[发明专利]加速度计辅助GNSS实时提取高铁桥梁动态挠度的方法

说明书

本发明公开了一种加速度计辅助GNSS实时提取高铁桥梁动态挠度的方法，在高铁大桥上采集多系统GNSS监测数据和加速度数据，建立单差残差序列和多路径误差模型，对下一多路径重复周期的数据进行改正，消除了多路径误差对GNSS定位结果的影响；针对高低频动态位移的提取，通过GNSS位移序列和加速度位移序列进行相关性分析，提取出低频位移分量，最后和加速度位移序列重构，得到高铁大桥的整体动态位移序列。其有效提高了GNSS位移定位精度、加速度数据辅助GNSS数据有效的分离出高铁大桥的高低频率位移，得以获得更加准确的高铁大桥整体动态位移；能够实时、高效、更加精确的实现对高铁大桥的动态位移监测。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种加速度计辅助GNSS实时提取高铁桥梁动态挠度的方法。

背景技术

为确保高速铁路的运营安全，高铁全线采用封闭行车模式，桥梁在高铁线路所占比 例较大，其中跨河特大型桥梁(铁路桥长度500米以上)更是高速铁路安全运营的关键节点。这些大桥投资巨大，在社会及国民经济的可持续发展中起着举足轻重的作用。目 前突出的问题在于很多大型桥梁建设速度过快，设计规程及其假定结构设计参数并未得 到充分完整的检核；此外有些地区地质灾害频发，导致垮桥事故经常发生。因此，监测 高铁沿线桥梁结构健康对确保高速铁路安全运行与反馈桥梁设计参数十分重要。

桥梁结构的动挠度直接反映移动荷载作用下梁体的挠度动态变化，通过在桥梁荷载 试验中获取的动挠度时程曲线，可以计算出反映桥梁动力响应的冲击系数；在实施桥梁健康监测过程中，获取的长期、连续的动挠度变化量，可以辅助桥梁维护与设计。因此， 监测高铁桥梁在高速列车、风、温度、水流乃至地震等荷载下的动态挠度变形十分重要。 桥梁挠度测量方法有多种。精密水准高程法通过水准仪定期进行桥面监测点的水准高程 测量，由高程变化反映主梁的挠度变形，精度较高，但存在费时费力、中断交通、实时 性差等不足；连通管挠度监测法依据连通管内液面水平的原理，通过监测连通管内液位 的变化，换算得到桥梁挠度的变化，具有监测范围大、精度高、不受现实恶劣环境影响 等优点，近年来受到了广泛的重视，但存在监测滞后、动态性能差等问题；超高精度全 站仪监测法，由马达驱动机器人全站仪依次扫描桥梁监测点，得到桥梁变形情况，可以 用于桥梁的静动载检测试验，应用于大跨桥梁动态挠度监测存在成本高、受环境影响大、 不能进行多点同步监测等问题；激光投射法利用激光的准直性，在桥梁监测点上安装目 标靶，通过计算激光投影的坐标推算桥梁动态挠度，采样速度高、监测精度高，但易受 桥梁现场环境干扰，且成本较高，必须通视，难以在大型桥梁实时挠度监测中广泛应用。 近年来发展起来的地基干涉雷达技术，可获取桥梁动态挠度变化规律，但仍存在精度受 转换模型限制、监测受通视条件与作业距离限制、成本高、无法提供绝对位移、观测数 据不连续等问题，难以用于日常运营监测。

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的实时差分技术可以全天候、实时、较高精度自动获取变形体动态位移信息，且不受通视条件、距离 限制，已在桥梁动态挠度监测方面充分展现了其巨大的优势，广泛应用于斜拉桥、悬索 桥等柔性公路桥梁变形监测。

由于高铁桥梁等刚度较大的桥梁对梁体竖向挠度要求较高， 传统GNSS动态定位技术在监测高铁桥梁等桥梁时存在监测精度不足、可靠性较差以及 费用较高等问题。近年来，有些国家分别积极推进全球定位系统(Global Positioning System，GPS)和GLONASS系统的现代化，伽利略系统(Galileo)也在积极组网，北斗 三代卫星导航系统(BeiDouNavigation System,BDS)已于2018年底正式向全球提供 服务。