本發(fā)明涉及建筑物安全監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制emd端點效應(yīng)的方法。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、建筑物安全監(jiān)測，即監(jiān)測由其水文地質(zhì)條件、土壤物性、氣候環(huán)境、樓宇荷重、結(jié)構(gòu)特點等發(fā)生變化而產(chǎn)生的變形，分為外部變形監(jiān)測和內(nèi)部變形監(jiān)測。外部變形監(jiān)測主要是測量變形體在空間三維幾何形態(tài)上的變化；內(nèi)部變形監(jiān)測主要是采用各種專用傳感器，對變形體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變、應(yīng)力、溫度、滲壓、土壓力、孔隙壓力以及伸縮縫開合等項目進(jìn)行觀測。由于內(nèi)部變形監(jiān)測只能提供局部的變形信息，且通常需要施工期預(yù)埋傳感器，對于大多數(shù)已建成房屋等建筑物不具備觀測條件。因此，外部變形監(jiān)測成為了不可替代的主要監(jiān)測方式。

2、縱觀國內(nèi)外數(shù)十年變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展歷程，建筑物外部變形監(jiān)測方法主要有全站儀和水準(zhǔn)儀常規(guī)地面測量方法、攝影測量方法、gps測量方法等。目前，監(jiān)測的主要手段仍然是依靠人工測量，即測量人員現(xiàn)場架設(shè)各類測量儀器，人工觀測采集數(shù)據(jù)，再通過業(yè)內(nèi)處理計算變形信息。隨著監(jiān)測建筑物數(shù)量的與日俱增和監(jiān)測要求的逐步提高，人工監(jiān)測方式中工作效率低、信息反饋慢、不便于集群式管理的弊端越來越顯露。

3、emd(經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解)是由美國國家航空航天局的huang等人于1998年提出的一種自適應(yīng)的信號處理方法，其分解得到的imf分量具有真實的物理意義，因此被廣泛地應(yīng)用于處理非線性、非平穩(wěn)信號。傳統(tǒng)的emd方法在數(shù)據(jù)提取過程中容易出現(xiàn)端點效應(yīng)的問題，針對這方面問題學(xué)界提出了多種算法如鏡像延拓法以求改進(jìn)，但此類方法多用于周期性較明顯的信號，不完全適用于建筑物形變位移數(shù)據(jù)的處理，故根據(jù)建筑物形變位移數(shù)據(jù)自身特點，提出中心對稱延拓法以遏制模態(tài)分解時的端點效應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于改進(jìn)ceemd端點效應(yīng)的高層建筑物形變位移提取方法，能夠?qū)崟r獲取建筑物形變位移，以彌補(bǔ)現(xiàn)階段房屋安全狀態(tài)監(jiān)測方法上的不足。

2、技術(shù)方案：根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種抑制emd端點效應(yīng)的方法，包括以下步驟：

3、如圖4中所示，尋找距離端點距離最近的一組極大值點q(tl，xmax(tl))和極小值點e(t2，xmin(t2))；將這組極值點以端點p(tp，xp)為對稱中心向時間序列之外做中心對稱延拓，由極大值q(tl，xmax(tl))中心對稱延拓后的參考點為新極小值點q′(2·tp-tl，2·tp-xmax(tl))，由極小值e(t2，xmin(t2))中心對稱延拓后的參考點為新極大值點e′(2·tp-t2，2·tp-xmin(t2))；新極值點其位置就是原信號在進(jìn)行ceemd時的新參考點，使用延拓后的新極值點和原信號的極值點作為插值點進(jìn)行三次樣條函數(shù)擬合以改善包絡(luò)線在端點處發(fā)散的問題。

4、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種利用gnss接收機(jī)坐標(biāo)信號判斷建筑物水平移動、傾斜、沉降的計算方法，包括以下步驟：

5、假定同一幢建筑物屋頂處安裝有a、b、c三個gnss衛(wèi)星接收機(jī)監(jiān)測點，且三個接收機(jī)不共線，原始坐標(biāo)經(jīng)ceemd提取的imf去除噪聲和風(fēng)擺信息得到一個較穩(wěn)定的位移，記在相同的時間段δt內(nèi)第k個監(jiān)測點接收到的第i維數(shù)據(jù)的較穩(wěn)定的位移為ik(t)，總共可以得到xa(t)，xb(t)，xc(t)，ya(t)，yb(t)，yc(t)，za(t)，zb(t)，zc(t)共9個穩(wěn)定位移信號；

