基于灰色關(guān)聯(lián)分析卡爾曼濾波在橋梁變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用

卡爾曼濾波由于能夠?qū)崟r(shí)快速地處理大量的變形數(shù)據(jù),并能夠預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的變化狀態(tài)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理。本文論述了方差補(bǔ)償自適應(yīng)卡爾曼濾波模型,將自適應(yīng)卡爾曼濾波模型應(yīng)用到光纖光柵動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)上,基于matlab編程實(shí)現(xiàn)模型的建立并運(yùn)用該模型對(duì)建筑物變形進(jìn)行分析與預(yù)測(cè),取得了較好的效果,證實(shí)了方差補(bǔ)償自適應(yīng)卡爾曼濾波在濾波和預(yù)測(cè)方面的可行性。

本文參考有關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合西安高新區(qū)sohu同盟北樓d7點(diǎn)沉降量觀測(cè)數(shù)據(jù)分析實(shí)例。以卡爾曼濾波的4個(gè)特點(diǎn)（見本文末）。介紹了自適應(yīng)卡爾曼濾波系統(tǒng)在建筑物變形監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用及其優(yōu)越性。

最小二乘法擬合橢圓過程中,把所有樣本點(diǎn)都當(dāng)作準(zhǔn)確值,但當(dāng)擬合點(diǎn)中出現(xiàn)噪聲和孤立點(diǎn)時(shí),擬合出的橢圓誤差較大,而最小平方中值法具有較好的穩(wěn)健性,但該方法計(jì)算量大,計(jì)算不方便。針對(duì)這種情況,筆者首先使用最小平方中值法擬合出一組橢圓參數(shù),然后利用中位數(shù)法剔除孤立點(diǎn),最后使用卡爾曼濾波方法修正橢圓的參數(shù),通過模擬實(shí)例和工程實(shí)例,證明該算法能夠剔除孤立點(diǎn),并且擬合出的橢圓具有較小的形狀誤差,因此該方法可以推廣到實(shí)際工程中應(yīng)用。

對(duì)于工程建設(shè)者來說,準(zhǔn)確進(jìn)行工程造價(jià)預(yù)測(cè)決定著投標(biāo)成敗以及在工程實(shí)施過程中能否盈利的關(guān)鍵。利用同一公司過去幾年承建同類工程的資料,建立灰色gm(1,1)模型,同時(shí),采用卡爾曼序貫濾波算法減弱數(shù)據(jù)序列的隨機(jī)性。通過實(shí)例仿真結(jié)果表明,該方法比傳統(tǒng)灰色模型具有更好的預(yù)測(cè)效果,具有使用價(jià)值。

由于誤差的存在,連續(xù)梁橋懸臂施工中各梁段實(shí)際狀態(tài)與理想設(shè)計(jì)狀態(tài)總是存在偏差.為了實(shí)現(xiàn)施工控制目標(biāo),使成橋線形符合設(shè)計(jì)要求,采用能夠自適應(yīng)修正系統(tǒng)函數(shù)模型誤差和隨機(jī)模型誤差的魯棒卡爾曼濾波算法,對(duì)橋梁施工預(yù)拱度進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,給出調(diào)整后的立模標(biāo)高.對(duì)張拉后備節(jié)段梁底實(shí)測(cè)標(biāo)高與理論預(yù)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行比較,監(jiān)控結(jié)果顯示兩者的最大誤差小于15mm,滿足監(jiān)控要求.魯棒卡爾曼濾波在連續(xù)梁橋懸臂施工線形控制中應(yīng)用是有效的,且易于工程實(shí)現(xiàn).

時(shí)間序列分析方法對(duì)短期建筑物變形預(yù)報(bào)具有較高的模型擬合及預(yù)報(bào)精度。本文從時(shí)間序列預(yù)測(cè)算法原理出發(fā),闡述了使用此方法對(duì)所獲得的橋梁變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識(shí)別、模型建立及預(yù)報(bào)的過程,并利用matlab實(shí)現(xiàn)了編程代碼。通過對(duì)某橋梁變形監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的應(yīng)用表明,該方法實(shí)用性較強(qiáng),可以及早為橋梁變形做出預(yù)警,以避免或減少災(zāi)害的發(fā)生。。

