LÍ THUYẾT: A real-time, công nghệ theo dỏi biến dạng cầu bằng gps đã được đề xuất,nó là quá trình truyền tải của nhiều máy thu gps trong một trung tâm hoạt động.Nó đã chứng minh được một
Trang 1MỘT THUẬT TOÁN MỚI QUAN TRẮC BIẾN DẠNG BẰNG GPS ÁP DỤNG CHO CẦU DONGHAI.
LÍ THUYẾT: A real-time, công nghệ theo dỏi biến dạng cầu bằng gps đã được đề xuất,nó là quá trình truyền tải của nhiều máy thu gps trong một trung tâm hoạt động.Nó đã chứng minh được một bộ lọc kalman mở rộng với số đo ba tầng điên li tự do khác nhau(EKF-TIF),Nó loại bỏ đươc sự trễ tầng điện li,làm trong tiếng ồn TIF(whiten the TIF noise) và tối ưu kết quả của EKF.Do đó đạt được hiệu suất tôt hơn so với biện pháp đo động thời gian thực(RTK).Một thí nghiệm để xem xét(đánh giá) điều kiện hoạt động trong tầng điện li,chứng minh sự khả thi của hệ thống này khi so sánh nó với những hồ sơ của biện pháp RTK truyền thống,thử nghiệm,hệ thống đươc lắp đặt ở cầu DONGHAI đã a non-break chạy khoảng
5 tháng.Phân tích,theo dõi những hồ sơ về hiệu suất quan trắc của hệ thống này cho thấy nó chính xác
và đúng đắn
GIỚI THIỆU:
Những công nghệ xây dựng mới tạo nên rất nhiều cây cầu lớn trên thế giới,do đó việc giám sát chúng là bắt buộc để đảm bảo sự an toàn trong tuổi thọ(thời gian sử dụng) của chúng.Quan trắc biến dạng là một phương pháp hiệu quả để theo dõi cấu trúc của cây cầu và đánh giá tình trạng của chúng và dâu hiệu của những nguy hiểm tiềm ẩn.Phương pháp quan trắc truyền thống,như : trạm điện tử,cảm biến
động,máy gia tốc,đang gặp nhiều khó khăn, hạn chế.Ngược lại,theo dõi biến dạng sử dụng GPS thuận lợi hơn rất nhiều
Trong thập kỉ trước,công nghệ quan trắc RTK đã được lắp đặt cho nhiều cây cầu vd:cầu Qinma ở
HONGCONG,câù Humen ở trung quóc và cầu akashi ở nhật.Trạm chính gửi những điều chỉnh tới trạm quan trắc qua hệ thống thông tin.Trạm theo dõi diễn ra nhiều quá trình xử lí khác nhau giữa tín hiệu của vệ tinh và sự hiệu chỉnh,sau đó thông tin được chỉnh lại rồi gủi về trung tâm theo dõi phương pháp RTK là sự liên quan đặc biệt tới chức năng xử lí được kết hợp trong việc nhận và hệ thống quan trắc không cần phải xử lí dữ liệu thô,nên,đây là phương pháp rất là vui Tuy nhiên,công nghệ RTK cũng có khuyết điểm.Một loại GPS thương mại gets the
integrate ambiguity rapidly using on-the-fly (OTF),and then gets the double differencing fixed solution
Vì những lí do khác nhau,việc tính toán lại cho những nhận định không rõ ràng thường phụ thuộc vào độ chính xác tương đối ít trong lúc hội tụ.And an evenpoorer accuracy could be given when an incorrect ambiguity is got Ngoài ra,đo tầng điện li không dùng bởi most of the receivers.xảy ra sự không đồng nhất của tầng điện li,lỗi này có thể tăng lên.Về quan trắc biến dạng,đặc biêt là đường gianh giới dài,tình trạng này cần được tránh
Về việc tìm ra các lỗi, dữ liệu thô cần đươc gửi tới môt máy tính,nó sẽ xử lí các quá trình khác
nhau bằng các thuật toán.phương pháp thường đươc sử dụng trong quan trắc núi lửa và
đập phương pháp này được lắp đặt trong quan trắc biến dạng cầu.Trong phương pháp này phần mềm chính quan trắc bằng gps đã hoạt động được khoảng 5 tháng trên 31 km cầu
DONGHAI
Trong báo cáo này,thuật toán EKF-TIF thường dùng để quan trắc biến dạng cầu.Bình thường
ba mẫu khác nhau cùng bộ lọc kalman đươc đề suất năm 2000 và lắp đặt quan trắc đập.Trong báo cáo này,sự liên quan cua TIF được rút ra từ việc làm trong tiếng ồn(whitening the noise) ,do
đó ,ba tầng khác nhau của bộ lọc Kalman được is optimized.phương pháp mới đó đươc cứng tỏ khả thi cho quan trắc biến dạng cầu bởi cả hai đã được thí nghiemj và thưc tiễn lắp đặt
