基于小波变换的桥梁动态称重系统车轴高精度识别研究

摘要

桥梁动态称重(BWIM)系统是以桥梁为载体通过连续采集桥梁梁底动态响应信号来识别过桥车辆的轴重及总重量。而在BWIM系统中，高效而准确地识别出车辆信息（车辆速度、车轴数目、车轴间距）是提高新型BWIM系统识别过桥车辆轴重精度及效率的必要前提条件。新型BWIM系统摒弃了早期BWIM系统所需的埋置在桥头路面上的便携式磁带开关或压电电缆，而是直接在桥面板下安装额外的传感器（也称车轴探测传感器或FAD传感器），从而获得车轴信息。然而试验证明并非所有车轴探测传感器所采集的信号都能够直接识别出车辆相关信息。本文基于湖南省怀化市五桥引桥、美国阿拉巴马459#桥以及桂林市某高速公路临时路段上简支板桥的现场试验，对BWIM系统中车轴信息识别进行了相关研究，提出利用小波变换技术提高对车轴信息的高精度识别，主要完成了以下工作:
　　(1)根据现场试验测试数据，对不能直接识别车轴信息的FAD传感器信号，利用小波变换技术提高BWIM系统中必要车轴信息识别，为BWIM系统车轴轴重及总重识别过程提供技术支持;
　　(2)利用不同小波变换（连续小波变换:CWT，离散小波变换:DWT和平稳小波变换:SWT）提高FAD信号车轴信息识别，并证明不同的小波变换技术拥有各自的特点、优势以及使用范围;
　　(3)通过试验数据分析，为了获取最佳车轴识别效果，本文提出采用联合控制最小Shannon熵和最大相关系数法来分别选择最佳CWT变换尺度和最佳小波函数;
　　(4)通过现场试验结果分析发现，由于多辆车同时上桥，许多车轴信息无法被BWIM系统完全准确识别。利用小波变换能够高效准确地识别出必要的车轴信息。同时分析发现安置在横隔板上的传感器信号也蕴含着车轴信息，利用小波变换分析这些信号也能够准确显示出过桥车辆的车轴信息。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 桥梁动态称重系统的发展及研究现状

1．2．1 动态称重简介

1．2．2 BWIM系统国内外发展动态

1．3 本文主要研究内容

第2章 小波理论简介

2．1 傅里叶变换

2．2 窗口傅里叶变换

2．3 小波变换

2．3．1 连续小波变换

2．3．2 离散小波变换

2．3．3 平稳小波变换

2．4 最优化小波变换

2．5 本章小结

第3章 基于40m跨简支T梁桥实桥试验

3．1 测试桥梁简介

3．2 实桥试验方案及测点布置

3．2．1 试验方案

3．2．2 测点布置

3．2．3 试验测试

3．3 试验结果分析

3．3．1 单辆车过桥时FAD信号的小波变换

3．3．2 多辆车同时过桥时FAD信号的小波变换分析

3．4 本章小结

第4章 基于短跨简支T梁桥的实桥试验

4．1 试验背景概述

4．2 试验结果分析

4．2．1 多辆车同时上桥时FAD信号的车轴信息识别

4．2．2 标定车Dia信号的车轴信息识别

4．2．3 随机车流Dia信号的车轴信息识别

4．2．4 随机车流中车轴信息的高精度识别

4．3 本章小结

第五章 基于简支板桥的实桥试验

5．1 试验桥跨简介

5．2 实桥试验方案及测点布置

5．2．1 试验方案

5．2．2 测点布置

5．2．3 试验测试

5．3 试验结果分析

5．3．1 标定车B的跑车试验结果分析

5．3．2 标定车A的跑车试验结果分析

5．4 本章小结

结论和建议

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)