MỘT THUẬT TOÁN mới THEO dõi BIẾN DẠNG BẰNG GPS áp DỤNG CHO cầu DONGHAI

MỘT THUẬT TOÁN MỚI QUAN TRẮC BIẾN DẠNG BẰNG GPS ÁP DỤNG CHO CẦU
DONGHAI.
LÍ THUYẾT: A real-time, công nghệ theo dỏi biến dạng cầu bằng gps đã được đề xuất,nó là quá trình
truyền tải của nhiều máy thu gps trong một trung tâm hoạt động.Nó đã chứng minh được một bộ lọc
kalman mở rộng với số đo ba tầng điên li tự do khác nhau(EKF-TIF),Nó loại bỏ đươc sự trễ tầng điện
li,làm trong tiếng ồn TIF(whiten the TIF noise) và tối ưu kết quả của EKF.Do đó đạt được hiệu suất tôt
hơn so với biện pháp đo động thời gian thực(RTK).Một thí nghiệm để xem xét(đánh giá) điều kiện hoạt
động trong tầng điện li,chứng minh sự khả thi của hệ thống này khi so sánh nó với những hồ sơ của biện
pháp RTK truyền thống,thử nghiệm,hệ thống đươc lắp đặt ở cầu DONGHAI đã a non-break chạy khoảng
5 tháng.Phân tích,theo dõi những hồ sơ về hiệu suất quan trắc của hệ thống này cho thấy nó chính xác
và đúng đắn.

GIỚI THIỆU:
Những công nghệ xây dựng mới tạo nên rất nhiều cây cầu lớn trên thế giới,do đó việc giám sát chúng là
bắt buộc để đảm bảo sự an toàn trong tuổi thọ(thời gian sử dụng) của chúng.Quan trắc biến dạng là một
phương pháp hiệu quả để theo dõi cấu trúc của cây cầu và đánh giá tình trạng của chúng và dâu hiệu
của những nguy hiểm tiềm ẩn.Phương pháp quan trắc truyền thống,như : trạm điện tử,cảm biến
động,máy gia tốc,đang gặp nhiều khó khăn, hạn chế.Ngược lại,theo dõi biến dạng sử dụng GPS thuận
lợi hơn rất nhiều.
Trong thập kỉ trước,công nghệ quan trắc RTK đã được lắp đặt cho nhiều cây cầu vd:cầu Qinma ở
HONGCONG,câù Humen ở trung quóc và cầu akashi ở nhật.Trạm chính gửi những điều chỉnh
tới trạm quan trắc qua hệ thống thông tin.Trạm theo dõi diễn ra nhiều quá trình xử lí khác nhau
giữa tín hiệu của vệ tinh và sự hiệu chỉnh,sau đó thông tin được chỉnh lại rồi gủi về trung tâm
theo dõi. phương pháp RTK là sự liên quan đặc biệt tới chức năng xử lí được kết hợp trong việc
nhận và hệ thống quan trắc không cần phải xử lí dữ liệu thô,nên,đây là phương pháp rất là vui.
Tuy nhiên,công nghệ RTK cũng có khuyết điểm.Một loại GPS thương mại gets the
integrate ambiguity rapidly using on-the-fly (OTF),and then gets the double differencing fixed solution
Vì những lí do khác nhau,việc tính toán lại cho những nhận định không rõ ràng thường phụ
thuộc vào độ chính xác tương đối ít trong lúc hội tụ.And an evenpoorer accuracy could be given
when an incorrect ambiguity is got.
Ngoài ra,đo tầng điện li không dùng bởi most of the

receivers.xảy ra sự không đồng nhất của tầng điện li,lỗi này có thể tăng lên.Về quan trắc biến
dạng,đặc biêt là đường gianh giới dài,tình trạng này cần được tránh.
Về việc tìm ra các lỗi, dữ liệu thô cần đươc gửi tới môt máy tính,nó sẽ xử lí các quá trình khác
nhau bằng các thuật toán.phương pháp thường đươc sử dụng trong quan trắc núi lửa và
đập..phương pháp này được lắp đặt trong quan trắc biến dạng cầu.Trong phương pháp này
phần mềm chính quan trắc bằng gps đã hoạt động được khoảng 5 tháng trên 31 km cầu
DONGHAI.
Trong báo cáo này,thuật toán EKF-TIF thường dùng để quan trắc biến dạng cầu.Bình thường
ba mẫu khác nhau cùng bộ lọc kalman đươc đề suất năm 2000 và lắp đặt quan trắc đập.Trong
báo cáo này,sự liên quan cua TIF được rút ra từ việc làm trong tiếng ồn(whitening the noise) ,do
đó ,ba tầng khác nhau của bộ lọc Kalman được is optimized.phương pháp mới đó đươc cứng tỏ
khả thi cho quan trắc biến dạng cầu bởi cả hai đã được thí nghiemj và thưc tiễn lắp đặt.


