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基于GPS的桥梁变形监测数据处理与分析

李纬  
【摘要】:随着国民经济和交通事业的蓬勃发展,越来越多的大跨度桥梁应运而生。由于桥梁结构的复杂性和重要性使得桥梁结构在运营过程中的安全问题引起了人们的高度重视。国内外频繁发生的桥梁事故也使得对桥梁进行必要的变形监测显得尤为重要。由此,大型桥梁变形监测成为土木工程界关注和研究的热点领域。传统的监测方法都有其优缺点和相应的适用条件,GPS作为一种最新的监测手段用于桥梁变形监测有其他方法无法比拟的优点,全天候、自动化程度高、实时监测等。当然在实际变形监测中也要将GPS监测技术与传统监测方法相结合来更好的把握桥梁的变形特点和安全性。GPS监测获得的是与时间有关的数据序列,通常既包含桥梁真实的变形信号,也含有信号误差即噪声。因此需要对观测数据进行降噪处理提取真实的信号特征。本文主要开展了以下几个方面的研究工作: 1、对GPS观测数据进行处理提取真实变形信号的方法很多,本文采用小波分析这种时频局域化分析方法进行数据降噪处理。首先从理论上分析了从傅里叶变换到小波分析的发展过程,介绍了小波变换的多分辨特性以及几种常用的小波函数,为后面的应用过程掌握一定理论基础。 2、结合长江大桥现场实际情况,论述了GPS变形监测系统的设计与实施过程,包括基站和监测点的布置,GPS接收机和天线的选择,系统后处理软件的算法、通讯网络结构等。 3、讨论了小波变换的分解层次、小波函数、阈值模型和量化函数的选取准则,运用小波分析方法对大桥GPS实测数据进行降噪处理,定量比较不同分解层次、不同小波函数、不同阈值模型和不同量化函数降噪效果的不同,得到db6小波、和heursure阈值模型在软阈值量化作用下对原始信号降噪后效果较好。对实际工程监测数据的降噪处理具有一定的参考价值。 4、在提取桥梁真实变形特征的基础上,将GPS监测系统数据与IBIS-S系统数据进行对比,验证了GPS系统数据的可靠性。根据GPS监测数据分析桥梁运营过程中的变形情况并与理论值进行对比,得到两塔测点之间的距离和高差与实际基本吻合,跨中上下游测点变形趋势一致具有很强的相关性,GPS监测系统运行正常,保证了桥梁的安全运行。 5、对全文进行总结,并对今后的研究工作提出一些展望。


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