本文關(guān)鍵詞：隧道式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 位移監(jiān)測(cè) 懸索橋錨碇 激光圖像 壓力參考法 加速度傳感器

【摘要】：三峽庫(kù)區(qū)蓄水后,錨碇的受力和外形受到復(fù)雜的水蝕環(huán)境影響而發(fā)生改變。錨碇是懸索橋承載結(jié)構(gòu)的主要部分,錨碇結(jié)構(gòu)一旦遭到破壞,不僅會(huì)威脅錨碇系統(tǒng)的自身安全,而且會(huì)危害到全橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。因此,研發(fā)出能夠?qū)彆r(shí)度勢(shì)的錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)迫在眉睫。結(jié)合重慶市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“懸索橋錨固系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)、評(píng)估與預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與示范”,對(duì)國(guó)內(nèi)外錨碇結(jié)構(gòu)、橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上,給出4種錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng),簡(jiǎn)要介紹如下:(1)點(diǎn)激光投射式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過像素標(biāo)定建立了物面和像面的對(duì)應(yīng)關(guān)系,利用提出的激光光斑中心檢測(cè)算法,實(shí)時(shí)獲取點(diǎn)激光光斑中心坐標(biāo),通過給出的位移計(jì)算公式,反演出了錨碇結(jié)構(gòu)位移。利用誤差修正模型,有效的提高了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)性能。實(shí)驗(yàn)表明,在較復(fù)雜的噪聲干擾下,點(diǎn)激光光斑中心檢測(cè)誤差為1.75%;當(dāng)錨碇受力方向的位移在25mm之內(nèi)時(shí),系統(tǒng)的測(cè)量精度可達(dá)0.1mm,測(cè)量誤差可控制在2.16%以內(nèi)。應(yīng)用最小二乘法建立線性回歸方程,并估算出方程表達(dá)式,模型的擬合優(yōu)度R2為90.29%,預(yù)測(cè)效果較好。目前,已有兩座橋梁應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)效果較好。(2)線激光投射式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。在分析系統(tǒng)誤差來源的基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)提出改進(jìn),該系統(tǒng)能夠同時(shí)測(cè)量錨固面及其索股的位移,并且能夠剔除準(zhǔn)直激光發(fā)射器和視頻采集裝置的扭轉(zhuǎn)誤差。提出一種基于動(dòng)態(tài)差分的光斑中心檢測(cè)算法,該算法通過差分圖像采集、動(dòng)態(tài)圖像提取、圖像濾波、圖像校正、光斑中心檢測(cè)的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線激光光斑圖像。利用開發(fā)的軟件,將最終獲得的信息進(jìn)行分析處理,獲得錨碇結(jié)構(gòu)的真實(shí)位移。研究結(jié)果表明,當(dāng)測(cè)量范圍為-100mm~+100mm,視頻采集裝置分辨率為1920×1080像素時(shí),測(cè)量精度可輕松達(dá)到0.1mm。與提出的點(diǎn)激光投射式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。(3)液壓式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)在保持液位高度恒定的同時(shí),無需計(jì)算液體密度和重力加速度,即可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)錨碇結(jié)構(gòu)變化。針對(duì)錨跨索股拉力對(duì)錨碇位移的作用關(guān)系,給出一種錨跨索股位移和張力測(cè)量方法及系統(tǒng),為進(jìn)一步分析錨固系統(tǒng)整體性能做了鋪墊。(4)基于MEMS的錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過三軸重力加速度傳感器ADXL335確立了傾角與電壓值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,并結(jié)合三次樣條插值和去極值均值濾波等算法,實(shí)現(xiàn)了傾斜位移的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能。綜上所述,本文研究和設(shè)計(jì)了4種錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng),對(duì)懸索橋錨固系統(tǒng)的綜合評(píng)估和預(yù)警有著重要意義。
【關(guān)鍵詞】：位移監(jiān)測(cè) 懸索橋錨碇 激光圖像 壓力參考法 加速度傳感器
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U446;U448.25;TP274
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 錨碇的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)16-18
