隨著科學技術的進步以及交通運輸的需求，許多大跨度橋梁應運而生，尤其是懸索橋以其跨度大，造型優美，節省材料而備受人們的青睞，成為大跨度橋梁的首選。但隨著跨度的增大，從幾百m到3000m；加勁梁的高跨比越來越小，（l/40～l/300）；安全系數也隨之下降，由以前的4～5下降為2～3。另外，由于其柔性大，頻率低，對風的作用很敏感。由于缺乏必要的監測和相應的養護，世界各地出現了大量橋梁損壞事故，給國民經濟和生命財產造成了巨大損失。

1994年10月韓國漢城發生了橫跨漢江的圣水大橋中央斷場50m，其中15m掉入江中，造成死亡32人、重傷17人的重大事故。據稱造成橋梁在行車高峰期突然斷裂的原因是長期超負荷運營，鋼梁螺栓及桿件疲勞破壞所致。

1940年完工的主跨853m的塔可馬大橋（Tacoma Narrows），只使用了三個月，便在19m／s的風速下造成了塌橋事故 ：1951年主跨 1280m的金門大橋于風速 15～1520m／s時因振動而造成橋體部分損壞，等等。

美國現有的約50萬座公路橋中，20萬座以上存在不同程度的損傷。1967年2月橫跨美國俄亥俄河上的銀橋突然倒塌，造成46人死于非命。

我國早期建造的斜拉橋，由于拉索的防護不合理而引起的斜拉索的嚴重銹蝕，如濟南黃河橋、廣州海印橋的斜拉索在遠未達到他們的設計壽命下，被迫全部更換，造成很大的經濟損失和不良的社會影響。

過去十幾年里，我國已建成一批大跨度橋梁，僅上海就有南浦、楊浦和徐浦大橋等具有世界先進水平的橋梁，另外，香港的青馬大橋和虎門的虎門大橋又是我國首次建立的懸索橋，近年來我國特別是沿海地區交通發展迅速，迫切需要建立一大批大跨度橋梁。為了確保這些耗資巨大，與國計民生密切相關的大橋的安全耐久，必須對這些大橋進行連續的監測。

目前，橋梁的監測越來越受到重視，許多研究人員都在致力于橋梁的監測研究，橋梁的安全監測正日益成為土木工程學科中的一個非�；钴S的研究方向[1,2,3]。

二、橋梁位移監測儀器的現狀

大跨度橋梁受風荷載，車載，溫度和地震影響較大，而在沿海地區一般無地震，主要受臺風，車載和溫度的影響，為保證其在上述條件下的安全運營，必須研究橋梁在上述條件下的實際位移曲線，而目前對風的研究僅局限于理論和模型實驗，對實橋在風作用下的研究還不充分，對車載的研究也只是在特定時間和空間下進行。主要原因是測試儀器的不合理，對大橋不能連續實時監測。目前用于結構監測的儀器主要有：經緯儀、位移傳感器、加速度傳感器和激光測試方法。

上海楊浦大橋就采用的是全站儀自動掃描法，對各個測點進行7s一周的連續掃描，其缺點是各測點不同步以及大變形時不可測。

位移傳感器是一種接觸型傳感器，必須與測點相接觸，其缺點是對于難以接近點無法測量以及對橫向位移測量有困難。

加速度傳感器，對于低頻靜態位移鑒別效果差，為獲得位移必須對它進行兩次積分，精度不高，也無法實時。而大型懸索橋的頻率一般都較低。

激光法測試精度較高，但在橋梁晃動大時由于無法捕捉光點也無法測量。

除上述不足外，對橋梁的扭角測試也力不從心，為對橋梁進行安全監測，必須尋找更好的測試方法。目前出現了利用GPS進行測試的新手段，在橋梁高層結構上進行實地測試[4~6]，過靜君與1996年對深圳帝王大廈，1998年對香港的青馬大橋進行了實驗研究，特別是1999年在廣州虎門大橋進行了實橋測試，目前已正常工作。國外的dodson，A.H，筆耕論文，1997；brown，G.J，1999也利用GPS對結構進行監測，獲得了成功，但在國內利用GPS對橋梁的測試還無先例，在國外也僅限于位移監測，利用GPS進行動力分析和研究橋梁在風和車輛作用下的力學行為還不充分。下面介紹利用GPS監測的原理和特點。

