小波变换在桥梁变形监测数据处理中的应用

论文摘要

桥梁变形分析的实质是信号分析,在建或建成以后的桥梁会随时间的推移而不断发生形状或位置上的变化。小波变换理论诞生于20世纪80年代,是傅里叶变换的拓展与延伸,是目前相对比较好的一种时频局部化分析方法。它克服了傅里叶分析不能将时域和频域结合起来描述观察信号的缺点,能综合时域和频域的信息共同为变形分析服务。小波变换能对变形观测数据进行预处理,并能有效的消除测量误差,提取变形特征,进而分析变形规律。小波变换的多尺度分析用来揭示事物的本质,思路清晰、简洁、计算复杂程度低。桥梁变形监测信号采用小波多分辨率分析方法在不同尺度进行分解,这样可以在不同的分辨率上获得更多信息,从而降低问题的不确定性和复杂性。小波滤波去噪方法比其他方法更适合于非平稳信号消噪。因此,小波变换将会在动态变形监测的数据处理上取得广泛的应用。本文以小波分析为工具,处理桥梁的变形观测工程实践所获得的数据。充分发挥小波分析在时频分析、奇异性探测、提取变形趋势和粗差探测等方面的诸多优点,来处理桥梁的变形观测数据信号。重点研究了小波去噪理论在桥梁的变形观测数据处理中的应用。研究小波分解与重构去噪法和非线性小波变换阈值法中参数的选择问题。利用小波滤波对变形监测所获得的变形信号进行多尺度分析,对信号中包括的多种频率成分进行分解,去除观测序列的噪声,提取变形信息,研究表明,如果小波函数、分解层数、阈值和去噪方法选用合适的话,将会非常高效的去除变形观测数据中的高频噪声,提高了变形观测数据的可靠性。最后将小波分析应用于桥梁变形观测工程实例,通过对桥梁墩台的垂直变形监测数据进行小波变换数据处理与分析,有效地去除了噪声。并基于小波理论探讨了桥梁索塔的摆动位移与风速的关系,论证了风速和风的频率只有在一定的范围内才能保证桥梁摆动的安全。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 小波分析的发展现状
• 1.3 变形监测技术研究进展
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 小波变换理论基础
• 2.1 傅里叶变换与短时傅里叶变换
• 2.2 小波和小波变换
• 2.3 多分辨分析
• 2.4 傅里叶变换和小波变换比较
• 3 桥梁变形数据的小波变换处理方法
• 3.1 桥梁变形数据的傅里叶变换处理方法
• 3.2 桥梁变形数据的小波变换处理方法
• 4 桥梁变形监测数据小波去噪研究
• 4.1 桥梁变形观测数据的特点
• 4.2 小波去噪效果评价方法
• 4.3 桥梁变形监测数据的小波分解与重构去噪
• 4.4 桥梁变形监测信号的阈值去噪
• 5 基于小波理论的桥梁变形监测数据处理
• 5.1 某大桥实施变形监测情况
• 5.2 桥墩台垂直变形观测数据的采集及预处理
• 5.3 归算后数据的小波分析
• 5.4 桥梁摆动与风速的小波变换数据处理
• 6. 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间主要成果