基于桥梁gps监测数据的频域分析

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1、同济大学土木工程学院硕士学位论文基于桥梁GPS监测数据的频域分析姓名：黄川申请学位级别：硕士专业：大地测量学与测量工程指导教师：沈云中20080101摘要GPS因其能够全天候、高精度、高分辨率地采集桥梁形变数据，在桥梁健康监测中得到广泛应用。桥梁形变GPS观测数据是由多种低频和高频周期信号叠加的时间序列。目前对于观测数据的分析，主要包含时域分析和频域分析两大部分。本文从频域分析的角度出发，基于东海大桥GPS观测数据，通过傅立叶变换将其转换到频域空间，经过频谱分析可提取各种周期项信息，分析这些周期变形的激发机制，同时对于微分后的加速度信号，通过小波变换，进一步鉴别桥梁运营过程中的健康状况

2、。文中主要的研究内容如下：1．总结了桥梁健康监测的研究和应用现状，并对目前应用较为广泛的数据处理方法进行了系统的概括。2．结合东海大桥健康监测系统的设计文件，全面介绍了其总体框架，并对GPS系统进行了相应的说明。3．对东海大桥GPS监测数据进行低频分析。将时域数据转换到相对应的频域内，提取其峰值频率及对应的振幅和初相，对影响量较为显著的周日波和半日波信号，进行多角度分析，并且针对半日波形成原因不确定这一问题，建立模型进行探讨。4．桥梁结构模态分析。主要研究在荷载的随机激励下，提取桥梁结构的自振频率。由于在环境随机激励下，桥梁自振的振幅很小，多为毫米级。而GPS数据自身的精度为厘米级，为

3、了能准确提取其自振频率和振幅，引入了小波分析的方法，并且结合桥梁设计理论的相关知识，将数据压缩至自振频率范围，剔除其他噪声后，进行频谱分析。5．桥梁结构的行为往往与其力学特性有关，而力学特性通过结构加速度体现。因此对压缩至自振频率范围内的位移数据进行二次微分，得到其加速度数据，并利用小波分解检测异常．关键词：GPS，形变分析，频谱分析，傅立叶变换，小波AbstractABSTRACTGPShasbeenwidelyusedinhealthymonitoringofbridgesinceitcancollectall—weather,highresolutionandhighprecis

4、iondeformationdata．11heGPStimeseriesobservationsformonitoringbridgedeformationarethemulti—frequencycombinedsignals．Thewidelyusedmethodsforprocessingtimeseriesdatamainlycontaintwopartscalledtimedomainanalysisandfrequencydomainanalysis．ThetimeseriesGPSmonitoringdataofDonghai—Bridgearcfirsttransfor

5、medintofrequencydomainbyFouriertransformmethod，thenwiththeheIpofspectrumanalysisandwaveletsanalysis，theperiodicalsignalsarcdistilledandanalyzedforthebridge’Shealthstatus．，nlemaincontentsofthepaperareshownasfollows：1．ThispaperSlimsupthepresentstatusofresearchandapplicationabouthealthmonitoringsys

6、temofbridge,andmainmethodsoftimeseriesdataprocessingaresummarized．2．GeneralflameandGPSsystemofhealthmonitoringsystemisintroducedcomprehensivelycombinedwithdesigndocumentofDonghai—Bridge．3．LowfrequencyanalysisofGPSmonitoringdataonDonghsi—Bridge．ThetimeseriesdataaletransformedLntofrequencydomain．P

7、eakfrequencyanditscorrespondingmagnitudeandoriginalphasea∞distilled,andthenmainperiodicaldeformationsofthebridgewiththeperiodofon瞎orhalfdayaleanalyzed．Meanwhile，signalwiththeperiodofhalfdayisdiscussedbymodeling．4．Modeanalysi