[发明专利]基于位置约束的北斗三频/静力水准仪斜拉桥监测方法

说明书

本发明公开了一种基于位置约束的北斗三频/静力水准仪斜拉桥监测方法，涉及桥梁形变监测技术领域，本发明能有效解决目前斜拉桥监测中的问题。具体是指利用大桥监测的特殊性，在桥平行的方向可以对变形进行约束；同时结合静力水准仪在测量高程方面的优势‑即实时精准监测，精度高达0.5毫米，实时测量出桥体在竖直方向的位移变化，对与桥面垂直的方向进行第二个约束；北斗三频接收机利用以上两个约束条件，可以实时、高效地解算出接收机的位置参数和模糊度参数，进而求出桥体的形变大小。

技术领域

本发明涉及桥梁形变监测技术领域，特别是基于位置约束的北斗三频/静力水准仪斜拉桥监测方法。

背景技术

斜拉桥作为一种重要的桥型被广泛应用在诸多大跨桥梁工程中，由于其较之其他普通梁桥、拱桥及钢桥更加轻柔的特点，车辆荷载、风荷载及地震荷载作用下的动力响应更为突出，而桥梁在环境腐蚀、材料老化和日益增加的交通量的作用下，导致了桥梁的结构损伤和功能退化，双重的压力使得对桥梁进行监测和诊断，及时建立损伤评估体系和安全预警措施成为未来建设桥梁的必然要求。

目前针对桥梁的变形监测的研究中，由于监测条件以及周围环境的限制，多路径效应成为一个主要的影响误差，而多路径误差在不同的历元具有一定的相关性，国内外均已有学者开展北斗变形监测中多路径效应处理方法相关研究工作，通过对变形监测数据进行Kalman滤波处理、小波分析以及频域分析来研究桥梁的动态变形情况,提高信号测量精度。

随着北斗软硬件的不断发展，北斗接收机采样率高、能实现四维及全天候监测的特点使得北斗动静态定位精度显著提高，然后由于卫星星历、电离层延迟、对流层延迟等误差的影响，使得北斗动态监测技术的测量精度局限在10-20mm范围内，因此国内外也有很多学者对北斗与其它传感器技术的组合进行了重点研究，包括光纤光栅传感器、加速度计、激光测量、静力水准仪等，但又有一定的局限性，光纤光栅传感器一般采用表面附着或埋入来获取局部特征参数，仅能实现点式或线式测量，加速度计在二次积分之后求得的位移会精度变低，且无法获取变化周期较长的准静态位移，激光测量随着视距的增加，测量精度也会快速降低。

在利用北斗进行变形监测中，模糊度参数N的整周固定一直是一个比较棘手的问题，因为变形监测一般精度要求比较高，而且输出频率也比较高，而模糊度固定需要精度很高的先验信息，通常需要在单个历元输出解算结果，这给模糊度的整周固定带来很大的挑战，模糊度无法整周固定，输出的浮点解精度较低而且不可靠，通常无法满足变形监测的精度要求。因此，在利用北斗进行大桥变形监测的技术中，如何进行模糊度的整周固定是需要解决的关键技术之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供基于位置约束的北斗/静力水准仪斜拉桥监测方法，本发明提高了斜拉桥变形监测中三维坐标的测量精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于位置约束的北斗三频/静力水准仪斜拉桥监测方法，包括以下步骤：

步骤1、在桥梁监测点放置静力水准仪和北斗接收机，首先测量出二者的相对位置关系，调整好二者的时钟同步；静力水准仪用于采集桥梁监测点竖直方向上的变形量，该变形量作为北斗误差方程中与桥面垂直的方向的约束量；

步骤2、通过给定水平方向的变形约束条件、以及大桥的竖直方向上的变形量，建立参数的状态方程及观测值的测量约束方程，采用卡尔曼滤波进行参数估计，实时解算出北斗接收机的位置参数和模糊度参数，进而求出桥体的形变大小；

观测值的测量约束方程为：