融合北斗与GPS的超高层建筑变形监测数据处理与分析研究

摘要

近年来，越来越多的超高层建筑出现在人们的视野，其中不乏500米以上的超高摩天大楼。随着建筑高度越来越高，为了保证建筑安全，必须在建设过程中和建设完成后进行高精度的变形监测。采用GNSS技术能有效克服传统监测方法的不足，实现实时监测，具有相当的实用价值。尤其在超高层建筑施工环境复杂，卫星遮挡严重的情况下，采用BDS/GPS双系统联合定位可以增强系统可靠性、提高观测数据的处理效率、实现快速的基线解算。
　　本文针对深圳“平安国际金融中心”建设项目，采用北斗兼容GNSS接收机进行施工变形监测，探讨复杂施工环境下数据采集方法及后处理算法，解决因环境因素造成数据质量差而无法高精度解算的问题，对所得观测数据序列做有效处理，以满足变形监测需要。研究工作主要包括以下几个方面:
　　(1)论文依托现场测试BDS/GPS双系统数据，通过比较不同监测点组合解算的坐标中误差，提出了新的解算方案，并以此进行基线解算，测定了大楼高度并就温度、外部荷载变化引起的变形作了分析。
　　(2)鉴于均方根误差和信噪比作为去噪效果评价指标的缺陷，论文加入平滑度指标，以现场测试BDS/GPS双系统数据为例，综合考虑三项指标值得出最优参数方案，并以此进行小波阈值去噪处理，完成了大楼南北向、东西向和高程方向的解算数据的粗差探测与修复，提取了大楼变形特征，计算了自振频率。
　　(3)阈值是决定去噪效果的关键因素。为了确定最合适阈值，论文归纳总结、优化了常用阈值计算公式，并以现场测试BDS/GPS双系统数据为例进行分析比较，得出了相应的最优阈值。
　　本文的研究工作和成果对GNSS技术BDS/GPS双系统用于超高层建筑物的实时动态变形监测，在理论和实践上具有重要的参考及借鉴意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 超高层建筑变形监测现状

1．2．2 变形监测数据处理现状

1．3 论文结构安排

2 GNSS数据解算

2．1 GNSS系统

2．2 GNSS观测数据误差来源

2．3 载波相位差分测量

2．4 本章小结

3 小波变换的基本理论

3．1 BDS／GPS解算结果的小波去噪

3．2 小波和小波变换

3．3 常用小波函数

3．4 小波变换去噪

3．5 多分辨分析

3．6 阈值去噪

3．6．1 去噪模型

3．6．2 去噪参数选取原则

3．6．3 去噪评价指标

3．7 本章小结

4 BDS／GPS数据的基线解算及分析

4．1 变形监测的实施

4．1．1 工程概况

4．1．2 变形监测方案

4．2 数据准备

4．2．1 格式转换

4．2．2 基准站地心坐标解算

4．3 基线解算

4．3．1 解算软件

4．3．2 解算方案

4．4 解算结果分析

4．4．1 楼高计算

4．4．2 温度影响

4．4．3 外部荷载影响

4．4．4 平面距离计算

4．5 本章小结

5 BDS／GPS数据的小波阈值去噪分析

5．1 单历元解算

5．2 小波阈值去噪参数确定

5．2．1 最优分解层数

5．2．2 最优小波函数

5．2．3 最优阈值计算

5．2．4 最优阈值函数

5．3 粗差探测

5．4 变形特征提取

5．5 自振信号提取与频谱分析

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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