为满足在跨江海、峡谷、建筑群等复杂地形的区域铺设高速公路及高速铁路的要求,我国已建成大量各种各样的桥梁。桥梁在道路交通中扮演着越来越重要的角色,因其造价昂贵、施工复杂以及维护成本高,对桥梁结构建立长期且实时的监测系统具有重要意义。传统的大地测量技术受限于实时性差、精度不足和作业困难等缺点,本文设计并实现了一套基于卫星定位(GNSS)和惯性测量技术(IMU)的桥梁变形监测系统,实现了全天候、实时监测桥梁结构的各项信息。利用GPS和北斗系统的差分定位技术,结合Kalman信息融合算法,采取GNSS/IMU组合定位方式进行桥梁的变形监测。本文主要工作如下:(1)研究并分析了桥梁健康监测的基本模型,结合卫星差分定位原理和惯性定位的坐标理论,构建了GNSS/IMU组合定位的桥梁变形监测方法,并利用ZigBee无线组网技术对监测系统的传感器进行组网和数据传输;(2)详细分析和设计了本系统的软硬件部分,包含GPS/北斗卫星接收机和IMU信息的采集、各类传感器的布设方法、ZigBee扩展板的硬件设计和传输协议栈及节点的软件实现、基于ARM平台接口的硬件和数据处理的软件实现,以及对于整个监测系统中数据存储方案的构建等;(3)基于GNSS/IMU组合定位方式,提出一种改进Kalman滤波的融合定位方法,在融合算法中引入环境信息,通过定义传感器可信域,由隶属函数计算置信水平,从而确定融合权重系数。论文通过采集实际桥梁数据对比传统融合方法和本文改进方法,分析了GNSS/IMU定位在桥梁监测中的性能。结果表明:改进算法排除了误差发散问题;在卫星信号受到影响时,本文定位的可视卫星数平均增加了7个,GDOP值减小了21.83%,定位误差平均减小了1.84cm;(4)完成了监管平台的设计,并实现了监管平台与监测系统的连接,基于润扬大桥变形监测模型测试了监管平台的基本功能,结果表明监管平台可实时显示桥梁监测系统的数据并进行直观图的分析,可为监管人员和用户提供远程的数据访问和相应管理。