為提高地表沉降預(yù)測(cè)精度,針對(duì)灰色預(yù)測(cè)模型(gm(1,1))易受隨機(jī)干擾影響致使預(yù)測(cè)精度不高的問題,建立了基于卡爾曼濾波的灰色理論預(yù)測(cè)模型。考慮到沉降量受到溫度和時(shí)間因素影響較大的特點(diǎn),將地表的沉降看作時(shí)間、溫度的相關(guān)函數(shù)來建立卡爾曼濾波模型,并利用迭代濾波理論和levenbergmarquardt優(yōu)化濾波,構(gòu)建改進(jìn)的卡爾曼濾波模型。改進(jìn)的卡爾曼濾波模型與灰色模型相結(jié)合,應(yīng)用于地表沉降預(yù)測(cè)中,并將改進(jìn)的卡爾曼濾波灰色模型預(yù)測(cè)結(jié)果與卡爾曼濾波灰色模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。實(shí)例計(jì)算表明,使用改進(jìn)的卡爾曼濾波對(duì)消除檢測(cè)數(shù)據(jù)擾動(dòng)誤差后的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色模型預(yù)測(cè)的精度相比于單純灰色預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)精度更高。

橋梁變形監(jiān)測(cè)研究

橋梁變形監(jiān)測(cè)研究——系統(tǒng)地介紹了橋梁變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、技術(shù)及形變監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理方法。

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)建筑物變形預(yù)報(bào)具有較高的模型擬合及預(yù)報(bào)精度。從小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法原理出發(fā),闡述了使用該方法對(duì)所獲得的橋梁變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立及預(yù)報(bào)的過程,并利用matlab實(shí)現(xiàn)了編程代碼。通過對(duì)某橋梁變形監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的應(yīng)用表明,該方法具有很強(qiáng)的可行性和實(shí)用性,可及早為橋梁變形預(yù)警,避免或減少災(zāi)害的發(fā)生。

利用最小二乘法求出雙曲線模型的模型參數(shù),將此參數(shù)看作帶有動(dòng)態(tài)噪聲的狀態(tài)向量,建立基于雙曲線模型的卡爾曼濾波模型,對(duì)建筑物的沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)?？柭鼮V波過程中,模型的參數(shù)不斷發(fā)生變化,增強(qiáng)了其適應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的能力,從而減小了擬合誤差。計(jì)算表明,用基于雙曲線模型的卡爾曼濾波模型對(duì)建筑物的沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè),誤差較小,效果較為理想。

本文首次將卡爾曼濾波法應(yīng)用于懸索橋主纜架設(shè)階段施工控制。以基準(zhǔn)索股的線形為施工預(yù)測(cè)和控制對(duì)象，首先利用卡爾曼濾波法消除施工中的隨機(jī)噪聲，得到系統(tǒng)在統(tǒng)計(jì)意義上無偏的最優(yōu)估計(jì)值；然后建立系統(tǒng)的最優(yōu)終點(diǎn)控制公式計(jì)算出索股的最優(yōu)調(diào)整值

卡爾曼濾波作為一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理方法已在許多測(cè)量領(lǐng)域得到應(yīng)用,就卡爾曼濾波方法在施工變形測(cè)量應(yīng)用中,如何建立濾波模型和精度評(píng)定問題進(jìn)行探討,提出解決這些問題的方法,并通過一個(gè)實(shí)例說明這些方法的有效性。

以中國(guó)梁濟(jì)運(yùn)河大橋工程施工監(jiān)控為背景,提出了立模標(biāo)高的適用公式,論述了灰色理論與卡爾曼理論在連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工標(biāo)高預(yù)測(cè)中的聯(lián)合運(yùn)用。

將建筑物的變形看做時(shí)間和開挖深度的函數(shù),使用泰勒級(jí)數(shù)建立建筑物變形與時(shí)間和開挖深度的函數(shù)關(guān)系,并將泰勒級(jí)數(shù)的余項(xiàng)及時(shí)間變化的二次方和開挖深度變化的二次方的系數(shù)的變化量看做數(shù)學(xué)期望為0的動(dòng)態(tài)噪聲,建立卡爾曼濾波模型,并用于建筑物變形的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。實(shí)例計(jì)算表明,模型的擬合效果和預(yù)測(cè)效果較好。

