基于GNSS和RTS技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)和自動(dòng)型全站儀(Robotic TotalStation，RTS)是目前獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形信息的兩種主要技術(shù)手段。本文以英國(guó)諾丁漢Wilford懸索橋和長(zhǎng)沙三汊磯湘江大橋?yàn)閷?shí)驗(yàn)研究對(duì)象，對(duì)GNSS和RTS傳感器動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)噪聲特性、多傳感器集成、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分、數(shù)據(jù)濾波等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。論文的主

2、要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)分析了GNSS和RTS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的測(cè)量誤差來(lái)源及其特性，提出削弱各項(xiàng)誤差及提高監(jiān)測(cè)精度的措施。在GNSS測(cè)量中，采用誤差改正模型法或觀測(cè)值求差法修正電離層和對(duì)流層延遲誤差;采用觀測(cè)值求差法修正衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差和接收機(jī)位置誤差;采用濾波降噪法修正多路徑誤差和儀器內(nèi)部測(cè)量誤差。在RTS測(cè)量中，采用目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)降低照準(zhǔn)誤差;采用校準(zhǔn)方法降低儀器軸線誤差;采用濾波降噪法削弱傳感器背景

3、噪聲。另外，分析了中國(guó)區(qū)域GPS/Galileo組合導(dǎo)航系統(tǒng)的幾何精度因子，預(yù)報(bào)了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)精度。
　　(2)研究了集成GNSS和加速度計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)方法。提出GNSS多模式數(shù)據(jù)采集方法，設(shè)計(jì)了結(jié)合最小均方差自適應(yīng)濾波和切比雪夫高通濾波的多模式自適應(yīng)濾波器(Multimode Adptive Filter，MAF)，同步獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分和后處理動(dòng)態(tài)差分共3種解算模式的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果。設(shè)計(jì)精密時(shí)

4、間數(shù)據(jù)采集器(Precise Time Data Logger，PTDL)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝裝置，實(shí)現(xiàn)GNSS與加速度計(jì)傳感器的時(shí)間同步和豎軸同軸。以英國(guó)諾丁漢Wilford懸索橋?yàn)閷?shí)驗(yàn)研究對(duì)象，采用上述的多模式數(shù)據(jù)采集和MAF濾波方法，監(jiān)測(cè)該橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)，識(shí)別出亞毫米級(jí)精度的橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移，以及兩類傳感器結(jié)果完全吻合的模態(tài)頻率。
　　(3)研究了集成RTS和加速度計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)方法。設(shè)計(jì)RTS和加速度計(jì)傳感器聯(lián)合安裝系統(tǒng)

5、，確保各傳感器軸線平行或重合;建立RTS傳感器動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)的規(guī)范化流程，完成數(shù)據(jù)修復(fù)、坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換、準(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)位移分解和結(jié)構(gòu)模態(tài)分析;提出RTS和加速度計(jì)聯(lián)合監(jiān)測(cè)方法，解決RTS傳感器對(duì)高頻信號(hào)敏感度低的問(wèn)題。以英國(guó)諾丁漢Wilford懸索橋?yàn)閷?shí)驗(yàn)研究對(duì)象，采用RTS和加速度計(jì)聯(lián)合監(jiān)測(cè)方法，監(jiān)測(cè)該橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移，識(shí)別出亞毫米級(jí)精度的橋梁結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)位移和動(dòng)態(tài)位移，以及誤差小于1.8％的模態(tài)頻率。
　　(4)研究了基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差

6、分技術(shù)的GNSS動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)方法。進(jìn)行了模擬和實(shí)橋?qū)嶒?yàn)，分析網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)的噪聲特性。根據(jù)其噪聲特性設(shè)計(jì)了用于振動(dòng)位移及頻率識(shí)別的小波數(shù)據(jù)處理方案，論證該技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)的可行性。該方法不需要建立獨(dú)立的基準(zhǔn)站，可降低監(jiān)測(cè)成本，達(dá)到傳統(tǒng)GNSS解算方法的測(cè)量精度。
　　(5)對(duì)長(zhǎng)沙三汊磯湘江大橋進(jìn)行了有限元建模分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)大橋結(jié)構(gòu)幾何尺寸、材料特性等參數(shù)，采用MIDAS/Civil軟件建立該懸索橋有限元模型。通