基于POS系统的桥梁检测方法技术方案

本发明专利技术的基于POS系统的桥梁检测方法，首先依据桥梁线形检测要求，在测量载体上安装POS系统，建立桥轴坐标系和测量坐标系，然后参考待测桥梁的车道数及线形结构，规划测量路径并设计测量速度，随后依据测量载体在导航坐标系中的姿态角和位置，在测量坐标系上获取基于POS系统的检测离散线形，接着对所述检测离散线形进行误差分析和预处理，得到预处理离散线形，最后将所述预处理离散线形经过转换公式转换到桥轴坐标系中，得到反映桥梁真实结构的POS检测线形图，该桥梁检测方法能够快速、准确地测量出桥梁的形变位置和形变量，测量精度达到毫米量级，能够实现桥梁结构线形的高精度检测。

【技术实现步骤摘要】
基于POS系统的桥梁检测方法
本专利技术涉及桥梁检测
，尤其涉及一种基于POS系统的桥梁检测方法。
技术介绍
桥梁检测的主要目的是对桥梁的使用性能以及安全状态进行评定。在桥梁检测领域，一直将桥梁的结构线形作为评定桥梁的整体结构性能以及分析其受力情况的一个重要指标。为了便于对桥梁线形的变化进行系统有效的检测，所有的桥梁在建成初期都要对其初始的结构线形进行精确测量，之后采取定期或不定期的方式对桥梁结构线形进行系统的检测，再对比不同时期的结构线形图，分析其变化的规律。传统的桥梁结构线形检测方法均采用在桥梁上布设一定数量的离散测量点的静态测量方式，通过架设各种工程测量仪器对离散点位的高程数据进行采集，如经纬仪、水准仪、全站仪等工程测量仪器，最后拟合得到桥梁的结构线形曲线，通过对不同时期的数据进行采集，就可以得到各时期的桥梁结构线形图。该方法测量精度较高，但是需要设定永久基准点，架设仪器、确定测量点等，测量流程十分繁杂，测量方法工作周期长，耗时费力，且测试条件十分苛刻，需在封桥的条件下才能得到较高精度的测量结果，无法满足数量庞大的中小型桥梁结构安全检测的应用需求。最新出现的GNSS测量方法虽然可以实现快速的结构线形测量，但是测量精度依赖于卫星导航信号无遮挡的情况，且易受拉索及桥塔的干扰。动态测量方式捷联惯导技术，通过内部的陀螺仪和加速度计采集装置对运动参数进行采集，通过积分推算得到运载体的运动轨迹，然而由于运动轨迹的推算过程中，采用的是积分推算方式，将导致轨迹推算过程中微小的偏差到最后越来越大，呈发散趋势。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于POS系统的桥梁检测方法，旨在快速、准确地测量桥梁结构形变位置与形变量，实现桥梁结构的高精度检测。为实现上述目的，本专利技术提出一种基于POS系统的桥梁检测方法，该桥梁检测方法包括以下步骤：依据桥梁线形检测要求，在测量载体上安装POS系统；建立桥轴坐标系和测量坐标系；依据测量载体在导航坐标系中的姿态角和位置，在测量坐标系上获取基于POS系统的检测离散线形；对所述检测离散线形进行误差分析和预处理，得到预处理离散线形；将所述预处理离散线形转换到桥轴坐标系中，得到反映桥梁结构的POS检测线形图。进一步地，所述建立桥轴坐标系和测量坐标系的步骤之后，依据测量载体在导航坐标系中的姿态角和位置，在测量坐标系上获取基于POS系统的检测离散线形的步骤之前，还包括：参考待测桥梁的车道数及线形结构，规划测量路径并设计测量速度。进一步地，所述建立桥轴坐标系和测量坐标系的步骤，具体包括：在待测桥梁的两端，选定已知水平仪测量高程值的两个基准点，作为待测桥梁的起点和终点；以所述两个基准点之一为原点构建的参考坐标系为桥轴坐标系；基于所述POS系统获取测量点的导航坐标；以所述测量点的导航坐标为原点，构建空间直角坐标系，并依据坐标转换公式转换至东北天坐标系，以所述东北天坐标系为测量坐标系。进一步地，所述对所述检测离散线形进行误差分析和预处理，得到预处理离散线形的步骤，具体包括：对所述检测离散线形进行低通滤波处理，对所述检测离散线形进行振动误差处理，消除测量载体与桥梁耦合产生的振动误差；对经过振动误差处理后的检测离散线形进行非线性拟合，得到所述预处理离散线形。进一步地，所述对所述检测离散线形进行低通滤波处理的步骤之后，对所述检测离散线形进行振动误差处理，消除测量载体与桥梁耦合产生的振动误差的步骤之前，还包括：对经过低通滤波处理后的检测离散线形进行中值滤波处理，去除低频范围内的不平整误差。进一步地，所述POS系统包括GNSS接收机和惯性测量装置IMU；所述GNSS接收机的静态水平定位精度为5mm±1ppm，静态垂直定位精度为10mm±1ppm，动态水平定位精度为10mm±1ppm，动态垂直定位精度为20mm±2ppm；所述IMU的具体参数为：陀螺仪零偏稳定性≤0.01/h，陀螺仪零偏重复性≤0.01/h，陀螺仪测量范围±300°/s，加速度计测量范围±20g，加速度计零偏月重复性≤10μg；所述POS系统的采样频率为200Hz，实时动态方位精度高于0.05°，水平姿态精度高于0.02°。进一步地，所述测量路径包括直线测量路径和曲线测量路径，所述测量速度为10-20km/h。进一步地，所述将所述预处理离散线形转换到桥轴坐标系采用的坐标换算公式为其中θ＝arctan((X2-X1)/(Y2-Y1))。进一步地，所述低通滤波的低通截止频率负相关于桥面等级，所述中值滤波的邻域窗口的数量为30。本专利技术的基于POS系统的桥梁检测方法，首先依据桥梁线形检测要求，在测量载体上安装POS系统，建立桥轴坐标系和测量坐标系，然后参考待测桥梁的车道数及线形结构，规划测量路径并设计测量速度，随后依据测量载体在导航坐标系中的姿态角和位置，在测量坐标系上获取基于POS系统的检测离散线形，接着对所述检测离散线形进行误差分析和预处理，得到预处理离散线形，最后将所述预处理离散线形经过转换公式转换到桥轴坐标系中，得到反映桥梁真实结构的POS检测线形图，该桥梁检测方法能够快速、准确地测量出桥梁的形变位置和形变量，测量精度达到毫米量级，能够实现桥梁结构线形的高精度检测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术基于POS系统的桥梁检测方法一实施例的流程图；图2为图1中步骤S20的具体流程图；图3为图1中步骤S50的具体流程图；图4为本专利技术桥梁检测方法的测量路径一实施例的示意图；图5为图3中步骤S53中不同路径耦合振动误差曲线；图6为图3中步骤S53中不同路径耦合振动误差频谱；图7为图3中步骤S54中最终测量误差曲线。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种基于POS系统的桥梁检测方法。参照图1，图1为本专利技术基于POS系统的桥梁检测方法一实施例的流程图。在本实施例中，该基于POS系统的桥梁检测方法，包括以下步骤：S10：依据桥梁线形检测要求，在测量载体上安装POS系统；在本实施例中，基于POS系统对桥梁进行检测时，第一步要根据桥梁的线形检测要求，准备测量检测车，在所述测量检测车上安装POS(PositionOrientSystem)系统，即GNSS接收机与惯性测量装置IMU组合而成的高精度位置姿态测量系统，在进行桥梁检测时，GNSS接收机一般至少设置两个，一个与所述惯性测量装置IMU组合成高精度的位置姿态测量系统，另一个则设置在待测桥梁附近的绝对平面上。POS系统中，IMU的参数一般会考虑：陀螺仪的特性参数，包括陀螺仪零偏稳定性、陀螺仪零偏重复性、陀螺仪测量范围，加速度计的特性参数，包括加速度计测量范围。加速度计零偏月重复性，GNSS的参数一般考虑静态水平定位精度、静态垂直定位精度、动态水平定位精度、动态垂直定位精度等，POS系统的特性参数还包括数据采样频率。在本实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于POS系统的桥梁检测方法，其特征在于，该桥梁检测方法包括：依据桥梁线形检测要求，在测量载体上安装POS系统；建立桥轴坐标系和测量坐标系；依据测量载体在导航坐标系中的姿态角和位置，在测量坐标系上获取基于POS系统的检测离散线形；对所述检测离散线形进行误差分析和预处理，得到预处理离散线形；将所述预处理离散线形转换到桥轴坐标系中，得到反映桥梁结构的POS检测线形图。

