关键词：
北斗卫星导航系统
变形监测
多路径效应
振动频率
监测系统
摘要：
随着施工技术的进步,工程材料的发展,近年来各大城市的高层建筑、超高层建筑、公路桥梁等大型城市基础设施的数量不断增加,在运营阶段,这些大型建构筑物结构易受环境载荷和人为因素变化的影响,产生振动或者结构变形,当变形量超过安全值时,会造成灾害事故的发生,严重威胁人民生命财产安全。结构健康监测是保障和维护大型建构筑物安全运营的重要手段,通过对大型建构筑物结构的实时动态监测,对结构健康作出及时诊断和预警,为大型建构筑物的稳定性、安全性提供充分可信的科学保障。然而,传统的建构筑物变形监测数据采集方式多为人工采集,不仅成本高,且从数据采集经过分析后得到预警结果的中间过程时间较长,无法实现对大型建构筑物实时动态监测,当出现结构异常时无法达到及时预警的目的。针对上述背景,本文利用GNSS变形监测技术具有精度高、自动化程度高且可以全天候实时监测的优点,开发了一种基于北斗的建构筑物变形监测数据平台,本文主要工作如下:（1）通过对本文背景及国内外研究现状的调研,通过对大型建构筑物结构健康监测需求的分析,从多角度对系统的硬件架构和软件架构进行了设计,经过系统开发与测试,实现了监测网与监测站点管理功能、变形分析功能、预警管理功能、监测设备配置功能、权限管理功能、历史数据下载功能。（2）通过分析北斗动态监测原理及其主要测量误差,提出消除或削弱各种误差的策略,设计了北斗建构筑物变形监测数据平台硬件采集子系统的数据采集方案,将基准站和监测站采集到的卫星数据通过4G无线网络传输至云服务器,采用实时动态差分定位技术对监测数据进行解算,消除各种客观环境造成的误差,提高监测精度。通过实测数据表明,该方案在振动监测方面具备良好性能,采样快速完整,数据传输稳定,且数据平台解算及时,定位精高,满足对建构筑物形变监测的要求。（3）GNSS在大型建构筑物变形监测中,其定位结果易受多路径效应的影响,是GNSS相对定位的主要误差来源。为了消除多路径误差,提高系统的监测精度,本文通过经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）的多路径噪声去除模型,利用多路径效应在邻近几日的坐标序列具有较强重复性,实现多路径误差的消除。实验结果表明,多路径误差削弱后的坐标序列稳定性增强,变形监测精度显著提高。（4）研究了GNSS数据在大型建构筑物结构振动频率提取模型,通过EMD消除GNSS数据中的随机噪声和多路径误差,采用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）和峰值提取方法提取结构振动频率,并提出将GNSS数据累积计数器方法用于实时监测。实验分析了车辆荷载对长城振动产生的影响,并准确提取到了长城的结构振动频率,说明车辆通行产生的振动对长城的形变造成影响。目前,本系统已经在怀柔区长城环境振动灾害监测工程中投入实际应用,通过对长城的长期监测,分析发现车辆通行、降雨、降雪以及水库是影响长城形变的重要因素,同时,通过工程应用证明:本文开发的基于北斗的建构筑物变形监测数据平台可以实现对建构筑物的长期实时动态监测,且具有稳定性好、精度高、不受天气条件影响、自动化程度高的特点,满足设计需求。
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