基于EMD的桥梁GPS动态监测数据处理

采用GPS监测运营期大跨度桥梁时,受到交通载荷和观测噪声的影响,GPS监测序列中的振动信号(mm级)完全被湮没,如何从监测序列中提取桥梁变形信息及其振动特性是桥梁健康检测的重要内容。文中利用EMD方法对GPS监测序列进行处理,得到一定数量的本征模态函数(IMF),选取特定的IMF做信号重构和功率谱分析,得到桥梁变形信息和振动特性,相较于传统FFT方法,能准确识别结构振动频率,同时提取变形特征。     

苏通大桥外部变形监测内容的确定

桥梁外部变形监测是运营期桥梁检查和检验的重要内容之一,可以与结构监测相互补充、相互验证,为确保桥梁的安全提供充足的技术支持。从讨论桥梁变形监测的重要性出发,分析了苏通大桥运营期变形监测的必要性。在综述桥梁外部变形监测内容的基础上,充分分析苏通大桥结构组成、桥型等现状,确定了变形监测部位与项目,以期为类似桥梁监测工程提供借鉴。     

GPS动态几何监测系统在桥梁施工中的应用研究

介绍了苏通大桥施工期GPS动态几何监测系统的构成及监测点的布置方案,结合系统在现场应用的情况,对其动态监测的精度进行了统计分析。结果表明,水平方向位移的精度优于±5mm,高程方向优于±10mm。通过对索塔的温度响应进行分析,对上部结构施工给出了有益的建议。利用频谱分析法计算了桥梁的模态频率,与有限元模型的比较结果表明,GPS系统的模态参数识别结果是可靠的。     

桥梁索塔GPS监测信号的小波分析

针对EMD分解后直接舍去高频含噪信号可能会导致有用信息的丢失,以及小波阈值去噪中采用全局阈值去噪效果不完善等问题,该文提出了一种基于SSA的改进EMD-Wavelet耦合模型运用于桥梁索塔GPS监测信号去噪。即先对原始监测信号进行奇异谱分析,提取信号的趋势项和周期项,分析不同阶段的信号特性从而对其进行合理分段。在对经过EMD分解后的高频信号进行小波去噪时,根据信号的分段结果和给定的阈值计算函数进行分段分层取阈值。结果表明,该方法能很好地对原始坐标序列进行降噪,并且各项评价指标均优于SSA重构去噪法、EMD分解去噪法和EMD-Wavelet全局阈值去噪法,去噪效果更佳,这为索塔监测数据信号提取提供了有意义的参考。     

多传感器远程桥梁监测技术研究

本文通过试验验证了一种新的桥梁监测方法，利用PXI和SCXI总线技术搭建测量平台，用虚拟仪器软件LabVIEW编程，用Measurement ＆ Automation Explorer软件采集处理信号，模拟在不同荷载、不同车速条件下桥梁应变、挠度和振动状态的变化情况，进行桥梁的动静载测试试验，分析信号的变化情况，实现对桥梁的健康监测。     

主成分-多变量时间序列模型及其在桥梁变形预测中的应用

建立科学有效的变形预测模型对确保桥梁安全运营具有十分重要的意义。据此,提出了基于主成分和多变量时间序列模型耦合的桥梁变形预报模型,采用苏通大桥实测数据对模型的拟合、预测精度进行了分析验证。采用主成分分析方法提取了累计贡献值达95.088%的三个对桥面变形有影响的主成分,建立了主成分-多变量时间序列模型。结果表明,该模型拟合精度优于多变量时间序列法,监测点dx,dy,dH三个方向的均方根误差分别为2mm、2mm、8mm,预测精度分别为3mm、3mm、6mm,可以识别出由于结构损伤所引起的位移10mm的异常变化。说明该模型对于桥梁桥面变形预测具有一定的有效性和适用性。     

大跨径桥梁变形监测数据的组合降噪方法研究

为了准确提取桥梁GNSS监测数据中的有效变形特征,本文充分发挥自适应噪声完备集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)与小波变换(Wavelet Transform, WT)在信号降噪中的优势,将二者结合进行桥梁GNSS监测数据降噪。首先通过CEEMDAN方法将原始监测数据分解为若干个本征模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF),并通过相关系数识别出有效IMF分量,包含噪声的IMF分量以及无效IMF分量;其次使用WT软阈值降噪方法对包含噪声的IMF分量进一步降噪;最后重构降噪后IMF分量与有效IMF分量。通过仿真实验数据与苏通大桥实测GNSS数据对本文方法的有效性与优越性进行检验,结果表明,本文方法具有良好的降噪效果,能够有效提取桥梁的真实变形信息。     

