一種大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與處理領(lǐng)域，尤其是一種大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空 間插值方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國《公路長大橋隧安全運(yùn)營管理辦法（征求意見稿）》提出國道、省道特大橋的 安全運(yùn)營管理應(yīng)貫徹"安全第一、預(yù)防為主"的工作方針，建議管養(yǎng)單位采用現(xiàn)代信息技術(shù)， 逐步建立長大橋隧安全監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)掌握長大橋隧的整體技術(shù)狀態(tài)和運(yùn)營條件，為長大 橋隧運(yùn)營管理、養(yǎng)護(hù)維修、可靠性評估及相關(guān)科學(xué)研宄提供依據(jù)。目前，橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的布 點(diǎn)主要集中在橋梁受力、承重的關(guān)鍵點(diǎn)。而大跨橋梁是一個(gè)無限自由度的整體，單從有限的 傳感器布點(diǎn)是無法完全得到完整的橋梁健康狀況信息的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服已有大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息不完全、準(zhǔn)確性較低的不足，本發(fā)明提供 一種監(jiān)測信息完全、準(zhǔn)確性較高的大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] 一種大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值方法，所述方法包括以下步驟：
[0006] 1)根據(jù)某一監(jiān)測數(shù)據(jù)在大跨橋梁上的測點(diǎn)分布，進(jìn)行同類傳感器的空間自相關(guān)性 分析，通過空間變異函數(shù)來體現(xiàn)，在一維條件下變異函數(shù)定義為，當(dāng)空間點(diǎn)X在一維X軸上 變化時(shí)，橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)Z (X)在空間坐標(biāo)點(diǎn)X和x+h處的監(jiān)測值Z (X)與Z (x+h)差的方差的 一半為區(qū)域化變量Z(x)在X軸方向上的變異函數(shù)，記為γ (h)，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟： 1) 根據(jù)某一監(jiān)測數(shù)據(jù)在大跨橋梁上的測點(diǎn)分布，進(jìn)行同類傳感器的空間自相關(guān)性分 析，通過空間變異函數(shù)來體現(xiàn)，在一維條件下變異函數(shù)定義為，當(dāng)空間點(diǎn)X在一維X軸上變 化時(shí)，橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)Z(X)在空間坐標(biāo)點(diǎn)X和x+h處的監(jiān)測值Z(x)與Z(x+h)差的方差的一 半為區(qū)域化變量Z(x)在x軸方向上的變異函數(shù)，記為Y (h)，即
在二階平穩(wěn)假設(shè)條件下，有
變異函數(shù)依賴于兩個(gè)自變量x和h，在對主橋面應(yīng)力應(yīng)變傳感器布點(diǎn)分析上，根據(jù)橋梁 力學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)變異函數(shù)Y(x，h)只與傳感器之間的相對距離h相關(guān)，y(x，h)即為y(h):
理論變異函數(shù)模型采用球狀模型，球狀模型的公式為：
式中：C(l為塊金常數(shù)；c為拱尚； CQ+C為基臺值；a為變程； 2) 參估點(diǎn)的搜索 結(jié)合橋梁實(shí)際監(jiān)測布點(diǎn)，四方搜索方案是根據(jù)插值點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)把平面分成四 個(gè)象限，以變程a的長度為搜索半徑，在每一個(gè)象限中查找與插值點(diǎn)距離最近的已知樣本 占. 3) 結(jié)合橋梁實(shí)際監(jiān)測布點(diǎn)的變異函數(shù)，采用Kriging法進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間 插值分析：
式中，A,是待定權(quán)重系數(shù) 權(quán)重系數(shù)的求取必須滿足兩個(gè)條件： 3. 1)使'〇〇的估計(jì)是無偏的，即偏差的數(shù)學(xué)期望為零；正常情況下，監(jiān)測數(shù)據(jù)是平穩(wěn) 的，即： E(Z* (x)) =m(7) 其中，m為一常數(shù)。 當(dāng)：
其中，Xi為第i個(gè)已知點(diǎn)的監(jiān)測值，Ai為權(quán)系數(shù)。 3. 2)使估計(jì)值'〇〇和實(shí)際值Z(x)之差的平方和最小，即： Min:
其中，x#帶估點(diǎn)，ai,a』分別為xi,Xj的系數(shù)； 根據(jù)拉格朗日乘數(shù)原理，令：
其中，AJPy分別為權(quán)系數(shù)和拉格朗日乘數(shù)； 求F對\和y的偏導(dǎo)數(shù)，并令其為〇,得Kriging方程組：
即：
K入=D，人=ri (13) 其中，K為協(xié)方差矩陣，(^表示第i和第j個(gè)已知點(diǎn)的協(xié)方差，A為權(quán)系數(shù)矩陣，根據(jù) 式（13)即求出權(quán)重系數(shù)A,和拉格朗日乘數(shù)y，從而求得未知點(diǎn)的估計(jì)值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值方法，其特征在于：所述方法 還包括如下步驟： 4) 使用三維建模軟件建立用VRML語言編寫的等比例大橋模型，計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在 模型相應(yīng)位置的坐標(biāo)，并將坐標(biāo)矩陣填入VRML文件相應(yīng)位置； 5) 采用VRML命令中的點(diǎn)上色命令，結(jié)合各個(gè)點(diǎn)并使用VRML命令來將整個(gè)橋面分割成 等規(guī)格的網(wǎng)格，將得到的結(jié)果填入VRML文件的相應(yīng)位置； 6) 將數(shù)值0到橋梁健康監(jiān)測傳感器報(bào)警閥值的數(shù)值區(qū)間分成49段小區(qū)間，每一段小區(qū) 間賦給相應(yīng)的RGB值，根據(jù)每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)所在的小區(qū)間對這個(gè)節(jié)點(diǎn)在橋梁三維 模型相應(yīng)位置進(jìn)行上色，監(jiān)測數(shù)值超出傳感器報(bào)警閥值的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)直接標(biāo)記為紅色，紅色 為警示。
【專利摘要】一種大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值方法，包括以下步驟：1)根據(jù)某一監(jiān)測數(shù)據(jù)在大跨橋梁上的測點(diǎn)分布，進(jìn)行同類傳感器的空間自相關(guān)性分析，通過空間變異函數(shù)來體現(xiàn)；2)參估點(diǎn)的搜索，結(jié)合橋梁實(shí)際監(jiān)測布點(diǎn)，四方搜索方案是根據(jù)插值點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)把平面分成四個(gè)象限，以變程a的長度為搜索半徑，在每一個(gè)象限中查找與插值點(diǎn)距離最近的已知樣本點(diǎn)；3)結(jié)合橋梁實(shí)際監(jiān)測布點(diǎn)的變異函數(shù)，采用Kriging法進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間插值分析，從而求得未知點(diǎn)的估計(jì)值。本發(fā)明提供一種監(jiān)測信息完全、準(zhǔn)確性較高的大跨橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)空間插值方法。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104778331
【申請?zhí)枴緾N201510204306
【發(fā)明人】余佩瓊, 楊立, 陳鵬, 吳遠(yuǎn), 呂常新, 趙玉賢
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月24日