【摘 要】
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动态变形监测是大型工程结构安全运营与维护的重要保障,也是及时诊断与预警结构异常的重要依据。然而,大型工程结构的动态变形监测仍然存在监测精度不足与特征参数提取不完备性的问题。本文针对MEMS IMU动态变形监测模型及应用展开了较为详细、系统的研究,内容涵盖了基于变分模态的变形监测数据重构方法、VMD-HHT动态变形特征提取模型、GNSS辅助加速度计频域积分算法、位移变形与扭转变形相关性分析、基于Ma
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动态变形监测是大型工程结构安全运营与维护的重要保障,也是及时诊断与预警结构异常的重要依据。然而,大型工程结构的动态变形监测仍然存在监测精度不足与特征参数提取不完备性的问题。本文针对MEMS IMU动态变形监测模型及应用展开了较为详细、系统的研究,内容涵盖了基于变分模态的变形监测数据重构方法、VMD-HHT动态变形特征提取模型、GNSS辅助加速度计频域积分算法、位移变形与扭转变形相关性分析、基于Mahony互补滤波的扭转变形监测模型等几个方面,取得的主要研究成果如下:（1）针对变分模态去噪方法有效模态分量辨识标准不完备的问题,引入FLANDRIN准则,建立了动态变形数据与观测噪声的自适应分离模型,实现了动态变形数据低频趋势项和高频噪声的同步剔除。（2）针对现有特征提取方法不能准确提取完整时频特征的问题,提出了结合变分模态分解（VMD）与希尔伯特-黄变换（HHT）的时间-频率-能量多维度特征提取的新方法（VMD-HHT）,利用VMD提取振动事件的频率分量,滤除噪声分量,对提取出的振动信号做HHT变换,实现了振动监测数据的时间-频率-能量多维变形特征同步提取,提高了变形特征提取的精度和完备性。（3）针对加速度计频域积分初始位置不确定的难题,提出了GNSS辅助加速度计频域积分方法,利用滑动窗口对一段时间内监测数据赋GNSS初始位置信息,同时基于VMD-HHT模型确定频域积分截止频率,提高了工程结构动态位移监测的绝对精度。（4）目前GNSS动态变形监测仅监测变形位移,而忽视扭转变形对工程结构物的影响,建立了基于Mahony互补滤波的扭转变形监测模型,分析了扭转变形对工程结构物内部影响,揭示了姿态变形与位移变形之间的耦合关系,实现了高频率位姿参数的同步监测。（5）面向长城环境影响及动态变形监测研究,分析了地面交通振动对长城敌台的影响,基于VMD-HHT模型,提取了地面交通振动对长城产生的瞬时振动频率和能量,以上研究可为长城实时安全监测与保护提供重要参考。
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