Trang 21.Thuật toán
1.1 phép đo TIF
Xác định vi trí gần dưới vùng hoành độ,có đường cơ sở dài nhất là 9km.Sự không đồng nhất của tần
điện li thường xuất hiện quanh cầu DONGHAI Cho nên nó rất khó để loại bỏ sự ảnh hưởng của tầng điện li tới độ chính xác của việc dùng gps thu để quan trắc hai khoảng cách xa nhau Do đó cần lắp đặt đo đạc tầng điện li tự do để giảm tác động
Phương trình theo dõi cho gps 2pha đo đạc cho chu kì truyền tải trong hai lần thu vệ tinh khác nhau theo
phương trình sau(ko copy dc)
∇Δ là hai phần tử khác nhau Φ là số do chu kì truyền tải,ρ là khoảng cách giữa vệ tih và nơi thu
λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L1,λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.Dion là đường xiên của sự trễ tầng diện li.N.dtrop là đương xiên độ trễ của tầng đối lưu.v là số đo tiêng ồn và lỗi.Đường cơ sở tính dẫn của tầng điện li,mối quan hệ cua độ trễ tâng điện là L1 và L2 được biêu diễn.(pt ko copy dc hic )
Vs quan trắc biến dạng,sự trễ tầng đồi lưu có thể được loại bỏ trên diện rộng bởi thành lập tầng đối lưu
mẫu ,do đó,trễ tầng điện li trở thành chuyên đề nhân tố ảnh hưởng tời độ chih xác:
∇ΔφIF =IF =∇ΔφIF =L1−λL1λL2λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L1λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L2
∇ΔφIF =L2=1λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L1−λL1λL2λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L1λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L2(∇Δρ+∇Δdtrop)+NL1−λL1λL2λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L1λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L2NL2+vIF, (2)
Phương trình 2 như số đo của tầng điện li tự do(IF),chỗ trễ tầng điện li được loại bỏ.tuy nhiên IF phai trải
qua following shortcoming
(1)tăng tiếng ồn.nều tiêng ồn(noise) là L1 trở nên lớn như L2, cả hai được biểu diễn là σ,gọi tiêng ồn của
IF là:
σIF =1+λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.2L1/λ2L2σ≈1.27σλL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.2L2σ≈1.27σ
May thay, tiếng ồn có thể được loại bỏ bởi điều chỉnh hơp lí khi quan trắc môt vật với sự vận động từ từ
trong khoảng thời gian thưc hiện
(2) The new ambiguity,
NIF =NL1−λL1λL2(λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L1/λ2L2σ≈1.27σλL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.L2)NL2
Trở thành mot sồ lượng khong cần thiết.nếu một giải pháp thường dùng,phương pháp có thể được dẫn
bởi nhiều bước.trong hệ thống này,the ambiguity can be eliminated using triple differencing
Số đo một bộ ba vi phân,δ∇ΔφIF =, la:
δ∇ΔφIF =IF =1λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2.IF(δ∇Δρ+δ∇Δdtrop)+vT,
1.2 EKF-TIF Approach
2.THỬ NGHIỆM VÀ LẮP ĐẶT
2.1.thử nghiệm của mẫu này
Trang 3Một thử nghiệm đã được làm trước khi khởi động dự án.Thử nghiệm được tiến hành dươí điều kiện
từ trạm cơ sở tới trạm quan trắc cách nhau 8km và liên quan tới hoat động của tầng điện li.cả hai trạm cơ sở và quan trắc được lăp đặt vững trắc.quá trình thu làm việc theo kiểu RTK và ghi lại kết quả trong lúc đó dữ lieu thô được gửi bởi nhiều nhóm thu và sau đó được xử lí bởi phần mềm quan trắc.trong nhiêu trương hợp,kêt quả của RTK và phần mềm đều khá tốt,tuy
nhiên,phương pháp RTK có nhiều lỗi lớn khi biến cố tầng điện li tăng lên,trong khi đó EKF-TIF khắc phục được tình trạng đó
Mối quan hệ giữa chiêu cao và thời gian đươc biêu diễn trong đồ thị 1.trong suốt chu kì hoat động
