一种基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109059750A(43)申请公布日2018.12.21(21)申请号201810838698.2G01S19/14(2010.01)(22)申请日2018.07.27(66)本国优先权数据201711408939.12017.12.22CN(71)申请人交通运输部科学研究院地址100029北京市朝阳区惠新里240号申请人中交宇科（北京）空间信息技术有限公司(72)发明人王里王哲陈建华刘玲程晓光郭磐石(74)专利代理机构北京市盛峰律师事务所11337代理人梁艳(51)Int.Cl.G01B7/16(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法(57)摘要本发明公开了一种基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法，涉及桥梁形变监测技术领域。利用正交小波快速分解算法处理桥梁GNSS监测信号，将分析信号在不同频带上分离，并对形变信号进行多尺度分析，利用高频信号分析桥梁在风力、车辆通行或其他地震灾害等外力作用下的瞬间位移，利用降噪后的低频信号分析桥梁动态变形体的形变轨迹，最后利用上述分析结果进一步分析桥梁形变趋势，因此，本发明通过分析GNSS监测信号中不同频率的特性，可有效地对桥梁的静力响应和动力响应进行分解，解决了现有的桥梁监测系统中，无法判断桥梁三维位移变化引起桥梁变形的原因，有效地保证了后续的监测分析，对大桥的安全监测提供了较好的保障。CN109059750ACN109059750A权利要求书1/2页1.一种基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立北斗GPS双模双差观测模型，利用所述观测模型获得的观测值构建双模双差分定位模型，基于所述双模双差分定位模型构建参数矩阵；S2，选取小波基函数，对所述参数矩阵进行小波分析，分解出高频信号和低频信号；S3，针对高频信号，通过快速动态解算，获取桥梁在车辆通行或风力作用下引起的动力响应，结合桥梁安全设计参数值，为桥梁安全预警提供依据；针对低频信号，利用已知的基线长度的约束条件，直接简化搜索空间，然后根据模糊度搜索过程中获取到的可能的模糊度组合的集合中选取最优，并进行整周模糊度可靠性检测，求取的整周模糊度，进行载波相位差分解算，求取固定解；S4，利用S3得到的结果分析桥梁形变趋势，为桥梁结构稳定性评判提供依据。2.根据权利要求1所述的基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法，其特征在于，S1中所述建立北斗GPS双模双差观测模型，具体包括如下步骤：A1，根据星历计算卫星位置；A2，利用伪距观测值解算监测站初始位置；A3，利用监测站初始位置和基准站已知坐标，建立如下的双差观测模型：A4，所述双差观测模型的双差观测值为：其中，为两个观测站的相位差，为整周未知数，为A,B两个观测站距离差，为接收机同步误差，为电离层延迟改正，为对流层延迟改正；为B站的相位观测值，i，j分别为接收到的第i颗卫星信号和第j颗卫星信号。3.根据权利要求1所述的基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法，其特征在于，S2具体为：将误差观测方程看作是随时间变化的一组信号f(t)，选择一组小波滤波系数构造变换矩阵W，并确定其分解层次I，然后对误差观测方程f(t)进行I层小波分解；设信号f(t)，其傅里叶变换为：其中，F(ω)为f(t)的像，ω为信号频率(角速度)，i为小波分解层数；将L2(R)空间的任意函数f(t)在小波基下进行展开，称其为函数f(t)的连续小波变换CWT，变换式为：其中，WTf(a,b)为小波变换系数，a,b为任意某一个尺度，ψa,b为a,b下的傅里叶变换，为母函数ψ(t)对应窗口下的小波基函数；2CN109059750A权利要求书2/2页当小波的容许性条件成立时，其逆变换(小波重构)为：其中，在给定小波基函数下，不断减小其中的尺度参数a，同时增强频率分辨率进行小波分解。4.根据权利要求3所述的基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法，其特征在于，对小波分解高频系数的阈值量化处理。5.根据权利要求4所述的基于组合差分GNSS的桥梁形变多频动态分析方法，其特征在于，S3中，所述针对高频信号，通过快速动态解算，具体为：将阈值量化处理后的小波分解高频系数进行重构，得到高频观测值，代入误差观测方程，进行模糊度的快速搜索，计算整周模糊度的浮点解，包括如下步骤：第一步，确定未知点的初始坐标，并建立模糊度搜索空间：未知点的坐标利用伪距双差观测量采用最小二乘法求解，以解的精度为指标(一般取各坐标分量的3倍标准差)建立一个三维坐标搜索空间，以该空间的8个顶点坐标和选择的3个基本双差观测量分别计算出相应的模糊度初值；然后根据