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

卡爾曼濾波由于能夠?qū)崟r快速地處理大量的變形數(shù)據(jù),并能夠預(yù)測下一時刻的變化狀態(tài)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域的動態(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)用到光纖光柵動態(tài)變形監(jiān)測上,基于matlab編程實(shí)現(xiàn)模型的建立并運(yùn)用該模型對建筑物變形進(jìn)行分析與預(yù)測,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)沉降量觀測數(shù)據(jù)分析實(shí)例。以卡爾曼濾波的4個特點(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)測的預(yù)測預(yù)報方面的應(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,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,但該方法計算量大,計算不方便。針對這種情況,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。

對于工程建設(shè)者來說,準(zhǔn)確進(jìn)行工程造價預(yù)測決定著投標(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,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)測效果,具有使用價值。

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,對橋梁施工預(yù)拱度進(jìn)行預(yù)測分析,給出調(diào)整后的立模標(biāo)高.對張拉后備節(jié)段梁底實(shí)測標(biāo)高與理論預(yù)計標(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).

時間序列分析方法對短期建筑物變形預(yù)報具有較高的模型擬合及預(yù)報精度。本文從時間序列預(yù)測算法原理出發(fā),闡述了使用此方法對所獲得的橋梁變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識別、模型建立及預(yù)報的過程,并利用matlab實(shí)現(xiàn)了編程代碼。通過對某橋梁變形監(jiān)測預(yù)報的應(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)測精度,針對灰色預(yù)測模型(gm(1,1))易受隨機(jī)干擾影響致使預(yù)測精度不高的問題,建立了基于卡爾曼濾波的灰色理論預(yù)測模型。考慮到沉降量受到溫度和時間因素影響較大的特點(diǎn),將地表的沉降看作時間、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)測中,并將改進(jìn)的卡爾曼濾波灰色模型預(yù)測結(jié)果與卡爾曼濾波灰色模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比。實(shí)例計算表明,使用改進(jìn)的卡爾曼濾波對消除檢測數(shù)據(jù)擾動誤差后的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色模型預(yù)測的精度相比于單純灰色預(yù)測的預(yù)測精度更高。

橋梁變形監(jiān)測研究

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

小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對建筑物變形預(yù)報具有較高的模型擬合及預(yù)報精度。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所獲得的橋梁變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立及預(yù)報的過程,并利用matlab實(shí)現(xiàn)了編程代碼。通過對某橋梁變形監(jiān)測預(yù)報的應(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,對建筑物的沉降量進(jìn)行預(yù)測?？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)觀測數(shù)據(jù)的能力,從而減小了擬合誤差。計算表明,用基于雙曲線模型的卡爾曼濾波模型對建筑物的沉降量進(jìn)行預(yù)測,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)測和控制對象，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)計意義上無偏的最優(yōu)估計值；然后建立系統(tǒng)的最優(yōu)終點(diǎn)控制公式計算出索股的最優(yōu)調(diào)整值

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

以中國梁濟(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)測中的聯(lián)合運(yùn)用。

將建筑物的變形看做時間和開挖深度的函數(shù),使用泰勒級數(shù)建立建筑物變形與時間和開挖深度的函數(shù)關(guān)系,并將泰勒級數(shù)的余項及時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)測預(yù)報。實(shí)例計算表明,模型的擬合效果和預(yù)測效果較好。

將建筑物的變形看做時間和開挖深度的函數(shù)，使用泰勒級數(shù)建立建筑物變形與時間和開挖深度的函數(shù)關(guān)系，并將泰勒級數(shù)的余項及時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)測預(yù)報。實(shí)例計算表明，模型的擬合效果和預(yù)測效果較好。

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)果驗證了這一方法的簡明性和實(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

為了提高超短期負(fù)荷預(yù)測的精度,通過卡爾曼濾波理論建立了實(shí)時調(diào)度子系統(tǒng)的超短期負(fù)荷預(yù)測模型,并用兩種方法對基本模型進(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)荷和各競價電廠以機(jī)組申報的競價數(shù)據(jù),預(yù)測未來各時段的調(diào)度負(fù)荷。通過對3種模型所預(yù)測出的電力短期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果比較,表明對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比例變換的預(yù)測方法更為理想。

為獲取超高分辨率圖像,設(shè)計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,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,對出端光纖位置逐一搜索;搜索光纖位置時區(qū)分層內(nèi)、層間設(shè)置不同初始步長,按均方誤差最小原則對搜索步長進(jìn)行修正.算法采用了比對終止邊界、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.

橋梁變形監(jiān)測工作對于橋梁的使用、管理和維護(hù)都具有十分深遠(yuǎn)的意義,能夠起到保障人民生命安全、保證公共出行交通的作用,因此,須重視變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用,并需通過不同的觀測條件,對橋梁變形進(jìn)行精確監(jiān)測,根據(jù)實(shí)地觀測的不同情況,再對其做出具體的布設(shè)方案,以確保實(shí)際工作應(yīng)用能得以解決.基于此本文分析了變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用的價值,并提出了一種三維位移監(jiān)測方法.

灰色關(guān)聯(lián)分析與變權(quán)綜合方法在橋梁評估中的應(yīng)用

以在建車庫基坑邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測為例,獲取其豎直方向的動態(tài)數(shù)據(jù),建立灰色gm(2,1)模型,對該車庫基坑邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降預(yù)測,并對所建模型進(jìn)行精度檢驗,結(jié)果顯示gm(2,1)模型在基坑邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降變形分析中具有較強(qiáng)作用。