面向大型桥梁动态挠度监测的高频GNSS/加速度计与MEMS-IMU融合及一致性监测理论与方法
批准号:
42074226
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
张秋昭
依托单位:
学科分类:
应用大地测量学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张秋昭
中文摘要
桥梁动态挠度监测对于桥梁安全运行与辅助设计十分重要,受高振动、活载荷复杂等特殊环境影响,GNSS技术用于大型桥梁挠度监测存在定位精度低、可靠性不足等问题。本项目以提高GNSS等多传感器集成监测大型桥梁动态挠度精度和可靠性为目标,对GNSS/加速度计/IMU融合及其一致性监测中的关键理论与方法进行基础研究,包括:1)扩展ADOP和PDOP双重约束的多系统GNSS空间均匀分布选星算法,实现模糊度解算成功率、定位精度和计算复杂度的平衡;2)GNSS/加速度计实时融合算法及其状态域一致性监测理论与方法;3)GNSS/加速度计/IMU融合理论与模型及其一致性监测方法。项目成果将为GNSS等传感器技术在桥梁等大型线性工程基础设施变形监测的广泛应用提供理论与技术支持。
英文摘要
Bridge deflection monitoring is very important for the safe operation and auxiliary design of bridges. High-speed railway bridges with large stiffness are with small deflection deformation and high vibration frequency, which makes real-time monitoring difficult by traditional technology. Due to the special environment such as high vibration and complex live load, GNSS technology is with low accuracy and poor reliability for deflection monitoring of large bridges. In order to improve the accuracy of GNSS technology in monitoring the dynamic deflection of large bridges, the key models of GNSS based multi-sensor integration models are studied, including: 1) A multi-system GNSS spatial uniform distribution satellites selection algorithm based on extended ADOP and PDOP constraints is proposed to balance the success rate of ambiguity resolution, positioning accuracy and computational complexity; 2) A GNSS/accelerometer real-time fusion algorithm and its state domain consistency monitoring theory and method are proposed; 3) A GNSS/accelerometer/IMU fusion theory and model and its consistency monitoring method are proposed. The results of the project will provide theoretical and technical support for the wide application of GNSS in deformation monitoring of large-scale linear engineering infrastructure such as large bridges.
随着我国北斗卫星导航系统的逐步完善以及多星座GNSS的应用,GNSS技术在桥梁动态监测中展现出显著的优势。然而,传统GNSS技术在高铁桥梁等刚性较强的桥梁变形监测中,面临精度不足、可靠性差等挑战。本研究通过将GNSS与加速度计融合,克服了传统技术的局限,成功实现了高精度的挠度监测。本报告针对当前GNSS技术在桥梁变形监测中的问题,提出了若干优化方法,旨在提高监测精度、可靠性与实时性。首先,提出了一种基于E-ADOP的自适应截止高度角快速选星算法(EF-multi-GNSS),通过实验验证,证明该算法能有效提高定位性能,尤其在复杂观测条件下。其次,提出了两种针对多路径效应的抑制方法,包括恒星日滤波和半天球图(MHM)方法,验证表明这两种方法在复杂环境下能够显著提高变形监测精度。为了进一步提升监测精度,报告中还提出了一种适用于桥梁变形监测的加速度计实时积分方法,该方法具有较强的自适应性,能够自动收敛并精确反映振动信息。此外,基于量测增广的GNSS/加速度计实时多速率融合滤波方法也被提出,实验表明该方法显著提高了监测精度和灵敏度,且能够满足实时监测要求。在故障检测方面,报告提出了基于状态域一致性理论的突变与慢变故障检测方法,这些方法能够高效地识别并修正GNSS/加速度计融合过程中的故障,提高了系统的鲁棒性和适应性。研究成果为我国北斗导航系统在桥梁结构健康监测领域的广泛应用奠定了基础,对于提高桥梁安全性、延长使用寿命具有重要意义,特别是在高铁桥梁的安全运营保障方面,具有深远的社会和经济价值。
特大型桥梁动态变形监测中的单频BDS/INS融合方法研究
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批准号:41504032
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2015
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负责人:张秋昭
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依托单位:
国内基金
海外基金