GPS位移監測原理：大橋位移監測系統是采用衛星定位系統。它是利用接收導航衛星載波相位進行實時相位差分即 RTK技術（Real Time Kinematic），實時測定大橋位移。原理見圖1。

GPS RTK差分系統是由 GPS基準站、GPS監測站和通信系統組成�；鶞收緦⒔邮盏降男l星差分信息經過光纖實時傳遞到監測站。監測站接收衛星信號及GPS基準站信息，進行實時差分后可實時測得站點的三維空間坐標。此結果將送到GPS監控中心。監控中心對接收機的GPS差分信號結果進行橋梁橋面、橋塔的位移、轉角計算，提供大橋管理部門進行安全分析。

GPS監測大橋位移特點：

（l）由于GPS是接收衛星運行定位，所以大橋上各點只要能接收到6顆以上GPS衛星及基準站傳來的GPS差分信號，即可進行GPS RTK差分定位。各監測站之間勿需通視，是相互獨立的觀測值。

（2）GPS定位受外界大氣影響小，可以在暴風雨中進行監測。

（3）GPS測定位移自動化程度高。從接收信號，捕捉衛星，到完成RTK差分位移都可由儀器自動完成。所測三維坐標可自動存入監控中心服務器進行大橋安全性分析。

（4）GPS定位速度快、精度高。GPS RTK最快可達10～20Hi速率輸出定位結果，定位精度平面為10mm，高程為20mm。

當然，GPS進行橋梁的實時監測也存在著不足，目前僅能對變形相對較大的位移進行監測，對于小位移還需進一步提高GPS的定位精度，但不排除GPS對其他大型結構的應用前景。

三、橋架空全監測的理論研究現狀

傳統檢測手段可以對橋梁的外觀及某些結構特性進行監測。檢測的結果一般也能部分地反映結構當前狀態，但是卻難以全面反映橋梁的健康狀況，尤其是難以對橋梁的安全儲備以及退化的途徑作出系統的評估。此外常規的檢測技術也難以發現隱秘構件的損傷。目前得到普遍認同的一種最有前途的方法就是結合系統識別，振動理論，振動測試技術，信號采集與分析等跨學科技術的實驗模態分析法。

在系統參數識別方面目前普遍采用兩種方法：頻域法和時域法。頻域法利用所施加的激勵和由此得到的響應，經過FFT分析得到頻響函數，然后采用諸如多項式擬和的方法得到模態參數，由于可以采用多次平均來消除隨機誤差對頻響函數的影響，采用頻域識別方法的精度有一定的保證，不過該法存在以下缺點：①基于振型不偶聯，因此，只能識別具有經典阻尼的結構的實模態。像大跨懸索橋這樣的結構，具有明顯的非經典阻尼性質。頻域法應用受到限制。②需要經過FFT分析，由此帶來了諸如泄漏等偏度誤差對參數識別的影響。近來的環境脈動法可以無須知道激勵而得到振型參數，又擴展了該法的應用范圍[7,8]。70年代后期出現的時域識別方法，彌補了頻域法的不足，可以用隨機或自由響應數據來識別模態參數。它們不必進行FFT分析，從而消除了FFT分析所帶來的誤差。尤其是它還可以從未知隨機激勵的響應信號中得到隨機減量特征，因此該方法成為能依據在線信號對系統進行識別的唯一方法。但也存在著一些缺陷：由于在參數識別時運用了所測信號的全部信息，而不是截取有效的頻段，于是信號中包含的模態數目比較多，但由于實驗測試環節及其他原因，使得其中的一些模態的信息并未被充分收集，以致只能將這些殘缺的信息看作噪聲，目前排除噪聲的方法主要有擴階識別和最小二乘法。當前利用ITD法對橋梁進行在線監測取得一定成果[9,10]綜上所述，時域法和頻域法均有自己的缺陷，應尋找一種綜合時頻的方法以提高識別精度，近來出現的小波變換可以綜合時頻，可探討其在橋梁參數識別方面的應用。在結構損傷檢測定位方面，目前可分為模型修正法和指紋分析法兩類。