变形监测数据处理

1、位。位。1 1、工程概况、工程概况 厦门建设银行大厦位于厦门市老市区鹭江道与打厦门建设银行大厦位于厦门市老市区鹭江道与打铁街交口处，主楼在地面以上有铁街交口处，主楼在地面以上有4343层层，地上总高度为，地上总高度为172.6m172.6m。工程的建筑设计顾问为美国。工程的建筑设计顾问为美国ZGAZGA建筑师事务所，建筑师事务所，由上海建筑设计研究院设计。建筑物的主楼为钢筋混由上海建筑设计研究院设计。建筑物的主楼为钢筋混凝土框架筒体结构。该工程为第三批全国建筑业新技凝土框架筒体结构。该工程为第三批全国建筑业新技术应用示范工程，施工单位是中建三局第三建筑工程术应用示范工程，施工单位是中建三局第三

2、建筑工程公司。公司。1 1、工程概况、工程概况 2 2、监测方案监测方案 采用双频GPS接收机三台：两台作为参考站；一台设置在建筑标高为148.05m的施工层面上作为监测点。三点间的基线长度分别为170m(XM01-XM03)、219m(M01-XM02)、208m(XM02-XM03)。 两个参考站的周边环境较好，无明显的干扰源。监测点由于被设置在施工建筑顶层面上，位于其侧上方的施工塔吊和外围的安全网架对信号接收有影响，是主要干扰源。 数据采集时间是2000年10月5日的夜晚，无日照，微风，天气状态良好。受GPS接收机设备本身所限，数据采样率被设置为0.5s。卫星高度角限值取15, 按动态观

3、测模式进行连续观测。2 2、监测方案监测方案 3 3、监测结果监测结果 按整周模糊度动态解算法（按整周模糊度动态解算法（Ambiguity Resolution On-The-Fly）对观测数据进行处理，将对观测数据进行处理，将XM01点作为固定基准，可以同时获得点作为固定基准，可以同时获得参考点（参考点（XM02）和监测点（）和监测点（XM03）相对于基准站（）相对于基准站（XM01）在在WGS-84坐标系下每个历元的三维大地坐标坐标系下每个历元的三维大地坐标(Bi、Li、Hi)。然。然后，进行投影变换，将大地坐标后，进行投影变换，将大地坐标(Bi、Li)变换为平面坐标变换为平面坐标(xi、

4、yi) 这样，可以得到点位的三维坐标这样，可以得到点位的三维坐标(xi、yi 、Hi)数据序列。数据序列。 以三台以三台GPS接收机的同步观测数据作分析，取历元数为接收机的同步观测数据作分析，取历元数为2048，我们可以绘出参考点（我们可以绘出参考点（XM02）和监测点（）和监测点（XM03）的三维数据）的三维数据序列经均值化后的时程曲线。序列经均值化后的时程曲线。3 3、监测结果监测结果 -20-1001020025651276810241280153617922048监测点变化量/mm-20-1001020025651276810241280153617922048参考点变化量/mm 3

5、3、监测结果监测结果 -20-1001020025651276810241280153617922048监测点变化量/mm-20-1001020025651276810241280153617922048参考点变化量/mm 3 3、监测结果监测结果 -40-2002040025651276810241280153617922048监测点变化量/mm-40-2002040025651276810241280153617922048参考点变化量/mm 3 3、监测结果监测结果 由参考点与监测点的时程曲线对比可知：由参考点与监测点的时程曲线对比可知： 参考点与监测点的数据序列变化的参考点与监测点的数

6、据序列变化的对应关系不明显对应关系不明显。监测点时。监测点时程与参考点时程的变化相比，监测点的点位变化幅值明显偏大。程与参考点时程的变化相比，监测点的点位变化幅值明显偏大。这充分表明，参考点与监测点所受的影响不一致，监测点所受这充分表明，参考点与监测点所受的影响不一致，监测点所受的影响要大于参考点所受的影响。的影响要大于参考点所受的影响。 考察参考点和监测点整个时程曲线的变化量，水平方向在考察参考点和监测点整个时程曲线的变化量，水平方向在15mm之内，垂直方向在之内，垂直方向在30mm之内，这表明，之内，这表明，GPS动态监动态监测与数据处理的测与数据处理的效果是好的效果是好的。 从图中，我们