1.Thuật toán
1.1 phép đo TIF
Xác định vi trí gần dưới vùng hoành độ,có đường cơ sở dài nhất là 9km.Sự không đồng nhất của tần
điện li thường xuất hiện quanh cầu DONGHAI .Cho nên nó rất khó để loại bỏ sự ảnh hưởng của
tầng điện li tới độ chính xác của việc dùng gps thu để quan trắc hai khoảng cách xa nhau .Do đó
cần lắp đặt đo đạc tầng điện li tự do để giảm tác động.
Phương trình theo dõi cho gps 2pha đo đạc cho chu kì truyền tải trong hai lần thu vệ tinh khác nhau theo
phương trình sau(ko copy dc)
∇Δ là hai phần tử khác nhau. Φ là số do chu kì truyền tải, ρ là khoảng cách giữa vệ tih và nơi thu.
λL1,λL2 lần lượt la bước sóng của L1 và L2. Dion là đường xiên của sự trễ tầng diện li.N. dtrop là
đương xiên độ trễ của tầng đối lưu.v là số đo tiêng ồn và lỗi.Đường cơ sở tính dẫn của tầng điện
li,mối quan hệ cua độ trễ tâng điện là L1 và L2 được biêu diễn.(pt ko copy dc hic )
Vs quan trắc biến dạng,sự trễ tầng đồi lưu có thể được loại bỏ trên diện rộng bởi thành lập tầng đối lưu
mẫu ,do đó,trễ tầng điện li trở thành chuyên đề nhân tố ảnh hưởng tời độ chih xác:
∇ΔφIF =∇ΔφL1−λL1λL2
∇ΔφL2=1λL1−λL1λL2(∇Δρ+∇Δdtrop)+NL1−λL1λL2NL2+vIF, (2)

Phương trình 2 như số đo của tầng điện li tự do(IF),chỗ trễ tầng điện li được loại bỏ.tuy nhiên IF phai trải
qua following shortcoming.
(1)tăng tiếng ồn.nều tiêng ồn(noise) là L1 trở nên lớn như L2, cả hai được biểu diễn là σ,gọi tiêng ồn của
IF là:
σIF =1+λ2L1/λ2L2σ≈1.27σ
May thay, tiếng ồn có thể được loại bỏ bởi điều chỉnh hơp lí khi quan trắc môt vật với sự vận động từ từ
trong khoảng thời gian thưc hiện.
(2) The new ambiguity,
NIF =NL1−(λL1/λL2)NL2
Trở thành mot sồ lượng khong cần thiết.nếu một giải pháp thường dùng,phương pháp có thể được dẫn
bởi nhiều bước.trong hệ thống này, the ambiguity can be eliminated using triple differencing..
Số đo một bộ ba vi phân, δ∇Δφ, la:
δ∇ΔφIF =1λIF(δ∇Δρ+δ∇Δdtrop)+vT,
1.2 EKF-TIF Approach
2.THỬ NGHIỆM VÀ LẮP ĐẶT.
2.1.thử nghiệm của mẫu này


Một thử nghiệm đã được làm trước khi khởi động dự án.Thử nghiệm được tiến hành dươí điều kiện
từ trạm cơ sở tới trạm quan trắc cách nhau 8km và liên quan tới hoat động của tầng điện li.cả
hai trạm cơ sở và quan trắc được lăp đặt vững trắc.quá trình thu làm việc theo kiểu RTK và ghi
lại kết quả .trong lúc đó dữ lieu thô được gửi bởi nhiều nhóm thu và sau đó được xử lí bởi phần
mềm quan trắc.trong nhiêu trương hợp,kêt quả của RTK và phần mềm đều khá tốt,tuy
nhiên,phương pháp RTK có nhiều lỗi lớn khi biến cố tầng điện li tăng lên,trong khi đó EKF-TIF
khắc phục được tình trạng đó.
Mối quan hệ giữa chiêu cao và thời gian đươc biêu diễn trong đồ thị 1.trong suốt chu kì hoat động
của tang điện li ,đường cong của phương pháp RTK biêu diễn đương cong có đỉnh là 15cm,sau
khoảng 10 phút.quan trăc những biến dạng không đươc lắp đặt ở cầu DONGHAI.do đó kêt quả
của thử nghiệm biêu diễn sự xảy ra của mẫu RTK duy nhât vượt qua khoảng cách ngắn nhất
giữa trạm cơ sở và trạm quan trắc,trong suốt thời gian tầng điện li xáo động khi chịu sự va chạm.

