[發明專利]一種基于小波分析提取北斗橋梁變形監測動態特性的方法

在審

• 申請號: 202011549575.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112762886A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 方明山;藺巖;許超鈐;孫英杰;王鑫哲
• 申請（專利權）人: 浙江舟山北向大通道有限公司;寧波冶金勘察設計研究股份有限公司;武漢大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01S19/14;G06K9/00
• 代理公司: 天津市尚儀知識產權代理事務所(普通合伙) 12217
• 代理人: 高正方

本發明公開了一種基于小波分析提取北斗橋梁變形監測動態特性的方法，使用北斗衛星導航系統技術對橋梁進行動態監測，利用小波分析技術準確提取北斗衛星導航系統監測數據中的有用信息。本發明出了在小波分解北斗衛星導航系統監測數據時將分解系數量化，采取對北斗衛星導航系統監測數據分段去噪的處理手段，分尺度確定小波閾值的大小后再進行小波閾值處理，該方法理論上可以獲得更為平滑且保留更多橋梁實際動態特性的去噪結果，采用多層次劃分的方法對各頻段進行分解，能夠對在多分辨率分析中沒有分解的高頻段進行進一步分解，且能夠根據信號自身的特征自適應的將相應頻帶與原始信號的頻譜特性進行匹配，極大的增強了時頻分辨率。

技術領域

本發明涉及橋梁維護和安全運營技術領域，具體為一種基于小波分析提取北斗橋梁變形監測動態特性的方法。

背景技術

北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并且具備短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度為分米、厘米級別，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

橋梁形變監測設備主要由傳感系統、信號采集與處理系統、通訊系統和監控中心等部分組成，由于北斗衛星導航系統具有全天候、高精度、高頻率和實時性等諸多優點而被廣泛用于橋梁的健康監測，如何快速地處理海量北斗衛星導航系統與其它傳感器的測量數據，從中提取有用的變形信息，預報與預測橋梁的健康狀況成為橋梁健康監測的核心問題。

近年來，大跨徑公路橋梁建設如火如荼，作為交通樞紐在跨江河湖海、高山峽谷等天然或人工屏障中被廣泛采用，運營期的大跨徑橋梁因長期受交通荷載、地震、船舶碰撞、風力和溫度變化等外部因素影響，導致其易發生結構變形，需要進行及時的檢測與修復，橋梁的北斗衛星導航系統動態監測數據由兩個部分構成：一是橋梁自身和受外部環境因素而引起的實際振動；二是觀測數據中含有的各種誤差和噪聲，橋梁的振動具有簡諧性質，自身的振動變形比較緩慢，屬于一種弱信號，這與小波分析理論中的低頻部分相對應，而觀測數據中的各種誤差和噪聲卻屬于高頻變化，這與小波包分析理論中的高頻部分相對應。

綜上所述，如何利用小波分析理論從橋梁北斗衛星導航系統動態觀測數據中提取橋梁的實際變形量是一個亟需解決的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

本發明一種基于小波分析提取北斗橋梁變形監測動態特性的方法，使用北斗衛星導航系統技術對橋梁進行動態監測，利用小波分析技術準確提取北斗衛星導航系統監測數據中的有用信息，對監測橋梁變化和保障橋梁安全運營起到至關重要的作用。

作為本發明的一種優選技術方案，分析了4種常用閾值應用于橋梁北斗衛星導航系統動態監測數據的去噪，證明固定閾值卻存在過度去噪的現象，而自適應閾值在去噪的同時可以保存橋梁北斗衛星導航系統監測信號豐富的實際特征。

作為本發明的一種優選技術方案，提出采用分層、分段的數據處理方法對橋梁北斗衛星導航系統監測數據進行去噪，該方法可以得到較為平滑的去噪結果且能有效的從北斗衛星導航系統動態監測數據中提取橋梁的動態特性。

作為本發明的一種優選技術方案，利用小波分析對橋梁北斗衛星導航系統動態監測數據進行去噪，易出現高頻信號中有用信息丟失的情況，對此提出采用小波包技術對橋梁北斗衛星導航系統監測數據進行去噪，去噪結果表明小波包法在去噪的同時能夠保留高頻信號中的有用信息，因此保留了更多的橋梁動態特性。

作為本發明的一種優選技術方案，采用分層、分段處理技術對橋梁北斗衛星導航系統動態監測數據去噪，合理的設置分段點以及解決各階段邊緣的隔斷現象。