桥梁变形监测的无线定位与IMU集成的传感器研究
发布时间：2021-10-16 13:34
为满足在跨江海、峡谷、建筑群等复杂地形的区域铺设高速公路及高速铁路的要求,我国已建成大量各种各样的桥梁。桥梁在道路交通中扮演着越来越重要的角色,因其造价昂贵、施工复杂以及维护成本高,对桥梁结构建立长期且实时的监测系统具有重要意义。传统的大地测量技术受限于实时性差、精度不足和作业困难等缺点,本文设计并实现了一套基于卫星定位（GNSS）和惯性测量技术（IMU）的桥梁变形监测系统,实现了全天候、实时监测桥梁结构的各项信息。利用GPS和北斗系统的差分定位技术,结合Kalman信息融合算法,采取GNSS/IMU组合定位方式进行桥梁的变形监测。本文主要工作如下:（1）研究并分析了桥梁健康监测的基本模型,结合卫星差分定位原理和惯性定位的坐标理论,构建了GNSS/IMU组合定位的桥梁变形监测方法,并利用ZigBee无线组网技术对监测系统的传感器进行组网和数据传输;（2）详细分析和设计了本系统的软硬件部分,包含GPS/北斗卫星接收机和IMU信息的采集、各类传感器的布设方法、ZigBee扩展板的硬件设计和传输协议栈及节点的软件实现、基于ARM平台接口的硬件和数据处理的软件实现,以及对于整个监测系统中数据存...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 桥梁监测研究现状
1.2.2 卫星定位技术在桥梁监测中应用现状
1.2.3 多传感器融合技术在桥梁监测中应用现状
1.3 主要研究内容
1.4 章节安排
第2章 关键技术分析
2.1 桥梁变形监测概述
2.2 传感器监测技术
2.3 卫星定位监测技术
2.3.1 定位原理
2.3.2 伪距单点和差分定位
2.3.3 载波相位差分技术
2.4 惯性定位监测技术
2.4.1 INS定位
2.4.2 DR定位
2.5 无线传感器网络技术
2.6 本章小结
第3章 桥梁变形监测系统的硬件设计
3.1 系统总体硬件框架
3.2 数据采集系统的硬件设计
3.3 数据传输模块设计
3.4 基于ARM数据处理模块设计
3.5 系统防雷设计
3.6 本章小结
第4章 桥梁变形监测系统的软件设计
4.1 系统总体软件框架
4.2 数据采集系统的软件实现
4.3 无线组网系统设计
4.3.1 ZigBee协议栈
4.3.2 协调节点的实现
4.3.3 路由节点和终端节点的实现
4.4 数据处理系统设计
4.4.1 服务系统
4.4.2 数据存储系统
4.5 本章小结
第5章 基于Kalman信息融合算法的变形监测研究
5.1 GNSS/IMU组合定位的变形监测
5.2 改进Kalman融合的变形监测算法
5.2.1 传统Kalman滤波融合
5.2.2 本文改进Kalman滤波融合
5.3 基于改进Kalman融合算法的试验与分析
5.3.1 试验方案
5.3.2 结果分析
5.4 本章小结
第6章 监管平台的实现与测试
6.1 监管平台主要模块的实现
6.2 平台测试方案
6.2.1 润扬大桥概况
6.2.2 实验监测方案
6.3 测试结果
6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢
大摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度斜拉桥纵向塔梁阻尼器阻尼性能识别[J]. 马如进,葛纯熙,胡晓红. 哈尔滨工业大学学报. 2019(03)
[2]港珠澳大桥首级GPS控制网建立与复测研究[J]. 熊伟,赵敏,吴迪军. 导航定位学报. 2019(01)
[3]光学水准尺图像数字化处理及其自动化读数实现[J]. 张力飞,张晓东. 测绘地理信息. 2019(01)
[4]利用少量传感器信息与人工智能的桥梁结构安全监测新方法[J]. 马宏伟,林逸洲,聂振华. 建筑科学与工程学报. 2018(05)
[5]北斗和GPS系统在病害影响下桥梁健康监测中的应用[J]. 和永军,缪应锋,刘华. 云南大学学报(自然科学版). 2017(S1)
[6]大跨度悬索桥吊索减振技术研究与应用[J]. 陈政清,雷旭,华旭刚,李寿英,颜永先,温青,牛华伟. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(01)
[7]大跨径预应力混凝土箱梁的剪切变形分析[J]. 李宏江,王荣霞,李万恒,叶见曙. 应用基础与工程科学学报. 2012(02)
[8]舟山连岛工程西堠门金塘大桥运营监测系统预警评估体系研究[J]. 郑春,吴重男,张新越,沈旺,梁柱,马骎. 中国工程科学. 2010(07)
[9]Full-scale measurements of dynamic response of suspension bridge subjected to environmental loads using GPS technology[J]. YI TingHua1,2, LI HongNan1 & GU Ming2 1State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China. Science China（Technological Sciences）. 2010(02)
[10]润扬长江大桥结构健康监测系统研究[J]. 李爱群,缪长青,李兆霞,韩晓林,吴胜东,吉林,杨玉冬. 东南大学学报(自然科学版). 2003(05)
博士论文
[1]基于GNSS和RTS技术的桥梁结构动态变形监测研究[D]. 余加勇.湖南大学 2015
[2]基于静动力特性的多塔长跨斜拉桥结构体系刚度研究[D]. 李忠三.北京交通大学 2014
[3]大跨悬索桥安全监测方法及体系研究与应用[D]. 岳丽娜.武汉理工大学 2010
[4]大跨悬索桥状态评估实用方法研究与应用[D]. 郭彤.东南大学 2005
硕士论文
[1]跨江大桥对沿江区域土地利用影响研究[D]. 茅天颖.南京大学 2018
[2]基于GPS的塔类结构变形远程动态监测系统研究[D]. 陈强强.杭州电子科技大学 2018
[3]基于Zigbee+WiFi技术的智能家居网关系统的研究与设计[D]. 张保森.上海师范大学 2018
