一种用于检测桥梁形变的惯性基准测量方法

摘要

本发明公开了一种用于检测桥梁形变的惯性基准测量方法，用于对桥梁形变、沉降进行检测。该方法具体为：在被测桥梁的表面规划一条轨迹路线，在路线上标出若干个参考点，利用高精度的GPS信息建立参考基准，利用惯性系统输出建立惯性基准；采集惯性系统的输出、里程仪的输出，分别对里程仪输出进行补偿、对桥面不平整影响测试进行识别，之后进行组合航位推算，完成整个选定轨迹的测试，再进行闭合修正流程，最后给出所测试的精确轨迹并推算出桥梁的形变及沉降。本发明基于惯性导航系统与里程仪、GPS组合，利用三维惯性测量方式，实现快速、连续对桥梁三维小动态形变的测量、并不受有轨和无轨的限制。

主权项

一种用于检测桥梁形变的惯性基准测量方法，其特征在于，包括以下步骤：测量环境搭建步骤：准备测量小车，在测量小车上安装惯性导航系统，在测量小车的四个车轮上分别安放一个里程仪；参考基准建立步骤：在待测桥梁的两端，选定两个基准点，通过GPS定位确定两基准点的纬度、经度和海拔；以其中一个基准点作为原点建立测量坐标系，另一个基准点位于坐标系的坐标轴上；在待测桥梁的表面规划轨迹路线，使规划的路径必经两基准点；利用基准点的纬度、经度和海拔信息建立惯性系统测试基准，并以东北天地理坐标系作为惯性导航坐标系；里程测量步骤：启动测量小车沿规划路径运行，在当前采样时段t_i‑t_i‑1，获取四个里程仪输出的里程增量信息，对里程增量信息进行轮子形变误差补偿，再考虑车轮悬空对补偿后的四个里程增量信息进行融合，得到当前采样时段t_i‑t_i‑1测量小车的真实里程增量ΔL_i；惯性导航步骤：启用惯性导航系统，在当前采样时刻t_i获取测量小车在导航坐标系中的姿态角组合导航步骤：记里程计坐标系为m系，惯导坐标系为b系，b系到m系的变换余弦阵为记里程增量ΔL_i在m系的投影为${\mathrm{\Delta L}}_i^m={\left[\begin{array}{ccc}0& {\mathrm{\Delta L}}_i& 0\end{array}\right]}^T,$上标T表示转置；通过坐标系转换得到里程增量在b系的投影为进而得到里程增量ΔL_i在导航坐标系上的投影是t_i时刻测量小车的姿态角；计算当前采样时刻t_i测量小车在导航坐标系下的位置坐标P_i‑1为前一采样时刻t_i‑1测量小车在导航坐标系下的位置坐标；对测量小车在导航坐标系下的位置坐标进行积分得到导航坐标系下的桥面轨迹，进而通过坐标系转换得到测量坐标系下的桥面轨迹；形变判定步骤：将测量坐标系下的桥面轨迹与基准桥面轨迹进行比较，确定检测桥梁形变情况；所述里程测量步骤中对里程增量信息进行轮子形变误差补偿的具体实现方式为：令当前采样时段t_i‑t_i‑1里程仪输出的里程增量为L_i，对其进行轮子误差补偿得到有效里程增量其中，δK_d为里程仪标定因子误差，W₀为测量小车颠簸引起的随机误差；所述里程测量步骤中考虑车轮悬空对补偿后的四个里程增量信息进行融合的具体实现方式为：将测试小车右前轮、左前轮、左后轮、右后轮里程计在当前采样时段t_i‑t_i‑1的输出里程增量分别记为ΔL_A、ΔL_B、ΔL_C、ΔL_D，ΔL_i为融合后的真实里程增量；当ΔL_C≤ΔL_D，表明车体进行左转弯，此时ΔL_i＝ΔL_A；当ΔL_A＜ΔL_B，表明右前轮出现悬空，此时ΔL_i＝ΔL_B*ΔL_D/ΔL_C，ΔL_C≠0；当L_C＞L_D时，车体进行右转弯，此时:①当L_A≤L_B时，如果L_B‑L_A＞L_C‑L_D，则右前轮悬空，此时ΔL_i＝ΔL_B*ΔL_D/ΔL_C，ΔL_C≠0；如果ΔL_B‑ΔL_A≦ΔL_C‑ΔL_D，则无车轮悬空，此时ΔL_i＝ΔL_A；②当L_A＞L_B时，则左前轮悬空，此时ΔL_i＝ΔL_A。