[發(fā)明專利]加速度計輔助GNSS實時提取高鐵橋梁動態(tài)撓度的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010434478.0
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111735380A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張秋昭;高興旺;張書畢;鄭南山
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 湯金燕

本發(fā)明公開了一種加速度計輔助GNSS實時提取高鐵橋梁動態(tài)撓度的方法，在高鐵大橋上采集多系統(tǒng)GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)，建立單差殘差序列和多路徑誤差模型，對下一多路徑重復(fù)周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，消除了多路徑誤差對GNSS定位結(jié)果的影響；針對高低頻動態(tài)位移的提取，通過GNSS位移序列和加速度位移序列進(jìn)行相關(guān)性分析，提取出低頻位移分量，最后和加速度位移序列重構(gòu)，得到高鐵大橋的整體動態(tài)位移序列。其有效提高了GNSS位移定位精度、加速度數(shù)據(jù)輔助GNSS數(shù)據(jù)有效的分離出高鐵大橋的高低頻率位移，得以獲得更加準(zhǔn)確的高鐵大橋整體動態(tài)位移；能夠?qū)崟r、高效、更加精確的實現(xiàn)對高鐵大橋的動態(tài)位移監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種加速度計輔助GNSS實時提取高鐵橋梁動態(tài)撓度的方法。

背景技術(shù)

為確保高速鐵路的運營安全，高鐵全線采用封閉行車模式，橋梁在高鐵線路所占比 例較大，其中跨河特大型橋梁(鐵路橋長度500米以上)更是高速鐵路安全運營的關(guān)鍵節(jié)點。這些大橋投資巨大，在社會及國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。目 前突出的問題在于很多大型橋梁建設(shè)速度過快，設(shè)計規(guī)程及其假定結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)并未得 到充分完整的檢核；此外有些地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，導(dǎo)致垮橋事故經(jīng)常發(fā)生。因此，監(jiān)測 高鐵沿線橋梁結(jié)構(gòu)健康對確保高速鐵路安全運行與反饋橋梁設(shè)計參數(shù)十分重要。

橋梁結(jié)構(gòu)的動撓度直接反映移動荷載作用下梁體的撓度動態(tài)變化，通過在橋梁荷載 試驗中獲取的動撓度時程曲線，可以計算出反映橋梁動力響應(yīng)的沖擊系數(shù)；在實施橋梁健康監(jiān)測過程中，獲取的長期、連續(xù)的動撓度變化量，可以輔助橋梁維護(hù)與設(shè)計。因此， 監(jiān)測高鐵橋梁在高速列車、風(fēng)、溫度、水流乃至地震等荷載下的動態(tài)撓度變形十分重要。 橋梁撓度測量方法有多種。精密水準(zhǔn)高程法通過水準(zhǔn)儀定期進(jìn)行橋面監(jiān)測點的水準(zhǔn)高程 測量，由高程變化反映主梁的撓度變形，精度較高，但存在費時費力、中斷交通、實時 性差等不足；連通管撓度監(jiān)測法依據(jù)連通管內(nèi)液面水平的原理，通過監(jiān)測連通管內(nèi)液位 的變化，換算得到橋梁撓度的變化，具有監(jiān)測范圍大、精度高、不受現(xiàn)實惡劣環(huán)境影響 等優(yōu)點，近年來受到了廣泛的重視，但存在監(jiān)測滯后、動態(tài)性能差等問題；超高精度全 站儀監(jiān)測法，由馬達(dá)驅(qū)動機(jī)器人全站儀依次掃描橋梁監(jiān)測點，得到橋梁變形情況，可以 用于橋梁的靜動載檢測試驗，應(yīng)用于大跨橋梁動態(tài)撓度監(jiān)測存在成本高、受環(huán)境影響大、 不能進(jìn)行多點同步監(jiān)測等問題；激光投射法利用激光的準(zhǔn)直性，在橋梁監(jiān)測點上安裝目 標(biāo)靶，通過計算激光投影的坐標(biāo)推算橋梁動態(tài)撓度，采樣速度高、監(jiān)測精度高，但易受 橋梁現(xiàn)場環(huán)境干擾，且成本較高，必須通視，難以在大型橋梁實時撓度監(jiān)測中廣泛應(yīng)用。 近年來發(fā)展起來的地基干涉雷達(dá)技術(shù)，可獲取橋梁動態(tài)撓度變化規(guī)律，但仍存在精度受 轉(zhuǎn)換模型限制、監(jiān)測受通視條件與作業(yè)距離限制、成本高、無法提供絕對位移、觀測數(shù) 據(jù)不連續(xù)等問題，難以用于日常運營監(jiān)測。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)的實時差分技術(shù)可以全天候、實時、較高精度自動獲取變形體動態(tài)位移信息，且不受通視條件、距離 限制，已在橋梁動態(tài)撓度監(jiān)測方面充分展現(xiàn)了其巨大的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于斜拉橋、懸索 橋等柔性公路橋梁變形監(jiān)測。

由于高鐵橋梁等剛度較大的橋梁對梁體豎向撓度要求較高， 傳統(tǒng)GNSS動態(tài)定位技術(shù)在監(jiān)測高鐵橋梁等橋梁時存在監(jiān)測精度不足、可靠性較差以及 費用較高等問題。近年來，有些國家分別積極推進(jìn)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)和GLONASS系統(tǒng)的現(xiàn)代化，伽利略系統(tǒng)(Galileo)也在積極組網(wǎng)，北斗 三代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDouNavigation System,BDS)已于2018年底正式向全球提供 服務(wù)。