香港青马大桥GPS监测系统

香港青马大桥GPS监测系统

目录

一、青马控制区

二、原有监测系统

三、GPS监测系统

四、系统设计

五、系统运行

一、青马控制区

青马大桥和相邻的汲水门大桥是通往香港新机场的重要通道。青马大桥：世界上最长的公路/铁路悬索吊桥，全长2200米，主跨度1377米，塔高206米。汲水门大桥：斜拉吊桥，全长820米，主跨度430米，塔高150米。汀九大桥：三塔斜拉吊桥，塔高分别为 170米、194米和158米，全长1177米，主跨度为448米和475米。

二、原有监测系统

青马控制区原有桥梁监测传感器多达774个，包括风速计、气象传感器、动力称量系统、加速度计、位移传感器、应变标尺和水平仪等7大类，用以监测：

•缆索、桥塔和桥面的结构位移

•缆索受力

•桥面应变/应力

•桥面加速度

尽管高精度加速度计所测量的加速度观测值经过二次积分后可以得到横向和垂向的位移向量，但由于加速度计对桥体低频震荡不敏感，所以通过这种方法得到的位移量是不完整、不连续的。

新型液压水平仪虽然可以获得垂向位移，但由于液压系统的惯性限制，最大采样率只能达到每秒一次，会错过一些较大的瞬间垂直位移。

原有的传统监测手段在监测桥梁振动位移方面都有一些显著缺点。

三、GPS监测系统

在1999年年中经过一系列实地测试后，香港特区政府决定在青马控制区桥梁监测系统中加入GPS系统。与传统监测手段相比，采用GPS系统有下列优点：

•直接获取三维绝对位置

•实时计算并显示三维位移

•全天候、24小时连续进行高采样率（20Hz）观测

•对原有监测系统进行独立检核

由于徕卡公司在GPS方面的产品、技术和服务都处于世界领先地位，所以香港特区政府地政署在经过招标后，将整个GPS系统的设计、安装和测试工程都承包给了徕卡公司。

四、系统设计

整个GPS监测系统包括：1）GPS测量系统

2）通信网络系统

3）控制中心分析和管理系统

1）GPS测量系统

•2台MC500 GPS接收机作为参考站，安装在大桥库房的房顶，通过整体监测软件对其进行系统整体状态的监控。

•27台MC500 GPS接收机作为监测站分别安装在桥塔顶端、桥面中部和四分之一处。

2）通信网络系统

•基干网由6500米4芯单模光纤组成，联接监测系统控制中心和3个接驳站

•从接驳站到各个监测站由16300米4芯多模光纤联结

•通过8 x 24-通道TC8108 光端机和58 x 4-端口非同步TC1885 微光端机联接GPS 接收机和接驳站

• 4 x 8-通道RS-共享装置播发RTK改正数

• 2 x Digi Box将SGI 540 NT 工作站的通信端口扩展为32个

3）控制中心分析和管理系统

2台SGI 540 NT工作站：一台用于实时处理和显示GPS RTK结果，一台用于数据存储、备份和分析。GPS监测系统能提供瞬时位移显示界面，桥面三维位移时间序列，桥塔三维位移时间序列，桥塔两端监测站的三维位移时间序列对比等成果等等，实时获得大桥线形变化等参数，对数据进行实时处理分析，能由表及里，从而对结构承载力进行评价。

五、系统运行

GPS RTK差分系统是由GPS基准站、GPS监测站和通信系统组成。基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站。监测站接收卫星信号及GPS基准站信息，进行实时差分后可实时测得站点的三维空间坐标。此结果将送到GPS监控中心。监控中心对接收机的GPS差分信号结果进行桥梁桥面、桥塔的位移、转角计算，提供大桥管理部门进行安全分析。

青马大桥是世界上第一个采用GPS技术用于大桥监测的项目，GPS在结构健康监测和高精度定位项目中的作用日渐显著。可以预见，对大桥动态连续的监测，是有效保证结构安全和交通安全的重要手段。