铁路桥梁构成状态动态监控数据压缩技术分析

《铁路桥梁构成状态动态监控数据压缩技术分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、铁路桥梁构成状态动态监控数据压缩技术分析第一章绪论1.1桥梁结构状态监测以及数据压缩的研究目的和意义随着我国经济的快速发展和土木工程技术的科技进步，应用新材料和新工艺所建造的大型铁路桥梁向复杂化、轻柔化、大跨径的方向发展[1-2]。铁路桥梁作为现代铁路交通运输基础设施的关键节点，在国民经济和社会安全上发挥着越来越重要的作用。一旦桥梁出现了破损情况，如果不能够及时并准确的对损伤部分进行检测与修复，人民群众的人身安全会受到威胁，以至于造成国民经济的重大损失。我国有一大部分铁路桥梁是在五六十年代建造的，现

2、在这些桥梁已经进入寿命使用期限，特别是一些大型桥梁或特大桥梁，他们的安全性是否能够正常使用，是决定铁路交通能否正常运行的一个关键节点。鉴于铁路桥梁在交通运输中的重要性以及不安全事故的频繁发生，现已不断引入桥梁健康监测系统用于铁路桥梁的实时监测，这对于保证桥梁在施工过程中和建成运营期间的结构安全评估，查明产生病害的原因起到了相当可观的作用。因此，采取应有的措施避免大型桥梁重大事故的发生，成为当前亟待解决的关键问题[3]。为了使铁路桥梁结构的安全性和耐久性得到保障，采用有效的手段监测并准确评定其安全状况

3、，控制损伤的扩大势在必行。在这样的背景下，桥梁长期监测系统应运而生。铁路桥梁长期监测系统的作用是较全面地把握桥梁结构的建造、服役全过程的受力以及桥梁的损伤演化规律，这是保障铁路桥梁合理建造和安全服役的有效手段之一[4]。就铁路桥梁的结构而言，在实际应用中，有线监测方案的实施存在一些困难。在对大型结构物进行合理有效的健康监测过程中，各种传感器数量要求在数百量级以上。对于大规模的多参数、多点、远距离测试试验来说，信号电缆需要大量铺设，尤其是在一次性试验或者实验环境条件恶劣的情况下，会花费大量人力和物力，

4、这样操作起来难度很大[5-6]。1.2数据压缩及其研究现状数据压缩的概念最初源于信息论，是信息论研究中的一个重要课题。当今社会是信息爆炸的时代，随着信息量的不断增大，为了能够准确存储这些信息与数据，又达到节省空间，提高效率的目的，众多学者已经致力于数据压缩方面的研究，以期在数据传输过程中快速、实时、有效地压缩并重构数据信息。根据数据重构后数据信息的损失度，可将数据压缩分为两大类型：无损压缩和有损压缩。无损压缩就是指将压缩后的数据解压缩后，数据与原始数据完全相同，没有任何数据的损失。无损压缩主要用于对

5、传输数据要求较高的场合，能完全准确地恢复信号的形态。无损压缩的优势在于(1)像压缩文件一样，能够100%保存数据的全部信息和数据，没有任何信息的丢失；(2)对于音频信号的压缩，解压后音质高，不受信号源的影响；(3)格式准换方便，减少工作量。基于无损压缩的特点，它也存在自身的不足：(1)由于没有摒弃任何冗余信息，无损压缩的占用空间相对比较大，压缩比不高；(2)目前，对于无损压缩的应用，缺乏相应的硬件支持。..第二章桥梁结构监测中的数据处理2.1设计滤波器滤波器在实际的信号预处理中起着非常重要的作用，因

6、为它是去除信号中的噪声的基本而有效的手段。经典滤波器从功能方面可分为四种类型[35]，即低通（LP）、高通（HP）、带通（BP）、带阻（BS）滤波器。同时，以上每种滤波器都有两种不同的形式，即模拟滤波器、数字滤波器。其中数字滤波器适用于离散系统，而模拟滤波器却适用于连续的时间系统。数字滤波器在数字信号处理领域处于举足轻重的地位。它不仅能够提取监测得到的信号，而且还能很好的剔除信号中的噪声等干扰信号。数字滤波器的优越性在于精度高，体积小，稳定性高，灵活性强。基于以上优点，数字滤波器已经得到学者的广泛关

7、注，而且在工程实际中也发挥着重要的作用。为了能够准确分析和研究信号的特性，对信号进行滤波处理是必不可少的一个环节。数字滤波器的工作原理：利用有限精度算法来实现离散时间线性的时不变，从而达到信号去噪滤波的处理效果的系统。其输入端是将模拟信号转变为数字信号的数字信息，而其输出端则为滤波后的数字信息。滤波过程的完成，通常可以通过计算机编写的应用程序来完成，也可以使用一台由一些数字硬件装配而成，并能够实现滤波功能的专用滤波器来实现。..2.2监测信号预处理MATLAB中的信号处理工具箱能够支持广泛的数字信号

8、处理的运算：产生信号的波形，滤波器的设计和实现，参数建模，信号的谱分析等。信号处理工具箱的处理对象是信号与系统。信号处理工具箱的函数是一些用M文件来表示的数字信号的处理算法，这些算法能够完成各种不同的信号处理任务。但是，工具箱中的各种函数主要是针对数字或者离散信号以及数字滤波器，而不是对模拟或者连续的信号进行操作的。工具箱所支持的滤波器主要类型是具有单输入、单输出并且线性时不变的数字滤波器。MATLAB工具箱中的滤波器的设计函数有无限冲击响应（FIR）、有限冲击响应（