基于GNSS和RTS技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)變形監(jiān)測研究.pdf

1、動態(tài)變形監(jiān)測是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)和自動型全站儀(Robotic TotalStation，RTS)是目前獲取結(jié)構(gòu)動態(tài)變形信息的兩種主要技術(shù)手段。本文以英國諾丁漢Wilford懸索橋和長沙三汊磯湘江大橋為實驗研究對象，對GNSS和RTS傳感器動態(tài)監(jiān)測噪聲特性、多傳感器集成、網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)差分、數(shù)據(jù)濾波等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。論文的主

2、要工作及創(chuàng)新點如下:
　　(1)分析了GNSS和RTS動態(tài)監(jiān)測技術(shù)的測量誤差來源及其特性，提出削弱各項誤差及提高監(jiān)測精度的措施。在GNSS測量中，采用誤差改正模型法或觀測值求差法修正電離層和對流層延遲誤差;采用觀測值求差法修正衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差和接收機位置誤差;采用濾波降噪法修正多路徑誤差和儀器內(nèi)部測量誤差。在RTS測量中，采用目標(biāo)自動識別技術(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，分析了中國區(qū)域GPS/Galileo組合導(dǎo)航系統(tǒng)的幾何精度因子，預(yù)報了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的變形監(jiān)測精度。
　　(2)研究了集成GNSS和加速度計的橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測方法。提出GNSS多模式數(shù)據(jù)采集方法，設(shè)計了結(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)，同步獲取實時動態(tài)差分、網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)差分和后處理動態(tài)差分共3種解算模式的變形監(jiān)測結(jié)果。設(shè)計精密時

4、間數(shù)據(jù)采集器(Precise Time Data Logger，PTDL)和監(jiān)測點安裝裝置，實現(xiàn)GNSS與加速度計傳感器的時間同步和豎軸同軸。以英國諾丁漢Wilford懸索橋為實驗研究對象，采用上述的多模式數(shù)據(jù)采集和MAF濾波方法，監(jiān)測該橋結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)，識別出亞毫米級精度的橋梁結(jié)構(gòu)振動位移，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和加速度計的橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測方法。設(shè)計RTS和加速度計傳感器聯(lián)合安裝系統(tǒng)

5、，確保各傳感器軸線平行或重合;建立RTS傳感器動態(tài)變形監(jiān)測的規(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)與動態(tài)位移分解和結(jié)構(gòu)模態(tài)分析;提出RTS和加速度計聯(lián)合監(jiān)測方法，解決RTS傳感器對高頻信號敏感度低的問題。以英國諾丁漢Wilford懸索橋為實驗研究對象，采用RTS和加速度計聯(lián)合監(jiān)測方法，監(jiān)測該橋梁結(jié)構(gòu)振動位移，識別出亞毫米級精度的橋梁結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)位移和動態(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)實時動態(tài)差

6、分技術(shù)的GNSS動態(tài)變形監(jiān)測方法。進行了模擬和實橋?qū)嶒?，分析網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)差分技術(shù)的噪聲特性。根據(jù)其噪聲特性設(shè)計了用于振動位移及頻率識別的小波數(shù)據(jù)處理方案，論證該技術(shù)進行結(jié)構(gòu)動態(tài)變形監(jiān)測的可行性。該方法不需要建立獨立的基準(zhǔn)站，可降低監(jiān)測成本，達到傳統(tǒng)GNSS解算方法的測量精度。
　　(5)對長沙三汊磯湘江大橋進行了有限元建模分析和現(xiàn)場監(jiān)測。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