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GPS辅助光纤陀螺桥梁线形检测研究
| 论文题名： | GPS辅助光纤陀螺桥梁线形检测研究 |
| 关键词： | 光纤陀螺;桥梁线形检测;全球定位系统;扩展卡尔曼滤波;分段校准法 |
| 摘要： | 由于材料老化、交通量剧增等因素的影响，桥梁结构会发生缓慢地变形，当变形超过安全阈值就会威胁到桥梁的安全。为了确保桥梁的正常运营，必须对桥梁进行定期检测和维护。传统的桥梁检测技术存在着效率低、影响交通、检测点不连续等缺点，难以满足我国庞大的桥梁检测需求。全球定位系统（Global Positioning System,GPS）技术可提供离散和连续测量两种模式。离散测量模式精度较高，然而操作复杂性和离散性依然较大。对于GPS连续测量模式，桥梁中重点区域的数据中断、有限的精度和测量密度限制了该方法的广泛应用。随着光纤陀螺的不断发展，一种基于光纤陀螺的桥梁线形检测系统被开发了出来，该系统与传统桥梁检测技术相比，具有测量效率高、短时精度高、测量点连续等优点，但存在着测量误差随着时间推移而发散的局限性。为了能提高该系统的性能，本课题利用GPS数据误差不随时间累积的特点，设计了一种GPS辅助光纤陀螺线形检测系统。本文所做的工作主要有以下几点： (1)阐述了光纤陀螺用于桥梁结构线形检测的基本原理；详细分析影响光纤陀螺线形检测系统测量精度的误差因素，并使用相应的方法来补偿误差对测量结果的影响。 (2)针对光纤陀螺线形检测系统的误差发散性问题，本文采用GPS来辅助光纤陀螺线形检测系统。首先阐述了系统的设计思想，随后分析卡尔曼滤波原理及计算方法，最后详细说明分段校准法的基本原理，推导了分段校准法的计算公式。 (3)研究了GPS辅助的线形检测算法。为了保证GPS的辅助效果，本文采用了卡尔曼平滑滤波算法和多趟GPS融合算法提高GPS数据的测量精度，研究了分段校准点的选取方法和数据对准方法，针对线形检测算法的误差累积问题，设计了基于分段校准法的扩展卡尔曼滤波算法，并建立了相应的算法流程，最后设计了实验来测试新系统的可行性。实验结果表明，GPS辅助光纤陀螺线形检测系统结合了GPS精度稳定不发散的特点和光纤陀螺线形检测系统测量连续及短时测量精度高的特点，不仅能对桥梁线形进行连续性测量，而且能保持高标准的测量精度，达到了预期目标。 |
| 作者： | 吴彬 |
| 专业： | 信息与通信工程 |
| 导师： | 王立新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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