【摘要】：現(xiàn)在我國水電開發(fā)多集中在西南地區(qū),這些地區(qū)河道天然落差大,適合修建高壩大庫。由于這些地區(qū)屬地震高發(fā)區(qū),經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),交通閉塞,缺乏防滲材料,因此,混凝土面板堆石壩是首選壩型。修建大壩必須對其進(jìn)行安全監(jiān)測,保證其安全運(yùn)行,對于混凝土面板堆石壩壩體沉降和面板撓度能最直觀的反應(yīng)大壩的運(yùn)行狀態(tài),所以壩體沉降和面板撓度監(jiān)測是必不可少的項(xiàng)目。但是隨著壩高的增大,水管式沉降和測斜儀已經(jīng)很難滿足監(jiān)測的需求,而且這些常規(guī)儀器都是點(diǎn)式監(jiān)測,使用壽命很有限。因此,必須開發(fā)一種更有效的監(jiān)測方法來解決這一實(shí)際工程問題。本文針對常規(guī)儀器在監(jiān)測中的不足和新型儀器光纖陀螺易受振動(dòng)和漂移而影響測量精度的問題,提出一種光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)監(jiān)測大壩變形的方法,即利用光纖陀螺和加速度計(jì)組合測量物體的傾角值,再根據(jù)傾角的變化計(jì)算出壩體的變形。首先,研究了光纖陀螺和加速度計(jì)的測量誤差,精確的計(jì)算出本系統(tǒng)監(jiān)測大壩變形的監(jiān)測范圍和精度,其精度能達(dá)到毫米級(jí)。提出一種改進(jìn)的監(jiān)測大壩變形的計(jì)算方法,將監(jiān)測過程中監(jiān)測小車的運(yùn)行速度以分段函數(shù)的形式給出,在一定程度上能解決監(jiān)測小車運(yùn)行不勻速的問題。其次,研究光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)算法,簡單介紹了航天的捷聯(lián)解算算法。分析大壩變形監(jiān)測需要的測量元素,提出基于卡曼濾波融合的捷聯(lián)解算方法,主要通過卡曼濾波融合解算出測量的最優(yōu)傾角值。光纖陀螺和加速度計(jì)測量過程都會(huì)有噪聲,研究了小波分析的濾波降噪分析方法,針對本論文采用db3小波基進(jìn)行濾波降噪效果最佳。第三,光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)監(jiān)測大壩變形的平臺(tái)實(shí)現(xiàn),主要包括監(jiān)測管道、監(jiān)測小車、光纖陀螺、加速度計(jì)、數(shù)據(jù)采集板、數(shù)據(jù)記錄儀、電源設(shè)備及軟件開發(fā)。介紹監(jiān)測管道的安裝埋設(shè),監(jiān)測小車加工制造。主要研究低動(dòng)態(tài)、高精度光纖陀螺,通過數(shù)據(jù)采集板實(shí)現(xiàn)光纖陀螺和加速度計(jì)的同步采樣和數(shù)據(jù)融合,融合后的測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)記錄儀中。軟件開發(fā)主要利用MATLAB這款數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行編程完成復(fù)雜的解算,最終解算出大壩變形值并繪制變形曲線。最后,通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析,驗(yàn)證了光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測大壩變形是可行的,測量穩(wěn)定性好,重復(fù)性高,測量精度高。低動(dòng)態(tài)、高精度光纖陀螺比高動(dòng)態(tài)、高精度光纖陀螺的監(jiān)測效果更好,穩(wěn)定性更高,更適合用于監(jiān)測大壩變形。為大壩變形監(jiān)測提供一種全新的測量方法。
[Abstract]:The hydropower development in our country is mainly concentrated in southwest China, which is suitable for the construction of high dams and large reservoirs because of the large natural drop of river channels in these areas. Because these areas are high earthquake prone areas, the economy is not developed, the traffic is blocked, and the anti-seepage materials are lacking, the concrete face rockfill dam is the preferred dam type. The dam must be safely monitored to ensure its safe operation. The settlement and deflection of concrete face rockfill dam can directly reflect the operation state of the dam. So the monitoring of dam settlement and face deflection is an essential project. However, with the increase of dam height, it is difficult to meet the needs of monitoring by water tube settlement and inclinometer, and these conventional instruments are point-type monitoring, and their service life is very limited. Therefore, it is necessary to develop a more effective monitoring method to solve this practical engineering problem. In this paper, aiming at the shortage of conventional instruments in monitoring and the problem that the measurement accuracy is affected by vibration and drift easily, a method of monitoring dam deformation by fog strapdown inertial navigation is proposed in this paper. That is to measure the inclination value of the object by the combination of fiber optic gyroscope and accelerometer and then calculate the deformation of the dam body according to the change of the inclination angle. First, the measurement error of fiber optic gyroscope and accelerometer is studied, and the monitoring range and precision of the system for monitoring dam deformation are calculated accurately. The precision of the system can reach millimeter level. An improved calculation method for monitoring dam deformation is presented, in which the speed of monitoring trolley is given in the form of piecewise function, which can solve the problem of uneven running speed of monitoring trolley to a certain extent. Secondly, the strapdown inertial navigation algorithm of fog is studied, and the strapdown algorithm of spaceflight is introduced. By analyzing the measurement elements needed for dam deformation monitoring, a strapdown solution method based on Kalman filter fusion is proposed, which is mainly used to calculate the optimal inclination value of the measurement. There is noise in the measurement process of fiber optic gyroscope and accelerometer. The filtering and noise reduction method based on wavelet analysis is studied. In this paper, db3 wavelet basis is used to filter noise. Thirdly, the platform of fog strapdown inertial navigation system for monitoring dam deformation is implemented, including monitoring pipeline, monitoring vehicle, fiber optic gyroscope, accelerometer, data acquisition board, data recorder, power supply equipment and software development. The installation and installation of monitoring pipeline and the manufacture of monitoring trolley are introduced. The low dynamic and high precision fiber optic gyroscope (fog) is studied in this paper. The synchronous sampling and data fusion of fog and accelerometer are realized by data acquisition board, and the fused measurement data are stored in the data recorder in real time. The software development mainly uses the MATLAB mathematical software to program to complete the complex solution, finally calculates the dam deformation value and draws the deformation curve. Finally, through field experiments and data analysis, it is proved that fog strapdown inertial navigation monitoring system is feasible for monitoring dam deformation, with good stability, high repeatability and high measurement accuracy. The low dynamic, high precision fiber optic gyroscope is more suitable for monitoring dam deformation because of its better monitoring effect and higher stability than high dynamic fiber optic gyroscope. It provides a new measuring method for dam deformation monitoring.
【學(xué)位授予單位】：三峽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV698.11

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4 王s，

本文編號(hào)：2210409