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)18
• 1.5 本章小結(jié)18-19
• 第二章 點(diǎn)激光投射式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)19-48
• 2.1 引言19
• 2.2 系統(tǒng)組成及原理19-20
• 2.2.1 系統(tǒng)組成19
• 2.2.2 測(cè)量原理19-20
• 2.3 數(shù)字圖像像素標(biāo)定20-23
• 2.4 激光光斑中心檢測(cè)23-28
• 2.4.1 光斑識(shí)別24-25
• 2.4.2 形態(tài)學(xué)濾波25-26
• 2.4.3 光斑中心擬合26-28
• 2.5 誤差分析28-32
• 2.6 實(shí)驗(yàn)分析32-42
• 2.6.1 精度實(shí)驗(yàn)32-34
• 2.6.2 干擾實(shí)驗(yàn)34-35
• 2.6.3 遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)35-40
• 2.6.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析40-42
• 2.7 回歸分析42-46
• 2.7.1 線性預(yù)測(cè)模型42
• 2.7.2 散點(diǎn)圖42-43
• 2.7.3 直線回歸方程43
• 2.7.4 誤差估計(jì)與決定系數(shù)43-44
• 2.7.5 回歸方程關(guān)系顯著性F檢驗(yàn)44
• 2.7.6 回歸關(guān)系顯著性的t檢驗(yàn)44-45
• 2.7.7 線性預(yù)測(cè)45
• 2.7.8 高次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型45-46
• 2.8 本章小結(jié)46-48
• 第三章 線激光投射式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)48-62
• 3.1 引言48
• 3.2 系統(tǒng)組成及原理48-49
• 3.2.1 系統(tǒng)組成48
• 3.2.2 測(cè)量原理48-49
• 3.3 性能分析49-50
• 3.3.1 測(cè)量精度49-50
• 3.3.2 時(shí)間開銷50
• 3.4 誤差分析50-53
• 3.4.1 結(jié)構(gòu)性誤差及應(yīng)對(duì)50-52
• 3.4.2 環(huán)境影響及誤差應(yīng)對(duì)52-53
• 3.5 動(dòng)態(tài)差分激光光斑中心檢測(cè)算法53-55
• 3.5.1 算法實(shí)現(xiàn)流程53-55
• 3.5.2 中心檢測(cè)運(yùn)算55
• 3.6 實(shí)驗(yàn)分析55-59
• 3.6.1 線激光光斑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)56-57
• 3.6.2 數(shù)據(jù)處理57-58
• 3.6.3 在線實(shí)驗(yàn)58-59
• 3.7 對(duì)比實(shí)驗(yàn)59-60
• 3.8 本章小結(jié)60-62
• 第四章 液壓式錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)62-71
• 4.1 引言62
• 4.2 錨固面位移測(cè)量62-64
• 4.2.1 測(cè)量裝置62
• 4.2.2 測(cè)量原理62-63
• 4.2.3 誤差分析及修正63-64
• 4.3 索股位移及索力測(cè)量64-70
• 4.3.1 測(cè)量裝置64
• 4.3.2 測(cè)量原理64-65
• 4.3.3 液面高度測(cè)量65-66
• 4.3.4 誤差分析及應(yīng)對(duì)66-68
• 4.3.5 簡(jiǎn)化方案68-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 基于MEMS的錨碇結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)71-79
• 5.1 引言71
• 5.2 系統(tǒng)測(cè)量原理71-72
• 5.2.1 錨碇結(jié)構(gòu)位移測(cè)量原理71-72
• 5.2.2 傾角測(cè)量原理72
• 5.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)72-74
• 5.3.1 ADXL335三軸重力加速度模塊73
• 5.3.2 太陽能供電模塊73-74
• 5.3.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊74
• 5.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)74-76
• 5.4.1 傾角測(cè)量軟件設(shè)計(jì)74-75
• 5.4.2 蓄電池充電算法設(shè)計(jì)75-76
• 5.4.3 蓄電池放電算法設(shè)計(jì)76
• 5.5 實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理76-78
• 5.5.1 數(shù)據(jù)處理與校驗(yàn)76-78
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)分析78
• 5.6 本章小結(jié)78-79
• 第六章 總結(jié)與展望79-82
• 6.1 總結(jié)79-80
• 6.2 展望80-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 作者在學(xué)期間的研究成果87

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