自适应Kalman滤波在某大坝形变监测中的应用.pdf

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1、·10·地矿测绘2011，27(1)：l0—12CN53—1124／TDISSN1007—9394SurveyingandMappingofGeologyandMineralResources自适应Kalman滤波在某大坝形变监测中的应用张福荣，王涛(陕西铁路工程职业技术学院测绘工程系，陕西渭南714000)摘要：结合某大坝实测数据进行分析，对变形监测数据分别采用经典最小二乘平差、标准Kalman滤波、方差补偿自适应Kalman滤波3种方法进行处理，并用Maflab软件编制了数据处理程序，对方差补偿自适应Kalman滤波数据处理结果

2、进行验证。通过比较分析得出，方差补偿自适应Kalman滤波数据处理结果能较好的满足工程需要。关键词：自适应卡尔曼滤波；大坝；GPS测量；变形监测；数据处理中图分类号：TU196文献标识码：A文章编号：1007—9394(2011)01—0010—03ApplicationofSelf-adaptiveKalmanFilterintheDeformationMonitoringoftheDamZHANGFu—rong，WANGTao(DepartmentofSurveyingandMappingEngineering，ShanxiCo

3、llegeofRailwayEngineeringofVocationTechnology，WeinanShanxi714000，China)Abstract：ThispapercombinedwiththedeformationmonitoringdataoftheDamProject，usesthreekindmethodsoftheclassicalleastsquares，standardKalmanfiltering，andself-adaptiveKalmanfiltervariancecompensationtoCal

4、Tyondataprocessing，andwiththeMatlabsoftwarecompilesdataprocessingprogram，verifiestheresultsofcompensatesself-adaptiveKalmanfilterdataprocessing．Throughthecomparativeanalysis，togettheconclusionofself-adaptiveKalmanfiltervariancecompensationdataprocessingcanmeetbetterthe

5、needsoftheproject．Keywords：self-adaptiveKalmanfilter；dam；GPSmeasuring；deformationmonitoring；dataprocessing0引言1Kalman滤波数学模型的建立大型建筑物或构筑物的安危直接关系到国民经济的生产进在标准Kalman滤波系统中，设系统的状态方程(动态方程。因此，对大型建筑物或构筑物进行变形监测并对监测数据程)和观测方程分别为；进行分析处理就显得尤为重要J。卡尔曼滤波(R．EKalman，X=¨X+Wk(1)1960)是一种对动态系统

6、进行数据处理的有效方法，它是利用L=AXk十(2)观测向量来估计随时间不断变化的状态向量。卡尔曼滤波式中：X为状态向量；一。为状态转移矩阵；L为观测值向方程是一组递推公式，其计算过程实际上是一个不断预报又不量；A为设计矩阵；和e是均值为零且协方差矩阵分别为断修正的过程，因此更便于实时处理多期复测数据，这一特点正∑Wk和∑的相互独立的正态白噪声。状态向量的最佳估是GPS变形监测数据处理所期望的I4。在GPS变形监测中，值可以由下面一组递推公式实现。如果将变形体视为一个动态就可以用来描述这个变形体的运动计算预测状态向量：情况，并能在这个

7、系统中分别找出表示它们的状态参数与其观X=k测值之间的函数关系，那么就可以利用卡尔曼滤波来减弱随机,k-I一l(3)计算预测状态协方差矩阵：噪声的干扰，进而达到提高GPS变形观测数据精度的目的。卡尔曼滤波理论一经提出，立即受到了工程界的重视，而工程应用∑=：·．一∑~'k-I，一+∑(4)中遇到的实际问题又使卡尔曼滤波的研究更深入完善。计算信息向量：收稿日期：2010—09—20第27卷第1期张福荣，王涛：自适应Kalman滤波在某大坝形变监测中的应用=AX—(5)B03、B04)，左岸高边坡变形监测点6个(t／05、B06、B07

8、、B08、计算信息向量协方差矩阵：B09、B10)。各点点位布设，见图1。从2008年8月开始观测，∑：A∑2kAT+∑(6)每月一次，共观测了5期。基准点、滑坡监测点组成GPS观测B-t级网，监测点均采用强制归心装置的观测墩。选用3