一種大跨橋梁監測數據空間插值方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及大跨橋梁監測數據分析與處理領域，尤其是一種大跨橋梁監測數據空 間插值方法。
【背景技術】
[0002] 我國《公路長大橋隧安全運營管理辦法（征求意見稿）》提出國道、省道特大橋的 安全運營管理應貫徹"安全第一、預防為主"的工作方針，建議管養單位采用現代信息技術， 逐步建立長大橋隧安全監測系統，及時掌握長大橋隧的整體技術狀態和運營條件，為長大 橋隧運營管理、養護維修、可靠性評估及相關科學研宄提供依據。目前，橋梁結構監測的布 點主要集中在橋梁受力、承重的關鍵點。而大跨橋梁是一個無限自由度的整體，單從有限的 傳感器布點是無法完全得到完整的橋梁健康狀況信息的。
【發明內容】
[0003] 為了克服已有大跨橋梁監測數據的信息不完全、準確性較低的不足，本發明提供 一種監測信息完全、準確性較高的大跨橋梁監測數據空間插值方法。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0005] 一種大跨橋梁監測數據空間插值方法，所述方法包括以下步驟：
[0006] 1)根據某一監測數據在大跨橋梁上的測點分布，進行同類傳感器的空間自相關性 分析，通過空間變異函數來體現，在一維條件下變異函數定義為，當空間點X在一維X軸上 變化時，橋梁監測數據Z (X)在空間坐標點X和x+h處的監測值Z (X)與Z (x+h)差的方差的 一半為區域化變量Z(x)在X軸方向上的變異函數，記為γ (h)，即
【主權項】
1. 一種大跨橋梁監測數據空間插值方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟： 1) 根據某一監測數據在大跨橋梁上的測點分布，進行同類傳感器的空間自相關性分 析，通過空間變異函數來體現，在一維條件下變異函數定義為，當空間點X在一維X軸上變 化時，橋梁監測數據Z(X)在空間坐標點X和x+h處的監測值Z(x)與Z(x+h)差的方差的一 半為區域化變量Z(x)在x軸方向上的變異函數，記為Y (h)，即
在二階平穩假設條件下，有
變異函數依賴于兩個自變量x和h，在對主橋面應力應變傳感器布點分析上，根據橋梁 力學結構特點變異函數Y(x，h)只與傳感器之間的相對距離h相關，y(x，h)即為y(h):
理論變異函數模型采用球狀模型，球狀模型的公式為：
式中：C(l為塊金常數；c為拱尚； CQ+C為基臺值；a為變程； 2) 參估點的搜索 結合橋梁實際監測布點，四方搜索方案是根據插值點的橫坐標和縱坐標把平面分成四 個象限，以變程a的長度為搜索半徑，在每一個象限中查找與插值點距離最近的已知樣本 占. 3) 結合橋梁實際監測布點的變異函數，采用Kriging法進行應力應變監測數據的空間 插值分析：
式中，A,是待定權重系數 權重系數的求取必須滿足兩個條件： 3. 1)使'〇〇的估計是無偏的，即偏差的數學期望為零；正常情況下，監測數據是平穩 的，即： E(Z* (x)) =m(7) 其中，m為一常數。 當：
其中，Xi為第i個已知點的監測值，Ai為權系數。 3. 2)使估計值'〇〇和實際值Z(x)之差的平方和最小，即： Min:
其中，x#帶估點，ai,a』分別為xi,Xj的系數； 根據拉格朗日乘數原理，令：
其中，AJPy分別為權系數和拉格朗日乘數； 求F對\和y的偏導數，并令其為〇,得Kriging方程組：
即：
K入=D，人=ri (13) 其中，K為協方差矩陣，(^表示第i和第j個已知點的協方差，A為權系數矩陣，根據 式（13)即求出權重系數A,和拉格朗日乘數y，從而求得未知點的估計值。
2.如權利要求1所述的一種大跨橋梁監測數據空間插值方法，其特征在于：所述方法 還包括如下步驟： 4) 使用三維建模軟件建立用VRML語言編寫的等比例大橋模型，計算各個網格節點在 模型相應位置的坐標，并將坐標矩陣填入VRML文件相應位置； 5) 采用VRML命令中的點上色命令，結合各個點并使用VRML命令來將整個橋面分割成 等規格的網格，將得到的結果填入VRML文件的相應位置； 6) 將數值0到橋梁健康監測傳感器報警閥值的數值區間分成49段小區間，每一段小區 間賦給相應的RGB值，根據每一個網格節點監測數據所在的小區間對這個節點在橋梁三維 模型相應位置進行上色，監測數值超出傳感器報警閥值的網格節點直接標記為紅色，紅色 為警示。
【專利摘要】一種大跨橋梁監測數據空間插值方法，包括以下步驟：1)根據某一監測數據在大跨橋梁上的測點分布，進行同類傳感器的空間自相關性分析，通過空間變異函數來體現；2)參估點的搜索，結合橋梁實際監測布點，四方搜索方案是根據插值點的橫坐標和縱坐標把平面分成四個象限，以變程a的長度為搜索半徑，在每一個象限中查找與插值點距離最近的已知樣本點；3)結合橋梁實際監測布點的變異函數，采用Kriging法進行應力應變監測數據的空間插值分析，從而求得未知點的估計值。本發明提供一種監測信息完全、準確性較高的大跨橋梁監測數據空間插值方法。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104778331
【申請號】CN201510204306
【發明人】余佩瓊, 楊立, 陳鵬, 吳遠, 呂常新, 趙玉賢
【申請人】浙江工業大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月24日