7、很难直观地看出建筑结构的从图中，我们很难直观地看出建筑结构的自振特性自振特性。 4 4、GPS动态监测数据的小波分析动态监测数据的小波分析 小波小波-变形分析法表明，应用小波分析方法可以有效地变形分析法表明，应用小波分析方法可以有效地从整个观测数据序列中分离出建筑结构自振的信息。从整个观测数据序列中分离出建筑结构自振的信息。我们一旦知道结构自振的频率范围，就可以借助于小我们一旦知道结构自振的频率范围，就可以借助于小波多分辨率分析的特性，对观测数据序列进行有目的波多分辨率分析的特性，对观测数据序列进行有目的地分解和重构。地分解和重构。 4 4、GPS动态监测数据的小波分析动态监测数据的小波分析

8、由试验所采用的由试验所采用的GPS接收机的数据采样率为接收机的数据采样率为（即（即2Hz）可知，该）可知，该GPS动态监测数据序列所包含的频率范动态监测数据序列所包含的频率范围为围为。根据高层建筑结构的固有频率（其基本。根据高层建筑结构的固有频率（其基本自振周期通常在自振周期通常在0.050.1N间变化，这里间变化，这里N指的是建指的是建筑物地平面以上的总层数，自振周期的单位为秒）分筑物地平面以上的总层数，自振周期的单位为秒）分析可知，该高层建筑结构的自振频率范围应在析可知，该高层建筑结构的自振频率范围应在之间。为此，可以对数据序列作三层小波包分之间。为此，可以对数据序列作三层小波包分解解。4

9、 4、GPS动态监测数据的小波分析动态监测数据的小波分析 4 4、GPS动态监测数据的小波分析动态监测数据的小波分析 频段频段0.250.375Hz的小波分解系数的重构的小波分解系数的重构 该高层建筑顶部结构该高层建筑顶部结构自振周期自振周期应在小波包应在小波包分解第三层的分解第三层的范围之内。因此，对数据范围之内。因此，对数据序列作三层小波包分解后，再对频段序列作三层小波包分解后，再对频段0.250.375Hz的的小波分解系数进行重构，便可实现建筑结构自振频段小波分解系数进行重构，便可实现建筑结构自振频段的信息提取。的信息提取。4 4、GPS动态监测数据的小波分析动态监测数据的小波分析 5

10、5、结论结论虽然建筑结构的自振幅值较小，完全被多路径效虽然建筑结构的自振幅值较小，完全被多路径效应和其它误差所掩盖，但是通过小波多分辨率特应和其它误差所掩盖，但是通过小波多分辨率特性的分解，可以较好地实现不同频率特征信号的性的分解，可以较好地实现不同频率特征信号的分离。分离。5 5、结论结论在在0.250.250.375Hz0.375Hz频段，对于参考点，由于不存在结频段，对于参考点，由于不存在结构自振信号，经小波分解后，其数据序列呈现很强构自振信号，经小波分解后，其数据序列呈现很强的随机性，数据之间的时间相关性差，频谱线在整的随机性，数据之间的时间相关性差，频谱线在整个频段内杂乱无章；而监测

11、点中，由于含有结构自个频段内杂乱无章；而监测点中，由于含有结构自振信号，所以经小波分解后，其数据序列呈现一定振信号，所以经小波分解后，其数据序列呈现一定的时间相关性，在频段的时间相关性，在频段之间，频谱线相之间，频谱线相对突出。同时，这一点也表明，该高层建筑在无明对突出。同时，这一点也表明，该高层建筑在无明显外荷载作用下，结构振动特性与原设计是一致的。显外荷载作用下，结构振动特性与原设计是一致的。5 5、结论结论本结构工程的自振周期不唯一，但都集中在本结构工程的自振周期不唯一，但都集中在左右左右（即（即0.30.30.35Hz0.35Hz频段内）。而且，结构振动表现出频段内）。而且，结构振动表现出一种复合状态，在振动中不仅有一种复合状态，在振动中不仅有 和和 方向的分量，方向的分量，而且也有而且也有 方向的分量，方向的分量， 向的幅值比向的幅值比 向的幅值要小，向的幅值要小，向的幅值要大些，其最大幅值为向的幅值要大些，其最大幅值为0.31mm0.31mm。5 5、结论结论GPSGPS动态监测技术完全可以实现数值动态监测技术完全可以实现数值的结构振动幅值确定。通过小波变换，可以有效的结构振动幅值确定。通过小波变换，可以有效地从受强噪声干扰的原信号中提取弱信号，在大型地从受强噪声干扰的原信号中提取弱信号，在大型构筑物振动特性测试