CN105787474A - 一种桥梁振动监测数据处理方法 - Google Patents

一种桥梁振动监测数据处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105787474A
CN105787474A CN201610186074.8A CN201610186074A CN105787474A CN 105787474 A CN105787474 A CN 105787474A CN 201610186074 A CN201610186074 A CN 201610186074A CN 105787474 A CN105787474 A CN 105787474A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
bridge
monitoring data
monitoring
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610186074.8A
Other languages
English (en)
Inventor
安庆
韩爱军
陈西江
吴浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Ruineng Power Electric Equipment Co Ltd
Original Assignee
Wuhan Ruineng Power Electric Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Ruineng Power Electric Equipment Co Ltd filed Critical Wuhan Ruineng Power Electric Equipment Co Ltd
Priority to CN201610186074.8A priority Critical patent/CN105787474A/zh
Publication of CN105787474A publication Critical patent/CN105787474A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing
    • G06F2218/02—Preprocessing
    • G06F2218/04—Denoising

Abstract

本发明公开了一种桥梁振动监测数据处理方法，通过北斗桥梁监测数据采集系统，每个监测点使用两台北斗接收机，同步采集相同时间段相同测点的桥梁振动信号，获得4组监测数据 (Sa，Sb，Sm，Sn)；从中选取不同的两组监测数据分别作为切比雪夫高通滤波器的输入信号和参考信号；利用它们的强相关性，识别桥梁的实际振动位移。本发明结合了切比雪夫高通滤波器和自适应滤波器的优势，对桥梁结构振动监测数据进行处理，能消除大部分随机噪声，并能消除输入信号和参考信号中相关性较强的误差，如多路径误差，得到更准确的桥梁结构动态位移。