[4]基于实测数据的悬索桥钢箱梁局部动力响应研究[D]. 尤慧丰.东南大学 2017
[5]基于GPS与加速度计的桥梁结构振动频率研究[D]. 秦长彪.中国矿业大学 2016
[6]基于物联网的桥梁健康监测系统研究[D]. 何磊.重庆交通大学 2016
[7]钢—超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究[D]. 张松涛.湖南大学 2015
本文编号：3439898
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 桥梁监测研究现状
1.2.2 卫星定位技术在桥梁监测中应用现状
1.2.3 多传感器融合技术在桥梁监测中应用现状
1.3 主要研究内容
1.4 章节安排
第2章 关键技术分析
2.1 桥梁变形监测概述
2.2 传感器监测技术
2.3 卫星定位监测技术
2.3.1 定位原理
2.3.2 伪距单点和差分定位
2.3.3 载波相位差分技术
2.4 惯性定位监测技术
2.4.1 INS定位
2.4.2 DR定位
2.5 无线传感器网络技术
2.6 本章小结
第3章 桥梁变形监测系统的硬件设计
3.1 系统总体硬件框架
3.2 数据采集系统的硬件设计
3.3 数据传输模块设计
3.4 基于ARM数据处理模块设计
3.5 系统防雷设计
3.6 本章小结
第4章 桥梁变形监测系统的软件设计
4.1 系统总体软件框架
4.2 数据采集系统的软件实现
4.3 无线组网系统设计
4.3.1 ZigBee协议栈
4.3.2 协调节点的实现
4.3.3 路由节点和终端节点的实现
4.4 数据处理系统设计
4.4.1 服务系统
4.4.2 数据存储系统
4.5 本章小结
第5章 基于Kalman信息融合算法的变形监测研究
5.1 GNSS/IMU组合定位的变形监测
5.2 改进Kalman融合的变形监测算法
5.2.1 传统Kalman滤波融合
5.2.2 本文改进Kalman滤波融合
5.3 基于改进Kalman融合算法的试验与分析
5.3.1 试验方案
5.3.2 结果分析
5.4 本章小结
第6章 监管平台的实现与测试
6.1 监管平台主要模块的实现
6.2 平台测试方案
6.2.1 润扬大桥概况
6.2.2 实验监测方案
6.3 测试结果
6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢
大摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度斜拉桥纵向塔梁阻尼器阻尼性能识别[J]. 马如进,葛纯熙,胡晓红. 哈尔滨工业大学学报. 2019(03)
[2]港珠澳大桥首级GPS控制网建立与复测研究[J]. 熊伟,赵敏,吴迪军. 导航定位学报. 2019(01)
[3]光学水准尺图像数字化处理及其自动化读数实现[J]. 张力飞,张晓东. 测绘地理信息. 2019(01)
[4]利用少量传感器信息与人工智能的桥梁结构安全监测新方法[J]. 马宏伟,林逸洲,聂振华. 建筑科学与工程学报. 2018(05)
[5]北斗和GPS系统在病害影响下桥梁健康监测中的应用[J]. 和永军,缪应锋,刘华. 云南大学学报(自然科学版). 2017(S1)
[6]大跨度悬索桥吊索减振技术研究与应用[J]. 陈政清,雷旭,华旭刚,李寿英,颜永先,温青,牛华伟. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(01)
[7]大跨径预应力混凝土箱梁的剪切变形分析[J]. 李宏江,王荣霞,李万恒,叶见曙. 应用基础与工程科学学报. 2012(02)
[8]舟山连岛工程西堠门金塘大桥运营监测系统预警评估体系研究[J]. 郑春,吴重男,张新越,沈旺,梁柱,马骎. 中国工程科学. 2010(07)
[9]Full-scale measurements of dynamic response of suspension bridge subjected to environmental loads using GPS technology[J]. YI TingHua1,2, LI HongNan1 & GU Ming2 1State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China. Science China（Technological Sciences）. 2010(02)
[10]润扬长江大桥结构健康监测系统研究[J]. 李爱群,缪长青,李兆霞,韩晓林,吴胜东,吉林,杨玉冬. 东南大学学报(自然科学版). 2003(05)
博士论文
[1]基于GNSS和RTS技术的桥梁结构动态变形监测研究[D]. 余加勇.湖南大学 2015
[2]基于静动力特性的多塔长跨斜拉桥结构体系刚度研究[D]. 李忠三.北京交通大学 2014
[3]大跨悬索桥安全监测方法及体系研究与应用[D]. 岳丽娜.武汉理工大学 2010
[4]大跨悬索桥状态评估实用方法研究与应用[D]. 郭彤.东南大学 2005
硕士论文
[1]跨江大桥对沿江区域土地利用影响研究[D]. 茅天颖.南京大学 2018
[2]基于GPS的塔类结构变形远程动态监测系统研究[D]. 陈强强.杭州电子科技大学 2018
[3]基于Zigbee+WiFi技术的智能家居网关系统的研究与设计[D]. 张保森.上海师范大学 2018
[4]基于实测数据的悬索桥钢箱梁局部动力响应研究[D]. 尤慧丰.东南大学 2017
[5]基于GPS与加速度计的桥梁结构振动频率研究[D]. 秦长彪.中国矿业大学 2016
[6]基于物联网的桥梁健康监测系统研究[D]. 何磊.重庆交通大学 2016
[7]钢—超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究[D]. 张松涛.湖南大学 2015
本文编号：3439898
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3439898.html
