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桥梁挠度线形快速测量系统研发

作　者: 周逸
导　师: 蓝章礼
学　校: 重庆交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 桥梁挠度线形倾角传感器位移传感器滤波
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

桥梁是交通关键枢纽,是国家的重要基础设施、在现代交通中发挥着越来越重要的作用。随着各种结构新、跨径大、体系复杂的桥梁不断地出现,桥梁健康监测和桥梁安全评估受到了广泛重视。桥梁挠度是衡量桥梁健康状况的关键因素,是评价桥梁安全性的重要指标,能够直接反映桥梁结构形变是否超出有效安全范围。桥梁挠度线形(即桥梁在竖直方向上的弯曲曲线)经常应用在新桥验收、现有桥梁的维护、例行检测等测量上。目前大多数测量桥梁挠度线形的方法是先测量离散点的挠度,再对测量数据进行拟合,拟合的平滑度与测量点的数量直接相关。在现有挠度测量技术中,对一座桥梁的挠度测量限于测量时间的限制和操作的方便性,一般只对少数点进行测量,然后进行粗糙拟合,不能很好的重现桥梁的连续挠度线形。因此,设计出桥梁挠度线形快速测量系统,具有重要的理论意义和实用价值。本文提出一种基于倾角传感器设计的桥梁挠度快速测量系统,其操作过程为:利用位移传感器控制测点的间距,使用倾角传感器采集每个测点处的倾角,计算得到挠度数据,使用修正梯度均值滤波算法处理后重绘桥梁线形。本文详细阐述了该系统的设计方案和测量原理,提出了修正梯度均值滤波算法并对测量数据进行处理,详细介绍了本系统的系统开发流程,包括倾角传感器测量装置及各模块的电路设计、滤波算法设计及改进、上层软件系统架构,最后对本系统进行调试及实验。通过实验室测试(静态实验及回归实验)验证了系统的可行性及准确性,最后将本系统应用到实际桥梁的挠度线形测量中,取得了较好的工程实用效果,验证了系统的实用性。该系统不仅适用于桥梁挠度线形的快速测量与重现,也适合于地面、道路沉降的快速测量。系统测量挠度、重现挠度线形的原理简单,不需要固定安装在桥梁上,设备简单,易于实现,性价比高,操作方便,具有很强的工程实用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 桥梁挠度测量的重要性  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
  1.3 研究目的和意义  14-15
  1.4 研究的主要内容及创新点  15
  1.5 本章小结  15-17
第二章系统测量原理与设计方案  17-26
  2.1 系统测量原理  17-19
    2.1.1 传统倾角仪挠度测量原理  17-18
    2.1.2 本系统测量原理  18-19
  2.2 系统设计方案  19-25
    2.2.1 位移测量装置方案  20-22
    2.2.2 倾角测量装置方案  22-24
    2.2.3 上位机软件设计方案  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章挠度线形快速测量系统开发  26-40
  3.1 硬件系统开发  26-32
    3.1.1 倾角传感器模块  26-27
    3.1.2 滤波电路模块  27-28
    3.1.3 A/D 模块  28-29
    3.1.4 控制芯片与电源模块  29
    3.1.5 串口模块  29-30
    3.1.6 防雷击电路  30
    3.1.7 单片机软件开发  30-32
  3.2 上层软件开发  32-39
    3.2.1 开发环境  32-33
    3.2.2 串口通讯  33-34
    3.2.3 数据采集器  34-35
    3.2.4 设备控制器  35-37
    3.2.5 数据处理器  37
    3.2.6 数据持久化模块  37-38
    3.2.7 人机交互界面  38-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章系统调试与实验  40-47
  4.1 硬件调试  40-41
  4.2 软件调试  41-44
    4.2.1 数据传输调试  41
    4.2.2 数据库连接调试  41-42
    4.2.3 Excel 导出调试  42-44
  4.3 校正实验  44-45
    4.3.1 零点校正  44
    4.3.2 温度校正  44-45
  4.4 系统综合实验  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章滤波算法设计与分析  47-57
  5.1 常用数字滤波算法  47-50
    5.1.1 算术平均值滤波法  47-48
    5.1.2 加权平均值滤波法  48
    5.1.3 递推平均值滤波法  48-49
    5.1.4 中位值滤波法  49
    5.1.5 中位值平均滤波法  49
    5.1.6 程序判断滤波法  49-50
  5.2 梯度均值滤波算法及改进  50-52
    5.2.1 梯度均值滤波法  50-52
    5.2.2 修正的梯度均值滤波法  52
  5.3 本文所采用的滤波算法及效果  52-55
    5.3.1 倾角测量与中位值平均滤波  52-53
    5.3.2 限幅平均滤波法  53-54
    5.3.3 修正梯度均值滤波算法  54-55
  5.4 本章小结  55-57
第六章实验验证与工程测量  57-66
  6.1 实验验证  57-60
    6.1.1 静态实验验证  57-58
    6.1.2 回归实验  58-60
  6.2 工程测量  60-65
    6.2.1 工程简介  60
    6.2.2 数据测量与处理  60-65
  6.3 本章小结  65-66
第七章总结与展望  66-68
  7.1 总结  66
  7.2 未来工作展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
在学期间发表的论著及取得的科研成果  72

桥梁挠度线形快速测量系统研发

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