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1、大型斜拉桥变形监测技术方法与精度分析研究目 录中文摘要英文摘要1 引言11.1 大型斜拉桥的历史和趋势11.1.1 大型斜拉桥的发展历史11.1.2 大型斜拉桥的发展趋势11.2 大型斜拉桥变形监测的内容及特点21.2.1 大跨径斜拉桥的监测特点与变形原理21.2.2 大型斜拉桥变形监测的内容21.3 近景摄影测量的研究现状与趋势32 常规的变形监测方法42.1 垂直位移监测42.2 水平位移监测52.3 挠度监测62.4 GPS定位系统布设平面基准网72.5 利用精密水准测量方法布设高程基准网并进行沉降观测82.6 利用全站仪坐标法对横向水平位移进行监测82.7 测量机器人（智能型全站仪）实
2、时监测法83 GPS方法进行变形监测103.1 GPS-RTK 方法实时自动监测103.2 使用GPS与全站仪进行变形监测104 用近景摄影测量的方法对大型斜拉桥进行变形监测114.1 近景摄影测量的定义114.2 近景摄影测量的特点114.3 近景摄影测量的摄影方式和精度要求124.4 近景摄影测量在大型斜拉桥变形监测中的可行性分析124.5 使用近景摄影测量方法的实施过程134.6 自动提取监测体的标志点134.6.1近景摄影测量的基本原理144.6.2子像素图像处理144.7精度分析154.8近景摄影测量的展望165 总结17致 谢18参考文献19 II大型斜拉桥变形监测技术方法与精度分
3、析研究摘 要本文主要介绍了大型斜拉桥变形监测的常规方法及新方法，并着重分析了GPS方法、测量机器人方法和近景摄影测量方法的精度及优缺点。通过对其优缺点的对比分析得出了用近景摄影测量的方法对大型斜拉桥进行变形监测将会是斜拉桥变形监测的发展趋势的结论。随着科技的进步及大型斜拉桥的快速发展，大型斜拉桥迫切需要一种实时高效、高精度、高自动化的方法对其进行变形监测，以适应社会的发展。用近景摄影测量的方法进行变形监测是一种新型的监测方法，该方法以其测量速度快、自动化程度高、高精度、可瞬间成像等优点成为大型斜拉桥变形监测发展的主要趋势。近景摄影测量监测的重点是怎样才能快速、准确地获取变形体上的各个监测点的三
4、维坐标，怎样采用最合理的平差方法对数据进行平差。本文通过对近景摄影测量方法的原理和数据处理方法的研究分析，以期得到更加精确的三维坐标点，为大型斜拉桥的安全运营提供更加准确的数据指导。关键词 大型斜拉桥；变形监测；近景摄影测量；优缺点；原理；数据处理IANALYSIS OF DEFORMATION MONITORING TECHNOLOGY AND ACCURACY FOR LARGE SUSPENSION BRIDGEABSTRACT This paper describes the conventional method and new method of the large cable-s
5、tayed bridge deformation monitoring and analysis the precision advantages and disadvantages of GPS method, measurement the robot methods and close-range photogrammetry method. We can come to the conclusion that the deformation monitoring of large cable-stayed bridge with a close-range photogrammetry
6、 method will be the conclusion of the cable-stayed bridge deformation monitoring trends by comparing their advantages and disadvantages. With the advancement of technology and the rapid development of large cable-stayed bridge, the large cable-stayed bridge is an urgent need for a real-time efficien
7、cy, high precision, high automation to monitore its deformation , in order to adapt to social development.With a close-range photogrammetry method of deformation monitoring is a new monitoring method, which has become the main trends of the development of large-scale cable-stayed bridge deformation
8、monitoring because of its high speed, high degree of automation, high-precision, instant imaging. The focus of monitoring with close-range photogrammetry is how to quickly and accurately obtain three-dimensional coordinates of the various monitoring points on the deformable body, how to use the most
