隨著橋梁交通流量快速提升，加上受到惡劣使用環境、荷載作用、年限過長等因素影響，近年來，因橋梁損害引發的安全事故時有發生。伴隨著傳感設備、數字通訊網絡、數據分析方法等新技術和新設備的發展，為橋梁管養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的橋梁安全監測方法應運而生，該技術可實現長期實時監測橋梁數據并進行安全預警，有效防止橋梁坍塌、垮塌等重大安全事故的發生，全力保障人民群眾生命和財產安全。

一、項目背景

廣東作為中國經濟第一大省，轄區內橋梁眾多，長大橋分布密集。為保障橋梁安全運營，相關專業單位牽頭對廣東省內所有長大橋進行健康監測系統的新建與更新。

在此次健康監測系統建設中，長大橋主梁動撓度的監測由原來的多傳感器更換為北斗高動態監測；同時，橋塔偏位與錨定位移也均更換為北斗高精度定位監測。中海達憑借豐富的北斗行業應用經驗，為此次橋梁健康監測系統建設提供北斗設備與北斗定位技術。

二、痛點分析

設備安裝復雜運維困難：傳統的橋梁傳感器安裝復雜、運維困難，動輒需要封路調集橋檢車作業，還對現場安裝人員技術要求較高。

監測數據不準確不及時：傳統的橋梁監測方式，由于橋梁動撓數據容易中斷，會導致數據不連續不及時，并且易受溫度、風荷載等環境因素影響，造成數據不準確。

極端環境下監測不穩定：受臺風、地震等自然災害影響，橋梁的動撓度會產生很大的變化。傳統的監測方式因缺乏穩定性，在此期間容易導致數據中斷而后臺無法監測到極端環境下的橋梁運營狀況。

三、實施方案

根據廣東省橋梁健康監測系統的建設進度，2023年至今，中海達持續推進北斗高精度位置服務在橋梁監測領域的應用。結合長大橋健康監測系統方案，分別在長大橋的跨中、1/4跨、1/8跨、橋塔架設北斗高動態接收機，在錨定架設北斗靜態接收機做長期穩定性監測。

▲3D扼流圈天線

▲GNSS測量型天線

▲MS302北斗監測接收機

MS302北斗監測接收機，以北斗三號高精度定位技術為核心，實現高精度/高動態厘米級微小變形實時在線監測。

全星全頻：支持全星全頻接收，優化對北斗三號的支持，亦可進行單北斗解算。

智能算法：有效消除數據異常跳動，極大提高設備抗干擾能力，顯著增強數據可靠性與穩定性。

自研Hi-FCA技術：準確性高，利用HIFCA魯棒抗差技術減少異常結果；精度高，算法模型自適應不同場景，有效優化電離層干擾難題，與水準儀數據對比，監測數據非常吻合；響應快，GNSS高頻解算技術提升解算效率，而GNSS/MEMS融合解算技術結合兩種傳感器優勢，實現超高動態監測。

高動態：100Hz的動態數據，可滿足所有橋梁動態監測需求。

北斗授時：支持高精度北斗時鐘同步功能。

四、作業過程

1.北斗基準站的建設

在距離合適的范圍內，通常為3km以內，選擇空曠穩定的地方建設基準站，在眾多基準站的建設中，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.北斗高精度監測站的建設

（1）在梁體對應位置上進行監測點位確認，并做好標記；

（2）針對混凝土結構和鋼結構采用鉆孔膨脹螺栓或者焊接形式固定監測立桿；

（3）在鉆孔位置處用膨脹螺栓固定GNSS監測立桿，立桿固定好以后，GNSS天線固定于監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測立桿內，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監測立桿上，并將桿內同軸線纜通過穿線口引入機箱內，同接收機接口相連；或者直接穿透到箱梁內部，將接收機固定到箱梁內部的機箱里。

▲北斗高精度監測站相關設備安裝

五、成果展示

中海達充分發揮北斗算法的領先性，配合相關專業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測提供了充分、準確及時的數據支撐，助力客戶進行科學管養決策。

尤值得一提的是，HI-FCA技術的應用，完全解決了困擾行業已久的北斗在動態定位中可能產生飛點的問題；100Hz的數據輸出，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據，為橋梁科學管養提供數據支撐；北斗數據的全程可溯源、可事后二次解算的特性，為橋梁數據的真實性，報警信息的可靠性提供了充分的證明，并為一些突發事件的分析提供數據依據。

▲主梁動撓度

▲塔頂偏位

▲錨定位移

六、項目總結

相較于傳統橋梁健康監測中使用的傳感器，中海達提供的北斗高動態接收機有效解決了設備安裝運維困難，數據中斷不及時，受溫度、臺風等環境因素影響時數據不定位、不準確的問題，為橋梁安全監測提供了新技術，對推動行業發展具有重要意義。

第一、設備安裝簡便，支持遠程調試，大幅提升作業效率。設備安裝到主梁、橋塔與錨定的表面，無需出動橋檢車，現場無需配置。一方面，在保證設備正常供電供網的條件下，現場安裝人員可以做到即裝即走，大幅提升了現場施工效率；另一方面，由于大部分的運維工作可在后臺設置完成，大幅降低了橋梁養護運維費用。

第二、數據穩定及時準確，為橋梁安全運營決策提供重要數據支撐。北斗高動態接收機不受極端天氣影響，數據穩定性高、連續性強，并且可以存儲原始數據，從而實現了數據全程可追溯，避免了數據丟失；即便在臺風、地震等自然災害下，也能提供準確、及時的數據。

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

審核編輯 黃宇