【技术特征摘要】
1.一种基于POS系统的桥梁检测方法，其特征在于，该桥梁检测方法包括：依据桥梁线形检测要求，在测量载体上安装POS系统；建立桥轴坐标系和测量坐标系；依据测量载体在导航坐标系中的姿态角和位置，在测量坐标系上获取基于POS系统的检测离散线形；对所述检测离散线形进行误差分析和预处理，得到预处理离散线形；将所述预处理离散线形转换到桥轴坐标系中，得到反映桥梁结构的POS检测线形图。2.根据权利要求1所述的基于POS系统的桥梁检测方法，其特征在于，所述建立桥轴坐标系和测量坐标系的步骤之后，依据测量载体在导航坐标系中的姿态角和位置，在测量坐标系上获取基于POS系统的检测离散线形的步骤之前，还包括：参考待测桥梁的车道数及线形结构，规划测量路径并设计测量速度。3.根据权利要求1所述的基于POS系统的桥梁检测方法，其特征在于，所述建立桥轴坐标系和测量坐标系的步骤，具体包括：在待测桥梁的两端，选定已知水平仪测量高程值的两个基准点，作为待测桥梁的起点和终点；以所述两个基准点之一为原点构建的参考坐标系为桥轴坐标系；基于所述POS系统获取测量点的导航坐标；以所述测量点的导航坐标为原点，构建空间直角坐标系，并依据坐标转换公式转换至东北天坐标系，以所述东北天坐标系为测量坐标系。4.根据权利要求1所述的基于POS系统的桥梁检测方法，其特征在于，所述对所述检测离散线形进行误差分析和预处理，得到预处理离散线形的步骤，具体包括：对所述检测离散线形进行低通滤波处理，对所述检测离散线形进行振动误差处理，消除测量载体与桥梁耦合产生的振动误差；对经过振动误差处理后的检测离散线形进行非...

【专利技术属性】
技术研发人员：余峰，马跃，郑璐，周斌，
申请(专利权)人：武汉导航与位置服务工业技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42