测绘工程本科设计论文桥梁变形监测及数据处理理论与方法.doc

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本科毕业设计（论文）

题目桥梁变形监测及数据处理理论与方法

院（系部）测绘与国土信息工程学院

专业名称测绘工程

年级班级*级*班

学生姓名**

指导教师***

年月日

河南理工大学本科毕业论文

摘要

随着经济的进步和科技的发展，测量仪器的不断改进，测绘技术的不断演化，变形监测的方法也发生了很大的改变。

当前大型桥梁的建设越来越多，规模越来越大，旧的桥梁仍在使用，但是越来越老化，新的桥梁又在建设，这也使得大型桥梁的变形监测工作更为繁重，意义也更为重要。

而以往传统的大桥变形监测工作采用的仪器与监测方案，已经跟不上当前形势的发展需要。

本文认真研究了当前最新仪器的长处及不足，针对桥梁变形监测的特点，提出新的变形监测方法。

由于当前变形监测的变形预测还基本空白，本文还对桥梁的变形预测方法进行了研究。

总的说来，包括以下几个部分：

（1）变形测量基本理论的研究

阐述了论文研究的背景以及意义，辨析了变形测量的含义以及研究的内容和范围，重点是变形监测和变形检测的联系和区别，介绍了当今变形测量技术的研究进展，主要是当前发展迅速、应用前景广泛的几种新兴测量技术，并且总结了变形测量数据处理方法的国内外研究现状和进展。

（2）桥梁沉降的变形数据预测

说明了当前桥梁变形监测的变形预测缺失的情况，对当前流行的预测方法进行了分别的介绍，并且对它们进行了分析与比较，提出采用灰色模型来对当前的沉降变形进行预测。

灰色模型特别适用于数据序列不长的变形数据预测。

通过桥梁的主塔实测数据，检验了模型的有效性和适用性。

证明了用灰色模型来进行桥梁变形预测是确实可行的。

关键词：

变形测量，数据预测，数据处理，灰色模型

ABSTRACT

Withtheeconomicprogressandtechnologicaldevelopment，thecontinuousimprovementofmeasuringinstruments，surveyingmethodsofdeformationmonitoringhashadchangemuch．

Nowadays，moreandmorelargebridgesarebuilding，thescaleofthebridgesarelargerandlarger．Inthesametime，thebuiltbridgesarestillinuse，butever—aging．Allofwhichmakelarge-scalebridgedeformationmonitoringmoreimportant．Thetraditionalmethodofthebridgedeformationmonitoringandtheequipmentusedinthemonitoringprogramhasbeenbehindthedevelopmentneedsofthecurrentsituation．

Theauthorlearnedtheadvantageanddisadvantageofthelatestequipment．Inviewofthecharacteristicsofthebridgedeformationmonitoring，theintroductionofnewmethodsofdeformationmonitoringwasshowedinthepaper，areal—timemonitoringsystemwasdeveloped．

Becausethecurrentdeformationmonitoringdeformationpredictionisalmostblank，thepaperalsostudyonbridgedeformationprediction．Overall，thepaperincludesthefollowingsections：

（1）Researchonbasictheoryofdeformationmeasurement

Backgroundandsignificanceoftheresearchisexpatiatedinthischapter．Definitionofdeformationmeasurementanditsresearchcontentandscopeisanalyzed，focusingonlinksanddifferencesbetweendeformationmonitoringanddetection．Theresearchprogressesindeformationmeasurementaleintroduced，mainlyareseveralnewmeasurementtechniqueswhicharedevelopingrapidlyandmayenjoyawiderangeofapplication．Researchprogressindeformationmeasurementdataprocessingissummarized．

（2）Thepredictionofbridgedeformation

Thepaperintroducesthesituationofpredictionforthedeformationmonitoring．Thenthecommonmethodsofpredictionwereintroduced．Afteranalysisofthosemethods，thegraymodelwasselectedtopredictforthepredictionofbridgedeformation．Thegraymodelwassuitforthedatasequencewhichwasnottoolong．Throughthedataofthemaintower，thegraymodelwastastedtobeefficiencyandapplicability．

