案例|高动态厘米级监测！广东这些长大桥有了北斗“守护者”

news2024/9/28 8:30:43

随着桥梁交通流量快速提升，加上受到恶劣使用环境、荷载作用、年限过长等因素影响，近年来，因桥梁损害引发的安全事故时有发生。伴随着传感设备、数字通讯网络、数据分析方法等新技术和新设备的发展，为桥梁管养提供了更多有效的检测方式。一种基于北斗高精度定位技术的桥梁安全监测方法应运而生，该技术可实现长期实时监测桥梁数据并进行安全预警，有效防止桥梁坍塌、垮塌等重大安全事故的发生，全力保障人民群众生命和财产安全。

一、项目背景

广东作为中国经济第一大省，辖区内桥梁众多，长大桥分布密集。为保障桥梁安全运营，相关专业单位牵头对广东省内所有长大桥进行健康监测系统的新建与更新。

在此次健康监测系统建设中，长大桥主梁动挠度的监测由原来的多传感器更换为北斗高动态监测；同时，桥塔偏位与锚定位移也均更换为北斗高精度定位监测。中海达凭借丰富的北斗行业应用经验，为此次桥梁健康监测系统建设提供北斗设备与北斗定位技术。

二、痛点分析

设备安装复杂运维困难：传统的桥梁传感器安装复杂、运维困难，动辄需要封路调集桥检车作业，还对现场安装人员技术要求较高。

监测数据不准确不及时：传统的桥梁监测方式，由于桥梁动挠数据容易中断，会导致数据不连续不及时，并且易受温度、风荷载等环境因素影响，造成数据不准确。

极端环境下监测不稳定：受台风、地震等自然灾害影响，桥梁的动挠度会产生很大的变化。传统的监测方式因缺乏稳定性，在此期间容易导致数据中断而后台无法监测到极端环境下的桥梁运营状况。

三、实施方案

根据广东省桥梁健康监测系统的建设进度，2023年至今，中海达持续推进北斗高精度位置服务在桥梁监测领域的应用。结合长大桥健康监测系统方案，分别在长大桥的跨中、1/4跨、1/8跨、桥塔架设北斗高动态接收机，在锚定架设北斗静态接收机做长期稳定性监测。

▲3D扼流圈天线

▲GNSS测量型天线

▲MS302北斗监测接收机

MS302北斗监测接收机，以北斗三号高精度定位技术为核心，实现高精度/高动态厘米级微小变形实时在线监测。

全星全频：支持全星全频接收，优化对北斗三号的支持，亦可进行单北斗解算。

智能算法：有效消除数据异常跳动，极大提高设备抗干扰能力，显著增强数据可靠性与稳定性。

自研Hi-FCA技术：准确性高，利用HIFCA鲁棒抗差技术减少异常结果；精度高，算法模型自适应不同场景，有效优化电离层干扰难题，与水准仪数据对比，监测数据非常吻合；响应快，GNSS高频解算技术提升解算效率，而GNSS/MEMS融合解算技术结合两种传感器优势，实现超高动态监测。

高动态：100Hz的动态数据，可满足所有桥梁动态监测需求。

北斗授时：支持高精度北斗时钟同步功能。

四、作业过程

1.北斗基准站的建设

在距离合适的范围内，通常为3km以内，选择空旷稳定的地方建设基准站，在众多基准站的建设中，采用了原状土层与建筑楼顶两种建站方式。

▲原状土层建站

▲建筑楼顶建站

2.北斗高精度监测站的建设

（1）在梁体对应位置上进行监测点位确认，并做好标记；

（2）针对混凝土结构和钢结构采用钻孔膨胀螺栓或者焊接形式固定监测立杆；

（3）在钻孔位置处用膨胀螺栓固定GNSS监测立杆，立杆固定好以后，GNSS天线固定于监测立杆顶部法兰盘上；

（4）同轴电缆一端连接GNSS天线，另一端从底盘穿线孔穿入监测立杆内，并从立杆中部位置穿线孔穿出；然后把天线罩固定于GNSS天线底盘上部；

（5）把机箱利用抱箍固定于GNSS监测立杆上，并将杆内同轴线缆通过穿线口引入机箱内，同接收机接口相连；或者直接穿透到箱梁内部，将接收机固定到箱梁内部的机箱里。

▲北斗高精度监测站相关设备安装

五、成果展示

中海达充分发挥北斗算法的领先性，配合相关专业单位针对不同的桥梁类型与使用场景进行了专门的适配，为广东省部分长大桥的健康监测提供了充分、准确及时的数据支撑，助力客户进行科学管养决策。

尤值得一提的是，HI-FCA技术的应用，完全解决了困扰行业已久的北斗在动态定位中可能产生飞点的问题；100Hz的数据输出，可以有效捕捉因碰撞、大件运输、重载车辆通行、台风以及地震等因素导致的桥梁大变形的数据，为桥梁科学管养提供数据支撑；北斗数据的全程可溯源、可事后二次解算的特性，为桥梁数据的真实性，报警信息的可靠性提供了充分的证明，并为一些突发事件的分析提供数据依据。