Description

一种桥梁振动监测数据处理方法
技术领域
本发明涉及桥梁监测技术领域，具体是一种桥梁振动监测数据处理方法。
背景技术
目前，对桥梁结构的监测采用GNSS进行结构动态变形监测，但是多方面因素引起测量误差。GNSS短基线双差解算过程中，虽然对流层和电离层延迟产生的误差已被削弱，但是有些误差不能被削弱，如多路径误差、随机噪声，影响了结构实际振动信息的提取。多路径误差主要分布在0～0.2Hz频带，随机噪声分布在较宽频带，但能量较低。在目前GNSS数据处理方法中，能识别出厘米级桥梁结构动态位移，然而中小型桥梁结构振动幅度只有数毫米，目前的数据处理方法很难识别此类振动位移。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除大部分随机噪声、测量更准确的桥梁振动监测数据处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种桥梁振动监测数据处理方法，包括以下步骤：
一、通过北斗桥梁监测数据采集系统，每个监测点使用两台北斗接收机，北斗接收机通过北斗信号分线器与同一北斗天线连接，同步采集相同时间段相同测点的桥梁振动信号，其中一台北斗接收机以传统RTK模式解算监测数据Sa；另一台北斗接收机以NRTK模式解算监测数据Sm，两台北斗接收机亦同时采集原始信号，解算各自的PPK数据(Sb，Sn)；因此每个监测点获得4组监测数据(Sa，Sb，Sm，Sn)；
二、选取其中的两组监测数据(Sa，Sb)，忽略次要误差，这两组信号表示为：
Sa=Ma(n)+Va(n)+Na(n)
Sb=Mb(n)+Vb(n)+Nb(n)
式中n表示数据长度；Ma(n)和Mb(n)表示各自信号的多路径误差；Va(n)和Vb(n)表示各自信号的桥梁实际振动信息；Na(n)和Nb(n)表示各自信号的随机噪声；
利用它们的强相关性，识别桥梁的实际振动位移；
三、采用三种滤波方案(A，B，C)，对监测数据执行步骤二的滤波处理操作，识别各自的实际振动位移(A1，Bl，C1)；其中三种滤波方案是从监测数据(Sa，Sb，Sm，Sn)中选取不同的两组监测数据分别作为切比雪夫高通滤波器的输入信号和参考信号；取A1、B1、C1的平均值作为桥梁振动位移监测结果。
作为本发明进一步的方案：步骤二中，识别桥梁的实际振动位移的步骤如下：
（1）设计切比雪夫高通滤波器消除多路径误差，即Ma(n)和Mb(n)；根据理论计算选择合适的通带频率设计切比雪夫高通滤波器，分离长周期和短周期振动信号，采用此切比雪夫高通滤波器处理监测数据(Sa，Sb)，获得消除多路径误差Ma(n)和Mb(n)后的信号x(n)、信号d(n)：
x(n)=Va(n)+Na(n)
d(n)=Vb(n)+Nb(n)
（2）设计自适应滤波器削弱信号中的随机噪声，即Na(n)和Nb(n)；信号x(n)、信号d(n)中都包含桥梁实际振动成分和随机噪声；Va(n)和Vb(n)代表相同时段相同监测点的桥梁实际振动成分，故认为：
Va(n)=Vb(n)
利用随机噪声Na(n)和随机噪声Nb(n)的弱相关性，设计自适应滤波器来削弱随机噪声，获得降噪后的桥梁振动位移；信号x(n)作为自适应滤波器输入信号，d(n)作为自适应滤波器的参考信号，滤波器输出数据y(n)即为桥梁实际振动信号Va(n)：
Va(n)=y(n)
其中N表示自适应滤波器长度；ω(n)为滤波器系数，表示自适应滤波算法权重；
估算误差e(n)：
e(n)=d(n)-y(n)
推算出：
Nb(n)=e(n)
采用上述数据处理方法，从两组同步监测的北斗信号中识别桥梁的实际振动位移Va(n)。
作为本发明进一步的方案：长周期信号中包含多路径误差和结构准静态位移，短周期信号中包含随机噪声和结构实际振动成分。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结合了切比雪夫高通滤波器和自适应滤波器的优势，对桥梁结构振动监测数据进行处理，能消除大部分随机噪声，并能消除输入信号和参考信号中相关性较强的误差，如多路径误差，得到更准确的桥梁结构动态位移。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种桥梁振动监测数据处理方法包括以下步骤：
一、通过北斗桥梁监测数据采集系统，每个监测点使用两台北斗接收机，北斗接收机通过北斗信号分线器与同一北斗天线连接，同步采集相同时间段相同测点的桥梁振动信号，其中1#北斗接收机以传统RTK模式解算数据(Sa)，2#北斗接收机以NRTK模式解算数据(Sm)，两台北斗接收机亦同时采集原始信号，解算各自的PPK数据(Sb，Sn)。因此每个监测点可获得4组监测数据(Sa，Sb，Sm，Sn)，它们监测的结构实际振动信息理论上应该相同，但测量误差不同。
二、选取其中的两组数据(Sa，Sb)，忽略次要误差，这两组信号可以表示为：
Sa=Ma(n)+Va(n)+Na(n)
Sb=Mb(n)+Vb(n)+Nb(n)
式中n表示数据长度；Ma(n)和Mb(n)表示各自信号的多路径误差；Va(n)和Vb(n)表示各自信号的桥梁实际振动信息；Na(n)和Nb(n)表示各自信号的随机噪声。
由于Va(n)和Vb(n)代表相同时段相同监测点的桥梁实际振动信息，从理论上讲它们应该完全相等。因此可利用它们的强相关性，提取“共同成分”，从而识别桥梁振动位移。详细步骤如下：
（1）设计切比雪夫高通滤波器消除多路径误差，即Ma(n)和Mb(n)。根据理论计算选择合适的通带频率设计切比雪夫高通滤波器，分离长周期和短周期振动信号，长周期信号中包含多路径误差和结构准静态位移，短周期信号中包含随机噪声和结构实际振动成分。采用此滤波器处理监测数据(Sa，Sb)，获得消除多路径误差Ma(n)和Mb(n)后的信号x(n)、d(n)：