của tang điện li ,đường cong của phương pháp RTK biêu diễn đương cong có đỉnh là 15cm,sau khoảng 10 phút.quan trăc những biến dạng không đươc lắp đặt ở cầu DONGHAI.do đó kêt quả của thử nghiệm biêu diễn sự xảy ra của mẫu RTK duy nhât vượt qua khoảng cách ngắn nhất giữa trạm cơ sở và trạm quan trắc,trong suốt thời gian tầng điện li xáo động khi chịu sự va chạm Các thí no chứng minh được sự vượt trội hơn của phương pháp RTK,và phương pháp này được
quyết định lắp đặt để quan trắc dự án cầu DONGHAI
2.2.quá trình thực hiện ở cầu DONGHAI
Toàn bộ chiều dài của cầu DONGHAI là 31km ,rộng 31,5 m.Hai dây cáp treo được quan trắc bằng
GPS.Nhưng ETK-TIFđược lắp đặt duy nhất ở cầu chính,cách trạm chính 9 km.mặt khác phương pháp này không dùng được nếu khoảng cách là 2km
Trạm quan trắc ở cầu chinhs is show in fig.2.2 trạm ở hai tháp lần lượt (TOWM1,TOWM2),giữa
cầu(MidM)
Trim 5700 máy thu GPS hai pha được dùng trong hệ thống này.tất cả máy thu xuất ra dữ liệu thô RT17 ở
10HZ bao gồm mã C/λ2L2σ≈1.27σA và chu kì truyền tải L1/λ2L2σ≈1.27σL2.VÀ dữ liệu được gửi qua mạng tới GPS server dựa trên quá trình dữ liệu được truyền tải bằng phần mềm đã được lập trình dưới dạng C/λ2L2σ≈1.27σS 3.KẾT QUẢ QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH
3.1 so sánh kết quả
Sau khi hệ thống được lắp đặt,dữ liệu non-break 24h tới điểm quan trắc được ghi lại và quá trình này sử
dụng phần mềm GAMIT với dữ liệu thô của VRS trên shanghai,và the accurate coordinates were given.GAMIT là phần mềm xử lí dữ liệu viết ra bởi viện massachusetts.làm việc trên UNIX,kêt quả
của nó rât chính xác bởi xử lí đường cơ sở dài và dữ liệu tĩnh trong một khoảng thơi gian liên tục
Theo tính toán,một ươc lượng của phần mềm quan trắc.ghi chép sự khác nhau của nhiệt độ ngày và
đêm là 150 c.so sánh giữa kết quả của GAMIT và của phần mềm quan trắc được bảng 1(ko copy dc)
GAMIT mất 24h cho toàn bộ chiều cao ở mỗi trạm trong khi đó phần mềm quan trắc mất offers the ones
vào12h sáng và 12h tối.Bảng trên cho thấy các tháp của cầu giảm xuống khi nhiệt độ giảm,trái lại,tháp giữa lại tăng.coi cac tháp đó như một ví dụ,vào 12h sáng khi đã ấm,quan sát chiêu dài thấy cao hơn của GAMIT 1cm,trong khi đó vào ban đêm lạnh hơn thì thấy ngắn hơn 1cm Những
dữ liệu điều chỉnh chứng minh trạng thái biến dạng của một cầu treo trên thực tế vơi giá trị rất chính xác
Trang 43.2phân tích biến dạng trên các tháp.
Hình 3 cho thấy biến dạng bắc và đông (N và E) được ghi lại ở một tháp từ 17:41 ngày 10 tháng 8 tới
1:37 ngày 11 tháng 8.Trong suốt thời gian đó Bão SAOMAI sẽ đổ bộ và ảnh hưởng đến cầu DONGHAI
Theo hình 3 biến dạng ngang là tương đối nhỏ(+-1cm)và biến dạng trục cầu lớn hơn(+-3cm)
3.3 24h biến dạng ở nhịp giữa
Nhịp giữa chịu ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ.Hình 4 cho thấy biến dạng chiều cao được ghi lại của cầu
chính trong 24h.Nhiêt độ ngày và đêm khác nhau 10C
Vào ban đêm,,nhiệt độ tương đối thấp và cáp bị co lại và kết quả là nhịp chính cao lên Trong khi đó ban
ngày,nhiêt độ tăng thì lại giảm.biên độ lớn nhất của chiều cao và dài la 5cm
4.kết luận
Các phần trên chứng minh một thuật toán mới được gọi là EKF-TIF,nó được lắp đặt để quan trắc biến
dạng cầu DONGHAI SO SÁNH kiểu RTK và GAMIT và phân tích biến dạng trong bão và tác động của nhiệt độ dùng được trên lí thuyết.chúng cho thấy dữ liệu nền tảng của ETK-TIF đạt được độ chính xác thiết kế.thực tế,quan trắc liên tục đã đươc hoạt động khoảng 5 tháng,những ghi chép biến dạng đồng nhất vs sự vận độngcủa cây cầu,
tac gia tung tham ra thoi nen t ko dich.lão nay tu suong kinh quá.)