確的問題，為橋梁安全監(jiān)測提供了新技術(shù)，對推動行業(yè)發(fā)展具有重要意義。

第一、設(shè)備安裝簡便，支持遠程調(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，無需出動橋檢車，現(xiàn)場無需配置。一方面，在保證設(shè)備正常供電供網(wǎng)的條件下，現(xiàn)場安裝人員可以做到即裝即走，大幅提升了現(xiàn)場施工效率；另一方面，由于大部分的運維工作可在后臺設(shè)置完成，大幅降低了橋梁養(yǎng)護運維費用。

第二、數(shù)據(jù)穩(wěn)定及時準確，為橋梁安全運營決策提供重要數(shù)據(jù)支撐。北斗高動態(tài)接收機不受極端天氣影響，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高、連續(xù)性強，并且可以存儲原始數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)全程可追溯，避免了數(shù)據(jù)丟失；即便在臺風、地震等自然災(zāi)害下，也能提供準確、及時的數(shù)據(jù)。

目前，中海達已為全國1000余座橋梁提供了北斗監(jiān)測設(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，中海達將持續(xù)深入優(yōu)化北斗算法以適配更多的橋梁應(yīng)用場景，為公路橋梁安全保駕護航。

審核編輯 黃宇