9、 reasonable adjustment data adjustment.This paper research and analysis the principle of close-range photogrammetry method and methods of data processing in order to get a more accurate three-dimensional coordinate points and provide more accurate data to guide for the safe operation of large cable-
10、stayed bridge.KEY WORDS large cable-stayed bridge; deformation monitoring; close-range photogrammetry; advantages and disadvantages; principle; data processingII1 引言1.1 大型斜拉桥的历史和趋势1.1.1 大型斜拉桥的发展历史 斜拉桥的历史可以追溯到17世纪。斜拉桥最早见于1617年威尼斯建筑大师福斯图斯费尔安蒂翁斯（FranstusVeranti）出版的一部著作，这部著作第一次提到了用斜拉索吊拉的桥梁，近似于悬索桥和斜拉桥的混合
11、结构。1784年在德国出现了具有斜拉桥所有特征的木制悬带结构。1817年，英国建造了跨径约为33米的皇家草场桥，它使用斜拉杆连接铸铁的塔架。1824年，跨径达78米的斜拉链条桥在德国建造成功。1873年，英国的艾尔伯特（Albert）出现在了泰晤士河上。1926年，由西班牙工程师设计的第一座钢筋混泥土斜拉桥修建于西班牙古尔达勒特桥上，它是20世纪最引人注目的建筑物，其中心孔径为57.3米，设有两个铰结构。 在这二、三十年的发展过程中，斜拉桥经历了从悬吊体系到悬吊斜拉混合体系，再到单纯的悬吊自锚体系的发展。而在这个时期，由于缺乏高强材料、斜拉索易于松弛、无法对复杂的超静定结构进行精确计算等原因，
12、使得斜拉桥发生很大变形而导致事故频繁发生。在这以后的一段的时间里，斜拉桥的发展基本处于停滞的状态。 二战以后，人们认识到斜拉桥体系的优越性，并重新对桥型作了深入研究。1949年，德国人狄辛格尔指出，必须对斜拉索施加足够的应力才能使梁体的变形不致过大。1955年由德国设计的世界上第一座现代化斜拉桥斯特罗姆桑特大桥在瑞典建成。1957年，世界上第一座混泥土斜拉桥马拉开波桥试验桥顺利建成，以此揭开了混泥土斜拉桥建设的序幕。 20世纪70年代以后，法国普鲁东桥、西班牙Luna斜拉桥等预应力斜拉桥大量兴起。进入90年代以后，斜拉桥的跨度不断加大，如日本的多多罗大桥、法国的诺曼底大桥等等。 我国的现代化斜
13、拉桥是在70年代以后才开始发展的，如1975年的四川云阳桥、1976年的上海新五桥和1980年的广西红水河铁路桥。之后，我国的斜拉桥建设如雨后春笋般崛起。1993年上海杨浦大桥主跨628米，是国内跨度最大的钢箱梁斜拉桥。香港的昂船洲大桥主跨可达1018米，苏通长江大桥的主跨达到1088米，在世界桥梁史上也是名列前茅的。1.1.2 大型斜拉桥的发展趋势 目前，全世界的斜拉桥种类多种多样，并朝着结构多样化、轻型化的方向发展，主要体现在以下几个方面： （1）桥面的轻型化。近年来，由拉索造价、桥面重量减少，结构更趋于轻巧和柔性的方向发展。在大跨径斜拉桥中更多地采用叠合梁，从而有效地减轻桥面重量，提高了
14、跨越能力。 （2）塔台结构的多样化。早期斜拉桥塔台多采用钢性结构，近年来越来越多地采用混凝土塔材料。为了使梁体获得更高的扭转自振频率以提高其临界颤振风速，大跨径斜拉桥多采用倒“Y”形或钻石形塔这两种类型索塔。 （3）多跨型斜拉桥。近年来多跨型斜拉桥被广泛的采用。这种结构早期是由Ricardo设计的马拉开波桥，其结构概念非常清楚：即一系列具有足够刚度的索塔：预应力混凝土桁架斜拉索悬臂支撑简支挂梁。 （4）拉索的新型化。随着桥梁跨径不断增大，拉索垂度也逐渐增大，而桥梁刚度却随之降低，因此需要考虑设置辅助斜拉索。斜拉索的防护材料现在大多数都采用PE材料外包有色PU材料，另外，高阻尼材料和阻尼器也被广
15、泛应用于斜拉桥上。1.2 大型斜拉桥变形监测的内容及特点1.2.1 大跨径斜拉桥的监测特点与变形原理 大型斜拉桥是在近代才发展起来的一种新型桥，其结构特点是跨度大、塔柱高且具有一定的柔韧性。针对这些特点如何对其进行监测是我们非常关心的问题。虽然有些桥梁已经建立了健康监测系统，可以对桥梁内力结构、变形原因进行大致的了解，但是要真正实现桥梁的安全监测，还必须实时了解桥梁几何量的变化情况。因此，研究如何将大地测量原理及各种测量仪器应用在大跨径斜拉桥的变形监测中十分必要。归纳起来，桥梁的变形有以下几种原因：（1）自然条件的变化，如桥墩地基的工程地质、水文地质、土壤性质、气温及水位的变化等等。（2）桥梁的共振现象，如车辆和人群动荷载使桥梁结构振动而加大振动变形。（3）其他原因，如洪水、船舶、河中浮冰等都可能对桥墩产生撞击而使桥梁变形。1.2.2 大型斜拉桥变形监测的内容（1）桥梁墩台的变形观测桥梁墩台的垂直位移观测。主要包括桥梁墩台上特定点的垂直位移和与桥梁轴线方向一致的倾斜观测。桥梁墩台的水平位移观测。其中横向位移观测是指在桥梁各墩台的上、下游进行的水平位移观测；纵向位移