將建筑物的變形看做時(shí)間和開挖深度的函數(shù)，使用泰勒級(jí)數(shù)建立建筑物變形與時(shí)間和開挖深度的函數(shù)關(guān)系，并將泰勒級(jí)數(shù)的余項(xiàng)及時(shí)間變化的二次方和開挖深度變化的二次方的系數(shù)的變化量看做數(shù)學(xué)期望為0的動(dòng)態(tài)噪聲，建立卡爾曼濾波模型，并用于建筑物變形的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。實(shí)例計(jì)算表明，模型的擬合效果和預(yù)測(cè)效果較好。

本文研究了灰色關(guān)聯(lián)分析法在橋型選擇中的應(yīng)用方法,確定了影響橋梁選型的指標(biāo)體系,介紹了灰色關(guān)聯(lián)分析法的應(yīng)用步驟,并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)介紹了這種方法的應(yīng)用過程。結(jié)果驗(yàn)證了這一方法的簡(jiǎn)明性和實(shí)用性。有利于減少橋梁型式選擇的主觀性與片面性,提高其客觀性與合

本文研究了灰色關(guān)聯(lián)分析法在橋型選擇中的應(yīng)用方法，確定了影響橋梁選型的指標(biāo)體系，介紹了灰色關(guān)聯(lián)分析法的應(yīng)用步驟，并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)介紹了這種方法的應(yīng)用過程。結(jié)果驗(yàn)證了這一方法的簡(jiǎn)明性和實(shí)用性。有利于減少橋梁型式選擇的主觀性與片面性，提高其客觀性與合理性，以得出最佳方案。

為了提高超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度,通過卡爾曼濾波理論建立了實(shí)時(shí)調(diào)度子系統(tǒng)的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)模型,并用兩種方法對(duì)基本模型進(jìn)行改進(jìn)。利用電能管理系統(tǒng)記錄的各交易段實(shí)際調(diào)度負(fù)荷和各競(jìng)價(jià)電廠以機(jī)組申報(bào)的競(jìng)價(jià)數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)未來各時(shí)段的調(diào)度負(fù)荷。通過對(duì)3種模型所預(yù)測(cè)出的電力短期負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果比較,表明對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比例變換的預(yù)測(cè)方法更為理想。

為獲取超高分辨率圖像,設(shè)計(jì)了一種入端為線陣排列、出端為面陣排列的傳像光纖束.利用該光纖束的成像系統(tǒng)在合成目標(biāo)圖像時(shí),需要建立光纖束出端、入端位置坐標(biāo)表.介紹了一種基于卡爾曼濾波器的算法,對(duì)出端光纖位置逐一搜索;搜索光纖位置時(shí)區(qū)分層內(nèi)、層間設(shè)置不同初始步長(zhǎng),按均方誤差最小原則對(duì)搜索步長(zhǎng)進(jìn)行修正.算法采用了比對(duì)終止邊界、標(biāo)定已搜索光纖兩種穩(wěn)健性措施,‘z’字型搜索路徑提高了算法效率.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,搜索算法得到的位置坐標(biāo)表準(zhǔn)確標(biāo)定光纖位置,提取光纖束耦合的信息還原了目標(biāo)圖像.

針對(duì)航天測(cè)量船標(biāo)校經(jīng)緯儀航向測(cè)量的局限性以及新裝備的投入使用現(xiàn)狀,研究了靜電陀螺監(jiān)控器設(shè)備動(dòng)態(tài)條件標(biāo)校過程卡爾曼濾波誤差因素。多次海上試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明,該設(shè)備性能可靠,在經(jīng)緯儀無法測(cè)星的情況下,可以實(shí)現(xiàn)與標(biāo)校經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)的互補(bǔ),從而克服氣候因素對(duì)測(cè)量船的影響,保障了航天測(cè)量船全天候的海上測(cè)量精度。

近幾年隨著交通設(shè)施等基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目的增加,經(jīng)常會(huì)在一些容易引發(fā)不均勻沉降地質(zhì)災(zāi)害的地段(礦山采空區(qū)、溶洞等上方)建設(shè)橋梁等重要建筑。如何有效地為基礎(chǔ)建設(shè)提供保障,并為災(zāi)害治理提供合理建議成為測(cè)繪行業(yè)一個(gè)新的研究方向。通過分析在煤礦采空區(qū)上進(jìn)行橋梁變形觀測(cè)的實(shí)例,試圖對(duì)變形觀測(cè)的施工方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析的方法進(jìn)行探討。