Các thí no chứng minh được sự vượt trội hơn của phương pháp RTK,và phương pháp này được
quyết định lắp đặt để quan trắc dự án cầu DONGHAI.
2.2.quá trình thực hiện ở cầu DONGHAI
Toàn bộ chiều dài của cầu DONGHAI là 31km ,rộng 31,5 m.Hai dây cáp treo được quan trắc bằng
GPS.Nhưng ETK-TIFđược lắp đặt duy nhất ở cầu chính,cách trạm chính 9 km.mặt khác phương
pháp này không dùng được nếu khoảng cách là 2km.
Trạm quan trắc ở cầu chinhs is show in fig.2.2 trạm ở hai tháp lần lượt (TOWM1,TOWM2),giữa
cầu(MidM).
Trim 5700 máy thu GPS hai pha được dùng trong hệ thống này.tất cả máy thu xuất ra dữ liệu thô RT17 ở
10HZ bao gồm mã C/A và chu kì truyền tải L1/L2.VÀ dữ liệu được gửi qua mạng tới GPS server
dựa trên quá trình dữ liệu được truyền tải bằng phần mềm đã được lập trình dưới dạng C/S.
3.KẾT QUẢ QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH.
3.1 so sánh kết quả
Sau khi hệ thống được lắp đặt,dữ liệu non-break 24h tới điểm quan trắc được ghi lại và quá trình này sử
dụng phần mềm GAMIT với dữ liệu thô của VRS trên shanghai,và the accurate coordinates
were given.GAMIT là phần mềm xử lí dữ liệu viết ra bởi viện massachusetts.làm việc trên UNIX,kêt quả
của nó rât chính xác bởi xử lí đường cơ sở dài và dữ liệu tĩnh trong một khoảng thơi gian liên
tục.
Theo tính toán,một ươc lượng của phần mềm quan trắc.ghi chép sự khác nhau của nhiệt độ ngày và
đêm là 150 c.so sánh giữa kết quả của GAMIT và của phần mềm quan trắc được bảng 1(ko copy
dc).
GAMIT mất 24h cho toàn bộ chiều cao ở mỗi trạm trong khi đó phần mềm quan trắc mất offers the ones
vào12h sáng và 12h tối.Bảng trên cho thấy các tháp của cầu giảm xuống khi nhiệt độ giảm,trái
lại,tháp giữa lại tăng.coi cac tháp đó như một ví dụ,vào 12h sáng khi đã ấm,quan sát chiêu dài
thấy cao hơn của GAMIT 1cm,trong khi đó vào ban đêm lạnh hơn thì thấy ngắn hơn 1cm .Những
dữ liệu điều chỉnh chứng minh trạng thái biến dạng của một cầu treo trên thực tế vơi giá trị rất
chính xác.


3.2phân tích biến dạng trên các tháp.

Hình 3 cho thấy biến dạng bắc và đông (N và E) được ghi lại ở một tháp từ 17:41 ngày 10 tháng 8 tới
1:37 ngày 11 tháng 8.Trong suốt thời gian đó .Bão SAOMAI sẽ đổ bộ và ảnh hưởng đến cầu
DONGHAI.
Theo hình 3 biến dạng ngang là tương đối nhỏ(+-1cm)và biến dạng trục cầu lớn hơn(+-3cm).
3.3 24h biến dạng ở nhịp giữa
Nhịp giữa chịu ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ.Hình 4 cho thấy biến dạng chiều cao được ghi lại của cầu
chính trong 24h.Nhiêt độ ngày và đêm khác nhau 10C.
Vào ban đêm,,nhiệt độ tương đối thấp và cáp bị co lại và kết quả là nhịp chính cao lên. Trong khi đó ban
ngày,nhiêt độ tăng thì lại giảm.biên độ lớn nhất của chiều cao và dài la 5cm.
4.kết luận
Các phần trên chứng minh một thuật toán mới được gọi là EKF-TIF,nó được lắp đặt để quan trắc biến
dạng cầu DONGHAI .SO SÁNH kiểu RTK và GAMIT và phân tích biến dạng trong bão và tác
động của nhiệt độ dùng được trên lí thuyết.chúng cho thấy dữ liệu nền tảng của ETK-TIF đạt
được độ chính xác thiết kế.thực tế,quan trắc liên tục đã đươc hoạt động khoảng 5 tháng,những
ghi chép biến dạng đồng nhất vs sự vận độngcủa cây cầu,

References(cai phan nay toan ten nhung nghien cuu khoa hoc ma
tac gia tung tham ra thoi nen t ko dich.lão nay tu suong kinh
quá.)