GPS水准在苏通大桥工程建设中的应用研究

结合苏通长江公路大桥工程中的GPS测量与水准测量数据,用曲线拟合、曲面拟合、多面函数拟合等5种方法对该区域GPS高程进行拟合,经比较分析,验证GPS水准在桥梁建设中应用的可行性,并得出几点结论。     

集成变分模态分解和希尔伯特-黄变换的结构振动时频提取模型

振动信号的时频特征提取是分析大型工程结构物健康状态、评估结构设计参数的有效方法,也是及时诊断与预警结构异常的重要前提。针对现有特征提取方法不能准确提取完整时频特征的问题,提出一种结合变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)与希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)的时间-频率-能量多维度特征提取的新方法(VMD-HHT)。首先利用VMD提取振动事件的频率分量,滤除噪声分量;然后对提取出的振动信号进行HHT变换,获取振动事件的时间-频率-能量谱;最后为求取振动位移量,在提取的特征频率基础上,通过对加速度数据进行频域积分获取振动形变量。通过仿真分析和海洋石油平台上振动监测实测发现,所提方法能够精确提取时间-频率-能量多维特征信息,VMD-HHT模型辅助的频域积分方法求取的振动位移具有较高的精度和可靠性。     

沪苏通长江公铁大桥施工控制网复测分析

以沪苏通长江公铁大桥为例,对施工控制网建设和4期复测成果进行了全面梳理和统计分析;在施工控制网建网的基础上,通过比较各期成果,分析了控制点发生较大位移或沉降的原因,并解决了在控制点破坏的前提下如何确保工程施工控制网基准统一的问题.结合工程建设不同阶段,合理选用了复测成果,并围绕长周期建设提出了控制点保护措施.项目实践表...     

基于改进VMD的变形特征提取与分析

振动信号的时频特征提取是分析大型工程结构物健康状态、评估结构设计参数的有效方法,也是及时诊断与预警结构异常的重要前提。针对现有特征提取方法不能准确提取完整时频特征的问题,提出一种结合变分模态分解（variational mode decomposition, VMD）与希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform, HHT）的时间-频率-能量多维度特征提取的新方法(VMD-HHT)。首先利用VMD提取振动事件的频率分量,滤除噪声分量;然后对提取出的振动信号进行HHT变换,获取振动事件的时间-频率-能量谱;最后为求取振动位移量,在提取的特征频率基础上,通过对加速度数据进行频域积分获取振动形变量。通过仿真分析和海洋石油平台上振动监测实测发现,所提方法能够精确提取时间-频率-能量多维特征信息, VMD-HHT模型辅助的频域积分方法求取的振动位移具有较高的精度和可靠性。     

利用PPP固定解提取桥梁变形的可行性分析

研究了基于整数钟模糊度固定的方法,采用CNES中心的产品,以RTKLIB为平台初步实现了PPP固定解。将PPP固定解用于提取桥梁变形信息,进行桥梁安全监测。通过对某桥梁数据的事后差分动态解算、PPP浮点解解算和PPP固定解解算的结果进行分析和比对,表明PPP固定解较PPP浮点解的精度和稳定性有大幅提高,能够提取桥梁的变形量,正确识别桥梁振动频率,初步验证了其可行性。     

大型桥梁施工测量问题综合分析及应用

施工测量在大型桥梁建设过程中起着十分重要的作用,分析和解决各阶段的施工测量问题,可以保证施工测量的质量。结合苏通大桥施工测量实践,综合分析大型桥梁施工测量有关问题,包括与控制网布测有关的控制点的选埋和观测,与控制网数据处理有关的控制基准的选择,与施工过程有关的施工放样和定位检测,与施工测量质量控制有关的测量和管理人员职责的界定等。     

