动态桥梁线形检测数据精细化处理方法研究

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近年来,我国交通运输业快速发展,公路、铁路和桥梁的维护和检修工作尤为重要和急迫。传统的桥梁线形检测是在封闭式的测试环境下得到指定断面离散观测点的高精度高程观测数据,经线形拟合得到桥梁的结构线形,这样的检测方法对测试环境要求高且效率低。为了高效获取观测数据,考虑将移动测量系统(Mobile Mapping System,MMS)应用于桥梁检测领域。移动测量在开放式的环境中进行,直接获取连续的行驶轨迹在大地坐标系下的三维坐标,其精度可达毫米量级。但在开放式的测量环境中,MMS的动态连续的高程检测数据并不能直接作为桥梁的结构线形,其中:移动测量载体的路径偏移、路面不平整度、移动测量载体和桥梁发生的耦合振动等因素所引入的误差远大于桥梁线形检测的允许精度。对基于MMS的桥梁结构线形检测的基础数据的精细化处理过程是桥梁结构线形检测精度达到毫米精度的前提条件。本文对移动测量应用于桥梁结构线形检测存在的问题进行了研究,提出了动态桥梁结构线形检测基础数据的精细化处理方法,其中包括:1、路径偏移误差补偿方法。此方法考虑开放式的测量环境中移动测量载体的行驶路径偏离桥梁的结构线形曲线的问题,分析载体的姿态变化和计算路径偏移量,对高程检测数据进行误差补偿。2、多车车桥耦合振动误差处理方法。此方法充分的考虑了桥梁表面的不平整度和车辆之间的相互作用对车桥耦合振动的影响,通过建立多车车桥耦合振动模型,获得其振动频谱规律,得出可将平均误差频谱作为耦合振动频谱的结论,从而采用谱减法减小车桥耦合振动对基础数据的影响;3、高精度坐标转换参数求解方法。考虑到大地坐标系到桥轴坐标系的转换中公共点的精度和个数对转换精度的影响,建立了坐标转换的平差数学模型,设计了坐标转换关系的求解算法,并提出了坐标转换参数的精度评价标准。为基于MMS的桥梁结构检测线形到桥轴坐标系的转换提供了理论基础和高精度的保障。为了验证动态桥梁结构线形检测基础数据的精细化处理方法的正确性和可行性,进行了移动测量载体的不同速度和不同行驶路径对武汉晴川二桥的桥梁结构线形检测。采用上述方法对检测原始数据进行精细化的处理,对比传统测量方法得到的高精度的桥梁结构线形,任意路径下线形检测点的高差标准差控制在0.3mm之内,达到桥梁结构线形的测量标准。证明了本文所提出的各精细化处理方法的正确性和可行性,为实现桥梁结构线形的高效高精度检测提供了方法。
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