Keywords：

deformationmeasurement，dataforecasting，dataprocessing，graymodel

目录

1引言 1

1.1概述 1

1.2国内外研究现状 2

1.3结构框架 4

2桥梁变形监测基本理论 5

2.1桥梁类型及受力特点 5

2.1.1桥梁的基本结构 5

2.1.2桥梁分类及受力特点 5

2.2桥梁变形特点 7

2.3桥梁变形监测内容 8

2.3.1监测内容 8

2.3.2方法、仪器和监测精度的确定 8

2.3.3监测点布置的确定 9

2.3.4变形监测频率的确定 9

2.3.5变形监测网的确定 10

2.4桥梁变形监测方法 11

2.4.1摄影测量技术 11

2.4.2GPS技术 12

2.4.3自动全站仪法 13

2.4.4三维激光扫描仪 14

2.5技术应用现状综述 15

3桥梁变形观测数据处理 18

3.1变形观测网平差基本方法 18

3.2基准点稳定性分析 21

3.3变形分析与预报 23

3.3.1多元线性回归分析 23

3.3.2趋势分析法 24

3.3.3时间序列分析 25

3.3.4模糊线性回归 26

3.3.5自适应滤波法 27

3.3.6灰色系统理论 28

3.3.7突变理论 29

3.4数据处理方法分析和比较 30

4工程实例 32

4.1工程概况及监测内容 32

4.2变形系统的布置 33

4.2.1桥墩沉陷与桥面线形观测点的布置 33

4.2.2塔柱摆动观测点布置 34

4.2.3水平位移观测点布置 34

4.2.4垂直位移观测基准网布置 35

4.3变形监测方法与成果精度 35

4.3.1GPS定位系统测量平面基准网 35

4.3.2精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测 36

4.3.3全站仪坐标法观测横向水平位移 37

4.3.4智能全站仪（测量机器人）测定高塔柱的摆动 38

4.4成果整理分析 40

4.5感受 40

5结论与展望 42

致谢 44

参考文献 45

V

1引言

1.1概述

桥梁是国民经济的基础结构，作为交通网络的重要联接，在经济建设中发挥着不可忽视的作用。

由于正常的以及非正常的荷载导致了许多桥梁出现了不同程度的损坏，因此桥梁的健康监测已经成为了桥梁运营及管理阶段的主要任务。

随着国民经济的发展，为了满足日益增加的交通需求，需要建设越来越多的柔性大型桥梁（如斜拉桥，悬索桥）。

因而桥梁的安全将会成为桥梁界面临的非常重要的问题。

随着科学技术与工业化大生产的发展，桥梁理论、建筑材料、施工技术的高度发展以及交通运输的急速膨胀，许多大跨度桥梁应运而生。

另外，随着理论的完善和技术的进步，工程师们力图使桥跨结构的预定功能以最经济的方法实现，即桥跨结构施工期和运营期富裕的抗力安全储备将在尽可能的范围削减。

所以，成桥监测无疑是桥梁新型结构和计算理论发展中不可缺少的工作。

近年来，世界各国桥梁事故频繁发生，每一次事故都造成重大的人员伤亡和财产损失．例如，1967年12月横跨美国俄亥俄河上的银桥突然倒塌，造成46人死亡；1994年10月韩国圣水大桥中央断塌，造成32人死亡，17人重伤；2000年8月27日，连接台湾省高雄与屏东的重要交通要道上的高屏大桥突然拦腰断裂，交通中断，22人受伤；2001年11月7日，被誉为“亚洲第一拱桥”的宜宾小南门大桥突然发生断裂，市区南北交通中断，已停止11年的轮渡重新启用．这些损伤一方面由于桥梁建成通车后，受到雨水冲刷、空气氧化，以及在长期的静载和动载作用下其主要受力构件逐步老化，强度和刚度随时间减低所致；另一方面则是由于人为的原因，如货车的严重超载和各种车船的撞击事故。

因此，在桥梁的竣工和运营阶段，通过实时监测桥梁结构的实际状态和环境状况，对结构性能进行实时的监测和诊断，及时地发现结构的损伤，获得桥梁结构实际状态与理想状态之间的差异（误差），运用现代控制理论，对误差进行识别、调整、预计，对可能出现的灾害进行预测，评估桥梁安全性已经成为未来工程建设的必然要求。

因此桥梁变形监测的数据可以被用来检测桥梁潜在的损伤以及帮助今后桥梁的设计。

采集大量的、实时的以及精确的桥梁运营状态数据（如桥梁几何形状的变形，桥梁在变化的载荷下实时的或者接近实时的动态响应等）对于桥梁相关机构来说是相当有意义的。

1.2国内外研究现状

桥梁在设计时需要考虑对外力具有一定的抵制能力，如风力、交通、温度、潮汐以及一些不可预知的载荷，如地震、洪水及台风。

这些外力因素是桥梁在设计阶段和运营阶段需要考虑的主要因素。

不像桥梁基础沉降很容易利用常规测量仪器测量，桥梁的动态变形特性或