x(n)=Va(n)+Na(n)
d(n)=Vb(n)+Nb(n)
（2）设计自适应滤波器削弱信号中的随机噪声，即Na(n)和Nb(n)。信号x(n)、d(n)中都包含结构实际振动成分和随机噪声。Va(n)和Vb(n)代表相同时段相同监测点的桥梁实际振动成分，故可认为：
Va(n)=Vb(n)
利用随机噪声Na(n)和Nb(n)的弱相关性，设计自适应滤波器来削弱随机噪声，获得降噪后的桥梁振动位移。信号x(n)作为自适应滤波器输入信号，d(n)作为自适应滤波器的参考信号，滤波器输出数据y(n)即为结构实际振动信号Va(n)：
Va(n)=y(n)
其中N表示LMS滤波器长度；ω(n)为滤波器系数，表示自适应滤波算法权重。
估算误差e(n)：
e(n)=d(n)-y(n)
可推算出：
Nb(n)=e(n)
采用上述数据处理方法，可以从两组同步监测的北斗信号中识别桥梁结构的实际振动位移Va(n)。
三、采用三种滤波方案(A，B，C)，对监测数据执行步骤二的滤波处理操作，识别各自的实际振动位移(A1，Bl，C1)。三种滤波方案是从北斗监测数据序列(Sa，Sb，Sm，Sn)中选取不同的两组监测数据分别作为切比雪夫高通滤波器的输入信号和参考信号。取A1、B1、C1的平均值作为桥梁结构振动位移监测结果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种桥梁振动监测数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、通过北斗桥梁监测数据采集系统，每个监测点使用两台北斗接收机，北斗接收机通过北斗信号分线器与同一北斗天线连接，同步采集相同时间段相同测点的桥梁振动信号，其中一台北斗接收机以传统RTK模式解算监测数据Sa；另一台北斗接收机以NRTK模式解算监测数据Sm，两台北斗接收机亦同时采集原始信号，解算各自的PPK数据(Sb，Sn)；因此每个监测点获得4组监测数据(Sa，Sb，Sm，Sn)；
二、选取其中的两组监测数据(Sa，Sb)，忽略次要误差，这两组监测数据表示为：
Sa=Ma(n)+Va(n)+Na(n)
Sb=Mb(n)+Vb(n)+Nb(n)
式中n表示数据长度；Ma(n)和Mb(n)表示各自信号的多路径误差；Va(n)和Vb(n)表示各自信号的桥梁实际振动信息；Na(n)和Nb(n)表示各自信号的随机噪声；
利用它们的强相关性，识别桥梁的实际振动位移；
三、采用三种滤波方案(A，B，C)，对监测数据执行步骤二的滤波处理操作，识别各自的实际振动位移(A1，Bl，C1)；其中三种滤波方案是从监测数据(Sa，Sb，Sm，Sn)中选取不同的两组监测数据分别作为切比雪夫高通滤波器的输入信号和参考信号；取A1、B1、C1的平均值作为桥梁振动位移监测结果。
2.根据权利要求1所述的桥梁振动监测数据处理方法，其特征在于，步骤二中，识别桥梁的实际振动位移的步骤如下：
（1）设计切比雪夫高通滤波器消除多路径误差，即Ma(n)和Mb(n)；根据理论计算选择合适的通带频率设计切比雪夫高通滤波器，分离长周期和短周期振动信号，采用此切比雪夫高通滤波器处理监测数据(Sa，Sb)，获得消除多路径误差Ma(n)和多路径误差Mb(n)后的信号x(n)、信号d(n)：
x(n)=Va(n)+Na(n)
d(n)=Vb(n)+Nb(n)
（2）设计自适应滤波器削弱信号中的随机噪声，即Na(n)和Nb(n)；信号x(n)、信号d(n)中都包含桥梁实际振动成分和随机噪声；Va(n)和Vb(n)代表相同时段相同监测点的桥梁实际振动成分，故认为：
Va(n)=Vb(n)
利用随机噪声Na(n)和随机噪声Nb(n)的弱相关性，设计自适应滤波器来削弱随机噪声，获得降噪后的桥梁振动位移；信号x(n)作为自适应滤波器输入信号，d(n)作为自适应滤波器的参考信号，滤波器输出数据y(n)即为桥梁实际振动信号Va(n)：
Va(n)=y(n)
其中N表示自适应滤波器长度；ω(n)为滤波器系数，表示自适应滤波算法权重；
估算误差e(n)：
e(n)=d(n)-y(n)
推算出：
Nb(n)=e(n)
采用上述数据处理方法，从两组同步监测的北斗信号中识别桥梁的实际振动位移Va(n)。
3.根据权利要求2所述的桥梁振动监测数据处理方法，其特征在于，长周期信号中包含多路径误差和结构准静态位移，短周期信号中包含随机噪声和结构实际振动成分。
CN201610186074.8A 2016-03-29 2016-03-29 一种桥梁振动监测数据处理方法 Pending CN105787474A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610186074.8A CN105787474A (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种桥梁振动监测数据处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610186074.8A CN105787474A (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种桥梁振动监测数据处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105787474A true CN105787474A (zh) 2016-07-20

