沈陽建築大學交通工（gōng）程學院（yuàn）  遼寧（níng）沈陽  110168
        摘（zhāi）要：隨著社會（huì）經濟的發展，橋梁的（de）作（zuò）用（yòng）顯得越來越（yuè）重要。北鬥RTK技術作為一種新的橋梁結構健康（kāng）監測方法（fǎ），具有高精度、高效（xiào）率、全天候、實時性等優（yōu）點。本文主要（yào）對我國北鬥衛星導航係統以及RTK技術原理進行了簡單介紹，並對（duì）基於北鬥的RTK技術在橋梁監測中（zhōng）的技術優（yōu）點和應用進行了探討。
        關鍵詞：北鬥；橋梁健康監測（cè）；RTK技術；
引言
        橋梁在使用過程中，由於自然環境侵蝕以（yǐ）及車（chē）輛荷載的作用，經常導致橋梁結構損傷和功能退化，以（yǐ）致發生災難事故（gù）。為保障橋梁結構在營（yíng）運期間的承載能力、耐久性和安全性，對橋梁結構進行健（jiàn）康監測顯（xiǎn）得非常必要（yào）。全球導航（háng）衛星（xīng）係統（Global Navigation Satellite Positioning System，GNSS）作為一種新的橋梁結構動態監測方法，由於其全天候、自動化、高精度、高效率等優點，使其在橋梁健康監測方麵表現出獨（dú）特的優越性[]。長期以來，美國GPS係統在（zài）導航領域幾乎占（zhàn）據了整個市場，而高精度的GNSS監測領域也幾乎（hū）依賴於GPS。北鬥衛（wèi）星導（dǎo）航係統（BeiDou Navigation Satellite System，簡稱BDS）是我國自主研發（fā）的全球衛星定位與通信係統。研究北（běi）鬥技（jì）術在高精度測量（liàng）領域的應用，對於打破GPS在監測領（lǐng）域的壟斷，加快北鬥導航係（xì）統在各行業的應用起（qǐ）到了積極的推動作用。
        1、北鬥衛星導航係（xì）統簡介
        北鬥衛星導航係（xì）統是我國自主（zhǔ）建設、獨立運行的全球（qiú）衛星導（dǎo）航係統，是為全球用（yòng）戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國（guó）家重（chóng）要空（kōng）間基礎設施。是繼美國、俄羅斯之後第三個成熟的衛星導航係統（tǒng）。由空間段、地麵段和用戶段三部分組成，空間段現階段在軌工作（zuò）衛星（xīng）星座由5顆 GEO衛星、8顆（kē）IGSO衛星和21顆MEO衛星組成，星座分布如圖1.1所示，地麵段（duàn）由主控站、時間同步/注入站和監測站（zhàn）等組（zǔ）成，用戶段（duàn）由北鬥（dòu）用戶終端以及與其（qí）他衛星（xīng）導航係統（tǒng）兼（jiān）容的終（zhōng）端組成[][]。 
         
                  
        圖2.1 RTK工作方（fāng）式
        RTK（ Real Time Kinematic）技術是GPS實時載波相位差分的簡稱，是一種 GPS 與數據傳輸技術相結合，實時解算並進行數據處理，在 1-2秒時間內得到高精（jīng）度位置信息的技術。RTK係統由參考站和流動站組（zǔ）成，參考站通過傳輸網絡將其觀測值和測站坐（zuò）標信息一起傳給（gěi）流動站，流動站（zhàn）結合參考站發來的數據和自（zì）身的觀測數據，在係統內組成差分觀測值，並進行實時處（chù）理，如圖2.1所示，RTK能夠實時提供（gòng）流動站的三維定位結（jié）果，並達到厘（lí）米級精度，常規RTK技術的有效作用範（fàn）圍一般小於二十公裏[]。
        3、北鬥RTK技（jì）術的優勢
        3.1自主性，安全（quán）可靠
        北鬥衛（wèi）星導航係統（tǒng）是我國擁有自主知識產權的衛星導航（háng）定位係統。該係統采用安全可靠的高強度加密設計，同時提供北鬥時和（hé）中國 2000 大地（dì）坐標的時空基準，更加適（shì）用於我國交通運輸、海洋漁業、測繪地理信息、通信時（shí）統、救災減災、應急搜救等領域。
        3.2係統增強
        北（běi）鬥係統增強係統包括（kuò）地基增強係統與星基增強係統。其中北鬥星基增強係統是北鬥衛星導航係統的重要組成部分，通過地球靜止軌道衛星搭載衛星導航增強信號轉發（fā）器，可（kě）以向用戶播發星曆誤差、衛星（xīng）鍾差、電離層延遲等多種修正信息，實現對於（yú）原有衛星（xīng）導航係統定（dìng）位精度的改進。
