桥梁是公路的命脉,它的健康监测和安全运营评估越来越受到人们的重视。桥梁线形能够反演桥梁内力变化,是桥梁健康状况的重要指标。测量桥梁线形的传统方法有水准仪法、全站仪法、GPS测量法等,现有桥梁线形测量的方法大多采用离散点的测量,很难满足对大规模桥群快速、精确线形测量的需求。武汉理工大学提出了利用单轴光纤陀螺测量长跨度桥梁连续线形的新方法,该方法具有连续、高效、精确等特点。由于使用单个光纤陀螺传感装置,该方法只能实现直线型桥梁的结构线形测量,对于弯道桥梁的测量存在较大误差。本文提出一种采用三轴光纤陀螺的桥梁线形测量方法,该方法以单轴光纤陀螺桥梁线形测量方法为基础,不仅保留了单轴光纤陀螺桥梁线形测量方法的优点,同时具备了对大型弯曲桥梁进行测量的能力,扩展了光纤陀螺测量桥梁线形的应用范围。本文对三轴光纤陀螺桥梁线形测量方法进行了深入研究,所做主要工作如下:(1)对三轴光纤陀螺桥梁线形测量方法中关键器件三轴陀螺、加速度计、里程仪进行研究,给出了测量系统初始化中的粗对准和精对准及姿态、位置、速度更新方法与理论分析。(2)为了抑制线形测量方法中存在的零偏误差和随机误差,采用静态Allan方差分析法,对光纤陀螺静态输出数据进行分析,构建三轴光纤陀螺静态随机误差模型,并运用动态Allan方差分析法对陀螺动态数据进行分析。为提高测量精度,构建Kalman滤波器,对输出信号进行滤波降噪处理,实验表明滤波器能有效降低噪声对测量精度的影响。(3)对基于三轴光纤陀螺桥梁线形测量方法的可行性进行了路面实验研究。以高精度GPS所测水平位置信息和水准仪所测高程信息为参考,分别在不同测量距离、不同测量路径等情况下,运用三轴光纤陀螺桥梁线形测量设备对预设路面进行检测。初步实验结果表明直线120 m、210 m、300m路段测量高程的最大相对误差分别为2.96 cm、2.43 cm和5.1 cm,弯道210 m、600 m时高程测量相对误差为3.8 cm、25 cm。实验表明基于三轴光纤陀螺的桥梁线形测量方法能够实现对桥梁线形的测量,但在测量精度上还有待进一步提高。(4)对影响测量精度的相关因素进行分析与讨论。航向角变化与待测路面平整情况对系统测量精度的影响较大;测量途中增加辅助修正点,可以提高测量精度;采用具有一定减震效果的软质气胎车轮可以从车体改造方面有效提高测量精度。