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基于GNSS测速的桥梁变形监测研究
| 论文题名： | 基于GNSS测速的桥梁变形监测研究 |
| 关键词： | 桥梁工程;变形监测;全球导航卫星系统;载波相位时间差分法 |
| 摘要： | 桥梁容易受到自然和人为等因素的影响产生形变，当桥梁结构发生超出安全范围的变形时，会对桥梁结构的安全造成一定的影响。因此要构建具有时效性的，精确度高的观测方案，了解桥梁健康状况。速度信息是物体的关键信息之一，它直接反映了物体的运动状态。本文基于载波相位时间差分（Time Difference Carrier Phase，TDCP）测速模型开展研究，具体内容包括以下几个方面的工作： (1)研究了GNSS载波相位时间差分测速的原理和算法，并且介绍了高度角随机模型。随后分析了算法的误差来源，并逐个验证每种误差对测量精度的影响。完成在开源软件GAMP中加入载波相位差分测速功能，做到在定位的同时，能够解算历元间的速度变化量，用于后续实验。实验结果表明，测速算法的精度在东，北，天方向在静态均能达到毫米级；经历元间差分后，各个误差对测量精度的影响基本小于毫米级，误差曲线随时间呈现发散状态。 (2)使用不同精度的精密星历产品对国内IGS参考站提供的高频观测数据进行解算，当观测条件较为良好时精度提升能够达到x方向40%，y方向30%，及z方向3%。其精度提升的原因是消除了星历更新时测速结果的跳变。通过实验，证明不同的精密星历产品之间对测速精度的影响相差不大，因此结合超快速精密星历产品实时的特点，能够证明基于精密星历产品的TDCP测速模型具有快速解算的能力，且优于广播星历的精度和稳定性。 (3)基于不同频率的桥梁观测数据，使用TDCP测速模型测量桥梁振动的速率，经过实验验证，观测频率为1Hz的流动站速度误差整体的变化曲线在x，y，z方向上均有降低，达到cm/s，因此TDCP用于桥梁变形监测能够有效的测量厘米级以上的历元间位置变化量。观测频率为10Hz的基站测速结果与理论结果相差较大，认为在测量时需要考虑观测频率的影响。将10Hz数据转换为1Hz后，基站的测量精度符合参考精度。 (4)建立基于TDCP测速模型的离散线性系统，使用固定区间平滑中的RTS算法对不同频率数据的测速结果结果进行平滑。实验证明，算法能够平滑跳变历元，却无法完全消除，统计结果显示突变对精度的影响缩小至0.1mm/s。频率为1Hz的数据平滑后静态测速精度在三个方向均有1mm/s以上的提高，流动站的速度曲线能够准确的反映桥面产生激励动作的时间段，并且能够测量速度峰值。对于10Hz的数据，RTS能够快速的收敛异常测速结果，能够发挥更高采样频率数据的优势，使基站和流动站的RMS值能够达到1mm/s以内，证明了TDCP测速模型结合RTS平滑后能够得到更加广泛的应用，能够解算出更加精准的结果。 |
| 作者： | 翟常鑫 |
| 专业： | 大地测量学与测量工程 |
| 导师： | 李增科 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2021 |
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