基于改进VMD的变形特征提取与分析

变形数据特征提取与分析是建筑物变形预测、预警及机理解释中的关键问题。基于改进变分模态分解算法(improved variational mode decomposition,IVMD)构建变形特征提取及分析新方法。利用样本熵、中心频率比及相关系数确定变分模态分解的K值建立IVMD,并应用于仿真信号、桥梁变形特征提取及分析。实验结果表明,IVMD能准确地提取仿真信号中包含的分量信号,各项指标均优于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和小波变换方法,理论上验证了IVMD算法的可靠性。IVMD能较为准确地提取桥梁固有频率及阻尼特性参数,并且较好地提取到桥梁受温度变化、多路径效应及其他环境影响引起的变形特征信息,证实了IVMD用于变形特征提取与分析的有效性。     

一种基于噪声统计特性的改进EMD降噪方法

GPS高程时间序列中通常都含有噪声,容易对GPS信号解算精度造成影响。针对这一问题,本文基于噪声统计特性,提出了一种改进的EMD降噪方法。首先将信号进行EMD分解,得到低频信号与高频噪声两个部分;然后将高频噪声部分随机打乱两次,并与原始高频噪声累加,求取平均值;最后与低频信号累加,构成一个新的信号再次进行EMD分解,提取出有用信号。最终利用模拟数据和WUHN站实测GPS高程时间序列数据对该方法进行验证。试验结果表明,当信噪比较高时,本文方法得到的降噪效果更佳。     

GPS动态监测中的大跨度桥梁振动特性提取

GPS高精度实时动态监测技术应用于大跨度桥梁监测成为获取桥梁运行状态和保障桥梁安全的重要手段,受到多种复杂因素的影响,如何提取大跨度桥梁的振动特性是该技术的关键.为了有效提取GPS桥梁振动特性,本文将处理时间观测序列十分优异的傅里叶分析应用于GPS桥梁监测数据处理,根据桥梁实际的振动特性有选择的去除不需要的频率,提取真实的桥梁振动特性.以正在实施监测的桥梁进行实验分析,证明了该方法的有效性,本文的研究为GPS桥梁动态监测数据分析提供了参考.     

大型斜拉桥环境下BDS/GPS观测数据质量分析

为了进一步提高大型斜拉桥环境下BDS系统的监测精度,进一步对相关影响进行分析处理,以苏通大桥为试验对象,通过采集不同部位的站点BDS/GPS卫星观测数据,采用自编的BDS观测数据质量分析软件与TQEC软件对观测数据的完整性、观测值与周跳比、卫星信号信噪比及多路径误差等进行计算分析。结果表明,BDS卫星数据完整性优于GPS,但信噪比与多路径误差不及GPS稳定,同时桥面观测环境下的各项指标低于岸边观测环境。因此在采用BDS进行桥梁监测时,在误差处理与解算方法上必须考虑桥梁环境的影响,特别是对多路径的处理,以更有效分离变形。     

大跨度斜拉桥GPS动态监测试验及结果分析

为确保大桥建成后的安全运行,及时掌握桥梁结构的健康状况,避免出现灾难性的后果,有必要对桥梁结构的动态特性进行测定,以检验实测值与理论设计数值的偏差程度。结合武汉白沙洲大桥的GPS动态监测试验工作,介绍了试验实施方案及其数据处理过程。应用频谱分析法有效地确定了斜拉桥跨中的振动特征,其数值结果与理论设计值吻合较好。研究表明,高采样率GPS接收机与合适的数据处理方法相结合,可以有效地确定桥梁结构的自振特性。     

苏通大桥南主塔墩特大型钢吊箱GPS-RTK测量监控技术

苏通大桥南主塔墩承台钢吊箱长117.35 m,宽51.7 m,高14.4 m,总重量达5 800t,是目前世界上体积及重量最大的桥梁钢吊箱,本文阐述了在钢吊箱的拼装、下放及就位三个关键施工环节中,以GPS RTK卫星定位技术为主要测量手段的钢吊箱施工测控技术.     

基于GPS的大跨悬索桥动态特性监测及分析

桥梁结构不同位置的动态位移能够实时反应悬索桥结构的受力性能和工作状态。介绍润扬大桥健康监测系统中GPS子系统布设方案,该系统用于监测大桥在各种荷载作用下的变形。分析桥梁结构在不同环境荷载作用下的结构反应。对GPS监测数据进行频谱分析,识别出结构的基频,并与有限元模型分析结果及振动传感器所测数据分析结果相比较,说明利用GPS可以有效、准确地监测桥梁工作状态,为该桥的承载能力、工作状态和耐久性评估提供参考依据。