Family

ID=56391226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610186074.8A Pending CN105787474A (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种桥梁振动监测数据处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105787474A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109141783A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 航天恒星科技有限公司 基于全球卫星导航系统监测桥梁频率的方法
CN112067004A (zh) * 2020-09-16 2020-12-11 上海商汤临港智能科技有限公司 自动驾驶系统的时域同步方法和装置
CN114839354A (zh) * 2022-07-02 2022-08-02 杭州电子科技大学 基于滑动算法和加权策略的北斗/gps土壤湿度测量法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103335858A (zh) * 2013-06-06 2013-10-02 湖南大学 一种桥梁结构动态位移和振动频率的测量方法
CN104316168A (zh) * 2014-11-19 2015-01-28 中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所 可自校准的组网式无线振动测试仪
CN104864837A (zh) * 2015-05-27 2015-08-26 武汉光谷北斗控股集团有限公司 一种基于北斗移动cors基站的桥梁形变监测数据修正方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103335858A (zh) * 2013-06-06 2013-10-02 湖南大学 一种桥梁结构动态位移和振动频率的测量方法
CN104316168A (zh) * 2014-11-19 2015-01-28 中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所 可自校准的组网式无线振动测试仪
CN104864837A (zh) * 2015-05-27 2015-08-26 武汉光谷北斗控股集团有限公司 一种基于北斗移动cors基站的桥梁形变监测数据修正方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
余加勇: "基于GNSS和RTS技术的桥梁结构动态变形监测研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
张少锦 等: "珠江黄埔大桥结构健康与安全监测系统测点与测试方法设计", 《桥梁建设》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109141783A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 航天恒星科技有限公司 基于全球卫星导航系统监测桥梁频率的方法
CN112067004A (zh) * 2020-09-16 2020-12-11 上海商汤临港智能科技有限公司 自动驾驶系统的时域同步方法和装置
CN114839354A (zh) * 2022-07-02 2022-08-02 杭州电子科技大学 基于滑动算法和加权策略的北斗/gps土壤湿度测量法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107835035B (zh) 低信噪比短帧突发通信开环解调方法及装置
CN105787474A (zh) 一种桥梁振动监测数据处理方法
CN107563437B (zh) 基于随机森林的超宽带非视距鉴别方法
RU2015112026A (ru) Системы и способы мониторинга расхождения кода и несущей с высокочастотной фильтрацией
CN107003387A (zh) 用于运行机动车的雷达系统的方法和设备
CN102546499B (zh) 一种实线性调频信号的分数阶信道化接收方法
EP2088676B1 (en) Systems and methods for detecting a signal across multiple nyquist bands
CN105721072A (zh) 一种判断天线故障的方法、装置及终端
CN103338024B (zh) 天线组阵中时延的互补卡尔曼滤波装置与方法
CN111769810A (zh) 一种基于能量峭度谱的流体机械调制频率提取方法
CN1542572A (zh) 延时测量
CN104635204B (zh) 一种基于Duffing‑Lorenz混沌系统的信号源定位方法
CN105652254A (zh) 室外场rcs测量方法及系统
CN111507305B (zh) 基于wcsnr分数阶自适应随机共振轴承故障诊断方法
RU2015119382A (ru) Система комбинирования сигналов для передачи информации посредством постоянной огибающей
CN112764109B (zh) 偶极横波反射波的分离提取方法及装置
CN104297766B (zh) 一种基于监测接收机的导航信号相关损失评估系统与方法
CN104182617A (zh) 基于内禀波形匹配的端点效应抑制方法
CN104267414B (zh) 基于多普勒频差衰减因子的子空间互相关干扰消除方法
CN102998701A (zh) 一种套管谐波分离方法
CN104618033A (zh) 一种多层自适应形态滤波重力信号噪声抑制方法
CN106405512B (zh) 基于干扰谱和mtd滤波幅相特性的抗同频异步干扰方法
CN107390239B (zh) 基于贝叶斯估计的长码捕获方法
CN112068164A (zh) 导航卫星捕获方法、装置、卫星导航接收机及存储介质
CN110459197A (zh) 用于微弱盲信号去噪与提取的信号增强器及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160720

RJ01 Rejection of invention patent application after publication