一种大跨桥梁监测数据空间插值方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大跨桥梁监测数据分析与处理领域，尤其是一种大跨桥梁监测数据空 间插值方法。
【背景技术】
[0002] 我国《公路长大桥隧安全运营管理办法（征求意见稿）》提出国道、省道特大桥的 安全运营管理应贯彻"安全第一、预防为主"的工作方针，建议管养单位采用现代信息技术， 逐步建立长大桥隧安全监测系统，及时掌握长大桥隧的整体技术状态和运营条件，为长大 桥隧运营管理、养护维修、可靠性评估及相关科学研宄提供依据。目前，桥梁结构监测的布 点主要集中在桥梁受力、承重的关键点。而大跨桥梁是一个无限自由度的整体，单从有限的 传感器布点是无法完全得到完整的桥梁健康状况信息的。
【发明内容】
[0003] 为了克服已有大跨桥梁监测数据的信息不完全、准确性较低的不足，本发明提供 一种监测信息完全、准确性较高的大跨桥梁监测数据空间插值方法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 一种大跨桥梁监测数据空间插值方法，所述方法包括以下步骤：
[0006] 1)根据某一监测数据在大跨桥梁上的测点分布，进行同类传感器的空间自相关性 分析，通过空间变异函数来体现，在一维条件下变异函数定义为，当空间点X在一维X轴上 变化时，桥梁监测数据Z (X)在空间坐标点X和x+h处的监测值Z (X)与Z (x+h)差的方差的 一半为区域化变量Z(x)在X轴方向上的变异函数，记为γ (h)，即
【主权项】
1. 一种大跨桥梁监测数据空间插值方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 1) 根据某一监测数据在大跨桥梁上的测点分布，进行同类传感器的空间自相关性分 析，通过空间变异函数来体现，在一维条件下变异函数定义为，当空间点X在一维X轴上变 化时，桥梁监测数据Z(X)在空间坐标点X和x+h处的监测值Z(x)与Z(x+h)差的方差的一 半为区域化变量Z(x)在x轴方向上的变异函数，记为Y (h)，即
在二阶平稳假设条件下，有
变异函数依赖于两个自变量x和h，在对主桥面应力应变传感器布点分析上，根据桥梁 力学结构特点变异函数Y(x，h)只与传感器之间的相对距离h相关，y(x，h)即为y(h):
理论变异函数模型采用球状模型，球状模型的公式为：
式中：C(l为块金常数；c为拱尚； CQ+C为基台值；a为变程； 2) 参估点的搜索 结合桥梁实际监测布点，四方搜索方案是根据插值点的横坐标和纵坐标把平面分成四 个象限，以变程a的长度为搜索半径，在每一个象限中查找与插值点距离最近的已知样本 占. 3) 结合桥梁实际监测布点的变异函数，采用Kriging法进行应力应变监测数据的空间 插值分析：
式中，A,是待定权重系数 权重系数的求取必须满足两个条件： 3. 1)使'〇〇的估计是无偏的，即偏差的数学期望为零；正常情况下，监测数据是平稳 的，即： E(Z* (x)) =m(7) 其中，m为一常数。 当：
其中，Xi为第i个已知点的监测值，Ai为权系数。 3. 2)使估计值'〇〇和实际值Z(x)之差的平方和最小，即： Min:
其中，x#带估点，ai,a』分别为xi,Xj的系数； 根据拉格朗日乘数原理，令：
其中，AJPy分别为权系数和拉格朗日乘数； 求F对\和y的偏导数，并令其为〇,得Kriging方程组：
即：
K入=D，人=ri (13) 其中，K为协方差矩阵，(^表示第i和第j个已知点的协方差，A为权系数矩阵，根据 式（13)即求出权重系数A,和拉格朗日乘数y，从而求得未知点的估计值。
2.如权利要求1所述的一种大跨桥梁监测数据空间插值方法，其特征在于：所述方法 还包括如下步骤： 4) 使用三维建模软件建立用VRML语言编写的等比例大桥模型，计算各个网格节点在 模型相应位置的坐标，并将坐标矩阵填入VRML文件相应位置； 5) 采用VRML命令中的点上色命令，结合各个点并使用VRML命令来将整个桥面分割成 等规格的网格，将得到的结果填入VRML文件的相应位置； 6) 将数值0到桥梁健康监测传感器报警阀值的数值区间分成49段小区间，每一段小区 间赋给相应的RGB值，根据每一个网格节点监测数据所在的小区间对这个节点在桥梁三维 模型相应位置进行上色，监测数值超出传感器报警阀值的网格节点直接标记为红色，红色 为警示。
【专利摘要】一种大跨桥梁监测数据空间插值方法，包括以下步骤：1)根据某一监测数据在大跨桥梁上的测点分布，进行同类传感器的空间自相关性分析，通过空间变异函数来体现；2)参估点的搜索，结合桥梁实际监测布点，四方搜索方案是根据插值点的横坐标和纵坐标把平面分成四个象限，以变程a的长度为搜索半径，在每一个象限中查找与插值点距离最近的已知样本点；3)结合桥梁实际监测布点的变异函数，采用Kriging法进行应力应变监测数据的空间插值分析，从而求得未知点的估计值。本发明提供一种监测信息完全、准确性较高的大跨桥梁监测数据空间插值方法。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104778331
【申请号】CN201510204306
【发明人】余佩琼, 杨立, 陈鹏, 吴远, 吕常新, 赵玉贤
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月24日