[发明专利]基于全球卫星导航系统监测桥梁频率的方法

说明书

本发明提供了一种基于全球卫星导航系统监测桥梁频率的方法，利用高精度全球卫星导航系统接收机接收的北斗卫星导航系统伪距信息和载波相位信息，配合高精度差分定位算法，得到监测点的高精度三轴位置信息，采用经验模式分解方法和希尔伯特黄变换提取桥梁频率的时‑频分布图，将频率与时间联系起来，实现对桥梁不同监测点三轴方向的频率监测。因此，本发明将原有的基于全球卫星导航系统监测桥梁的所得位移信息加以利用，增加传感器利用率，并且能够对桥梁结构与形态进行连续实时、全天候和自动监测，同时还能够拓展当前北斗导航系统的应用。

技术领域

本发明属于桥梁安全监测领域，涉及一种基于全球卫星导航系统(以下简写为GNSS)监测桥梁频率的方法，利用高精度GNSS接收机接收的北斗卫星导航系统(以下简写为BDS)伪距信息和载波相位信息，配合高精度差分定位算法，得到监测点的高精度三轴位置信息，采用经验模式分解方法和希尔伯特黄变换(以下简写为HHT变换)提取桥梁频率的时-频分布图，将频率与时间联系起来，实现对桥梁不同监测点三轴方向的频率监测。

背景技术

当前，我国公路桥梁约有77.92万座，而桥梁的安全运营直接关系到人们的人身安全，此前有关桥梁垮塌带来的灾难事故不胜枚举，这使得人们越来越重视桥梁运营阶段的安全。

事实上，上世纪五十年代人们已经采取了一定的监测手段，鉴于当时监测手段落后，监测工作主要依赖于人工现场定期巡检，后来又出现了动静载试验、超声回弹、脉冲回波等多种技术。

在现有技术中，通常利用水准仪、测距仪、经纬仪、全站仪、位移传感器和加速度传感器等技术观测桥梁结构的几何位移或加速度,并分析其形态、结构动力特性等参数。

然而，在大型桥梁，特别是大跨度的斜拉桥或悬索桥施工监测中，控制要求严格，再加上现场条件恶劣(温度效应、风荷载效应以及特殊施工工况等)、施工过程复杂等不利因素的影响，现有技术中的这些测量手段存在一定的局限，难以满足对桥梁结构与形态进行连续实时、全天候和自动监测的需要。

因此，急需一种方案，能够对桥梁结构与形态进行连续实时、全天候和自动监测，同时还能够拓展当前北斗导航系统的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种利用北斗卫星信号进行桥梁健康监测的方案，同时利用桥梁监测点位移信息计算得到桥梁震动频率的时-频分布图。

本发明提供了一种基于GNSS监测桥梁频率的方法，用于监测桥梁在不同监测点三轴方向的频率，包括：步骤一，将GNSS监测设备置于待监测桥梁上，以GNSS监测设备的振动频率和位移反映桥梁的频率和位移；步骤二，基于GNSS监测设备采集到的北斗伪距信息和载波相位信息，通过高精度定位解算、经验模式分解、HHT变换的操作，得到对应时间段内待监测桥梁的振动频率的时-频分布图。

优选地，在步骤一中执行：将GNSS监测设备固定在待监测桥梁的监测点，从而GNSS检测设备的位移和振动频率与待监测桥梁的监测点的位移和震动具有一致性。

具体地，在步骤二中包括：

基于GNSS监测设备采集到的北斗伪距信息和载波相位信息，通过高精度定位解算的操作，获得监测点的位置-时间序列；

将监测点的位置-时间序列作为输入，通过经验模式分解的操作，对输入的数据进行处理，从而分解得到监测点的在不同频率分量的信号；

通过HHT变化的操作，对信号进行处理，以得到对应时间段内桥梁振动频率的时-频分布图。

因此，与现有技术相比，采用本发明可以实现以下的有益效果：

1)无需通过载荷来激励桥梁震动，利用桥梁自身所处的环境激励所引起的桥梁震动，使用GNSS监测设备采集的北斗卫星定位信息通过高精度解算软件获得桥梁监测点的定位信息；