[發明專利]一種基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態分析方法

有效

• 申請號: 201810838698.2
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109059750B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 王里;王哲;陳建華;劉玲;程曉光;郭磐石
• 申請（專利權）人: 交通運輸部科學研究院;中交宇科（北京）空間信息技術有限公司
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01S19/14
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 梁艷

本發明公開了一種基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態分析方法，涉及橋梁形變監測技術領域。利用正交小波快速分解算法處理橋梁GNSS監測信號，將分析信號在不同頻帶上分離，并對形變信號進行多尺度分析，利用高頻信號分析橋梁在風力、車輛通行或其他地震災害等外力作用下的瞬間位移，利用降噪后的低頻信號分析橋梁動態變形體的形變軌跡，最后利用上述分析結果進一步分析橋梁形變趨勢，因此，本發明通過分析GNSS監測信號中不同頻率的特性，可有效地對橋梁的靜力響應和動力響應進行分解，解決了現有的橋梁監測系統中，無法判斷橋梁三維位移變化引起橋梁變形的原因，有效地保證了后續的監測分析，對大橋的安全監測提供了較好的保障。

技術領域

本發明涉及橋梁形變監測技術領域，尤其涉及一種基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態分析方法。

背景技術

GPS定位系統由于其定位的高度靈活性和常規測量技術無法比擬的高精度，成為測量學科中革命性變化。隨著GPS定位精度的提高和高采樣頻率，提供了建筑物實時或準實時位移監測的可能。受GPS單點定位精度所限，目前應用在高精度建筑物位移監測中，通常采用GNSS監測的方法。

差分GNSS的基本工作原理如圖1所示，主要是利用處于同一地域內的不同接收機，通過差分的方法消除衛星時鐘誤差、衛星星歷誤差、電離層延時與對流層延時等測量值中所包含的4種誤差成分。目前，各GNSS系統都有著自己不同程度的優化，但是各GNSS系統受到其自身星座與衛星信號本身易受干擾和遮蔽等方面的限制，使得單一系統的定位性能(可靠性、精度和完整性)難得到保證。北斗衛星導航系統的星座布局除了采用中地球軌道衛星(MEO)外，還擁有5顆對地靜止軌道衛星(GEO)，其特點是保持對地面的相對位置不變，在進行組合差分處理中將其作為主星，其穩定性要優于以最大仰角或最大信噪比等方式選擇出來的主星，可有效改進解算精度。國內外專家學者對北斗/GPS組合GNSS系統進行了研究和仿真測試，認為組合系統能夠有效地解決衛星信號的遮擋問題，消除多路徑效應的影響，是提高定位性能的重要手段。

目前，載波相位差分方法中，大多將GNSS解算后的數據作為原始觀測值信號輸入，再進行處理。在數據處理過程中，采用各種信號去噪的方法，如KALMAN濾波、FFT變換等，將觀測模型中的粗差去掉，即高頻信號被當成是噪聲過濾掉，僅保留低頻信號來研究橋梁的變形監測。

但是，實際上，在橋梁GNSS信號分析中，高頻信號所代表的瞬間位移反映了動態載荷或風力作用對橋梁的結構影響，如風力作用下、車輛通行甚至是地震等自然災害引起的橋梁振動。這些振動量若超過橋梁設計載荷值，極易發生重大事故。

所以，現有技術的處理方法還存在較大的風險，急需改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態分析方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于組合差分GNSS的橋梁形變多頻動態分析方法，包括如下步驟：

S1，建立北斗GPS雙模雙差觀測模型，利用所述觀測模型獲得的觀測值構建雙模雙差分定位模型，基于所述雙模雙差分定位模型構建參數矩陣；

S2，選取小波基函數，對所述參數矩陣進行小波分析，分解出高頻信號和低頻信號；

S3，針對高頻信號，通過快速動態解算，獲取橋梁在車輛通行或風力作用下引起的動力響應，結合橋梁安全設計參數值，為橋梁安全預警提供依據；針對低頻信號，利用已知的基線長度的約束條件，直接簡化搜索空間，然后根據模糊度搜索過程中獲取到的可能的模糊度組合的集合中選取最優，并進行整周模糊度可靠性檢測，求取的整周模糊度，進行載波相位差分解算，求取固定解；

S4，利用S3得到的結果分析橋梁形變趨勢，為橋梁結構穩定性評判提供依據。