        北鬥現階段在軌工作包含8顆IGSO衛星（傾斜地（dì）球同步軌道衛星），對中國區域（yù）進（jìn）行局（jú）部增強，解決了在高緯度地區低仰角問題，為導航定位提供更多的可見衛星以及更精（jīng）確地的差分定位服務。北鬥係統空間星座將從北鬥二號逐（zhú）步過渡（dù）到北鬥三（sān）號，在全球（qiú）範圍（wéi）內提供公開服務（wù）。北鬥三號係統繼承北鬥有源服務（wù）和無源服務兩種技術體製，能夠為全球用戶提供（gòng）基本導（dǎo）航（定位、測（cè）速、授時（shí））、全球短（duǎn）報文通信、國際搜救服務，中國（guó）及周邊地區用戶還可享有區域短報文通信、星基增強、精（jīng）密單點定位等服務。
        3.3接收信號強
        北（běi）鬥RTK是基於北鬥（dòu）衛星導航係（xì）統的RTK技術，可視衛星多，衛星（xīng）高度角大，能夠長時間以低（dī）PDOP值進行工作；能兼容其他3大定位係統，並可自由切換，保證高標（biāo）準定位精度（dù）。在我（wǒ）國領土範圍（wéi）內不會存在必然（rán）的信號盲（máng）區，比GPS-RTK 具有更好的信號接收能力。
        相同屏蔽（bì）情況（kuàng）下，GPS-RTK已經失鎖，北鬥RTK仍可以很（hěn）快鎖定13顆以上衛星，北鬥RTK鎖定衛星（xīng）能力突（tū）出，且數量穩定；北鬥RTK獲得的固定解效（xiào）率更高，GPS-RTK失鎖時，北（běi）鬥RTK還（hái）能夠快速獲得固定解（jiě）；北鬥RTK對應PDOP值更小，且趨向穩定；北鬥RTK采集坐標點位觀測平麵誤差及點位觀測誤差更小，波動很小，北（běi）鬥RTK點位（wèi）觀測平麵中誤差（chà）及點位觀測中誤差較小（xiǎo）[]。
        4、監測應用
        4.1橋墩（dūn）沉降監測
        應用北鬥RTK技術對橋墩變形進行厘米級（jí）實（shí）時動態測量，可（kě）以與傳（chuán）統（tǒng）的監測（cè）方法相配合，例如用陣列式（shì）位移（yí）傳感器或光（guāng）纖光（guāng）柵傳（chuán）感器法，對橋梁的位移、傾覆、沉降、震動變化等（děng）進（jìn）行實時監測，捕捉橋梁三維動態變化信息，並實時將監測數（shù）據傳回數據管理中心。還可結合人工測量並加上軟件解算，對橋梁的整（zhěng）體穩定性做出分（fèn）析，從而保證橋梁（liáng）的安全。
        4.2橋梁撓度監測
        橋梁撓度監測包括主（zhǔ）梁變形（轉角（jiǎo）和撓度）、拱軸線（xiàn）變形、索塔變（biàn）形等（děng）。混（hún）凝土的收縮徐變以及溫度變化等（děng）都會引起橋（qiáo）梁各（gè）部分軸線位置的變化（huà），如果（guǒ）設計位置的偏離超過規定值，橋梁的內力分（fèn）布甚至行車性能就會受到（dào）影響。因此，各類橋梁所要求的軸線位置是衡量橋（qiáo）梁（liáng）是否處於健康（kāng）狀（zhuàng）態的重（chóng）要（yào）指標。
        基於北鬥RTK的橋梁撓（náo）度監測係統由基（jī）準站、流動站、監測（cè）站和監控中心組成，各部分之間通過有線或無線網絡實現（xiàn）實時數據傳輸。根據相對定位原（yuán）理，實時地處理數據，並實時地以厘米級的精度給出測站的三維坐標。衛（wèi）星數據通過無線網絡傳輸（shū）到監測中心服務（wù）器，監測中心進行實時解算。
        5、結（jié）語
        北鬥RTK技術是衛星定位技術的一個新的（de）裏（lǐ）程碑，大大提高（gāo）了測量效率並拓展了GPS應用（yòng）領域，為（wéi）橋梁健（jiàn）康監測提供了十分有力的條件，使用北鬥RTK進行橋梁變形監測能縮（suō）短作業時間、全天時監（jiān）測、降低勞動強度。雖然目前高精度（dù）定位還是以（yǐ）GPS係統（tǒng）為主，隨著北鬥衛（wèi）星導航係統的建設步伐加快，在中國區域內高精度定位最終（zhōng）會擺（bǎi）脫對GPS的依賴（lài），北鬥RTK技術在橋梁結構健康監測和其他領（lǐng）域將得到更加廣闊的應用（yòng）。