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抗差卡尔曼滤波在高速铁路变形监测中的应用

作　者: 刘华夏
导　师: 张献州
学　校: 西南交通大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 高速铁路 线下工程 沉降变形 动态水准网 监控数据 稳健估计 抗差卡尔曼滤波
分类号: U238
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 431次
引　用: 4次
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内容摘要


目前我国高速铁路的建设正以前所未有的速度向前推进。高速铁路是一个庞大复杂而精细的工程,要求各个环节精准施工。其中作为轨道基础的线下工程,其沉降控制是提供高速度、高平顺和高稳定性的轨道先要条件,同时,由于我国地质条件的复杂性,作为长大线型的高速铁路,线下工程的沉降控制显得极为重要。因此,高速铁路线下工程沉降的安全监控、监控数据处理及监控的评价分析,是确保施工及运营安全的重要保障,必须选择有效的监控手段和数据处理方法。本文根据高速铁路线下工程的特点和存在的实际问题,就抗差卡尔曼滤波在高速铁路沉降变形监控中的应用进行研究,并结合某高速铁路的监控数据进行分析研究。主要内容如下：本文首先对高速铁路的线下工程特点进行了概述,并对变形监控技术和监控的意义作了介绍。在对比常用变形监控数据处理方法的基础上,重点研究了卡尔曼滤波模型的建立方法及其初始值的确定,通过实例分析验证了其在监控数据处理方面的优点。由于普通卡尔曼滤波模型不能有效的抵抗粗差的影响,本文在稳健估计原理的基础上,推导出卡尔曼滤波的抗差估计递推方程。并将其应用于线下工程沉降变形监控的数据处理,验证了抗差卡尔曼滤波能够有效判断粗差的位置,达到抵抗粗差的目的。结合某高速铁路线下工程的动态水准网监控数据,运用抗差卡尔曼滤波模型对其进行处理,对比抗差卡尔曼滤波结果及其预报值与各期的平差值,均吻合良好,因此,在高速铁路线下工程沉降的允许范围内,可以通过该方法对监控数据进行处理,对线下工程的沉降进行实时的控制。以上研究表明,采用抗差卡尔曼滤波模型对高速铁路变形监控数据进行处理,结果能满足工程的需要,具有良好的实用价值。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外现状分析  11-15
    1.2.1 高速铁路的定义  11
    1.2.2 国外高速铁路发展概况  11-12
    1.2.3 我国高速铁路发展概况  12-13
    1.2.4 高速铁路的特点及其变形监测的意义  13-15
  1.3 研究的内容  15-17
第2章 高速铁路技术特点及其变形监测技术  17-25
  2.1 高速铁路线路特点  17
  2.2 高速铁路线下工程特点  17-22
    2.2.1 高速铁路路基特点  18-20
    2.2.2 高速铁路桥涵特点  20-22
    2.2.3 过渡段特点  22
  2.3 高速铁路线下工程变形监测  22-24
    2.3.1 高速铁路线下工程沉降变形监测技术  23-24
  本章小结  24-25
第3章 卡尔曼滤波在变形监测数据处理中的应用  25-42
  3.1 概述  25
  3.2 变形监测数据的特点  25-26
  3.3 常用的变形监测数据处理方法  26-31
    3.3.1 回归分析法  26-27
    3.3.2 时间序列分析法  27-29
    3.3.3 灰色系统分析模型  29-30
    3.3.4 BP神经网络法  30-31
    3.3.5 Kalman滤波  31
  3.4 卡尔曼滤波模型  31-38
    3.4.1 卡尔曼滤波基本理论  31
    3.4.2 卡尔曼滤波的基本方程  31-37
    3.4.3 卡尔曼滤波的精度评定  37
    3.4.4 卡尔曼滤波初值的确定问题  37-38
  3.5 卡尔曼滤波在监测数据处理中的应用  38-41
    3.5.1 概况  38-39
    3.5.2 数据处理分析  39-41
  本章小结  41-42
第4章 抗差卡尔曼滤波在变形监测数据处理中的应用  42-53
  4.1 引言  42
  4.2 稳健估计的概念  42-43
  4.3 稳健估计的方法  43-46
  4.4 稳健估计的权函数选取  46-48
  4.5 抗差卡尔曼滤波的估计方法  48-49
  4.6 实例分析  49-52
  本章小结  52-53
第5章 抗差卡尔曼滤波在某高铁沉降变形监测数据处理中的应用  53-63
  5.1 动态测量系统中卡尔曼滤波的应用  53-56
    5.1.1 动态测量系统的基本模型  53-55
    5.1.2 动态水准监测系统  55-56
  5.2 某高铁简介  56
  5.3 某高铁沉降变形监测技术  56-58
  5.4 抗差卡尔曼滤波在变形监测数据处理中的应用  58-62
  本章小结  62-63
总结与展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-68
攻读硕士期间发表的论文  68-69

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 特种铁路 > 高速铁路
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