6、(1)傾斜角度：傾斜角度由監(jiān)測點組成的平面的法向變化計算得到，t＝0時刻確定的法向量ll(x，y，z)表達(dá)式滿足

7、(xa(0)-xb(0))+(ya(0)-yb(0))+(za(0)-zb(0))＝0

8、(xa(0)-xc(0))+(ya(0)-yc(0))+(za(0)-zc(0))＝0

9、t＝δt時刻確定的法向量l2(x′，y′，z′)表達(dá)式滿足

10、(xa(δt)-xb(δt))x′+(ya(δt)-yb(δt))y′+(za(δt)-zb(δt))z′＝0

11、(xa(δt)-xc(δt))x′+(ya(δt)-yc(δt))y′+(za(δt)-zc(δt))z′＝0

12、則傾斜角度θ＝cos-1((l1·l2)/(|l1|×|l2|))。

13、(2)沉降：沉降是指建筑物在測量高度z上的變化，其中既包含因溫度熱脹冷縮產(chǎn)生的建筑物高度的變化，也有地基不夠堅固引起的建筑物下沉，若產(chǎn)生不規(guī)則沉降同樣也會在傾斜形變中體現(xiàn)，此處采用3個監(jiān)測點z變化的平均值作為一般沉降

14、δh＝(za(δt)-za(t)+zb(δt)-zb(t)+zc(δt)-zc(t))/3

15、(3)水平位移：水平位移是指建筑物在xy平面上位置的變化，此處采用3個監(jiān)測點x、y變化的平均值作為水平位移值

16、δx＝(xa(δt)-xa(t)+xb(δt)-xb(t)+xc(δt)-xc(t))/3

17、δy＝(ya(δt)-ya(t)+yb(δt)-yb(t)+yc(δt)-yc(t))/3

18、δd＝(δx，δy)

19、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中所使用的端點效應(yīng)抑制方法以信號自身特征為依據(jù)而設(shè)計，實用性強(qiáng)，準(zhǔn)確性高，可以全天候記錄建筑物監(jiān)測點動態(tài)定位信息，實時性好，便于對已有的高層建筑物進(jìn)行長時間監(jiān)測，解決了現(xiàn)階段提取建筑物形變信息仍需人工測量的繁瑣問題，可以節(jié)省大量人力物力。

技術(shù)特征：

1.一種基于改進(jìn)ceemd端點效應(yīng)的高層建筑物形變位移提取方法，其特征在于，使用ceemd模態(tài)分解算法對高層建筑物坐標(biāo)監(jiān)測點的gnss數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，實現(xiàn)噪聲去除，提取風(fēng)擺位移，以及建筑物的沉降、傾斜、水平位移三種形變數(shù)據(jù)，最終在可視化平臺進(jìn)行建筑物安全狀態(tài)展示；所屬分析方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)ceemd端點效應(yīng)的高層建筑物形變位移提取算法，其特征在于，所使用的房屋建筑物變形監(jiān)測的gnss技術(shù)，采用靜態(tài)相對定位，以削弱電磁波在通過電離層時產(chǎn)生的影響；需布設(shè)參考基準(zhǔn)站(簡稱基站)，與監(jiān)測點構(gòu)成相對基線；監(jiān)測點根據(jù)監(jiān)測點位需要，布設(shè)在房屋建筑物主體結(jié)構(gòu)上，一般在每棟建筑頂部布設(shè)3個監(jiān)測點為宜，每個監(jiān)測點安裝一套gnss接收設(shè)備(傳感器)；基站為監(jiān)測點提供監(jiān)測坐標(biāo)起算基準(zhǔn)，為提高差分的精度并減少gps高程異常變化的影響，基站布設(shè)時，應(yīng)保證：

3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的基于改進(jìn)ceemd端點效應(yīng)的高層建筑物形變位移提取算法，其特征在于，高層建筑物形變位移中的風(fēng)擺位移作為信號主干，在變化上不具有明顯的周期性擺動規(guī)律，因此在無先驗條件下，認(rèn)定信號在端點處的趨勢項是線性的，在使用ceemd前，尋找距離端點距離最近的一組極大值點(t1，xmax(t1)))和極小值點(t2，xmin(t2))，將這組極值點以端點p(tp，xp)為對稱中心向時間序列之外做中心對稱延拓，由極大值(t1，xmax(t1)))中心對稱延拓后的參考點為新極小值點(2·tp-t1，2·xp-xmax(t1))，由極小值(t2，xmin(t2))中心對稱延拓后的參考點為新極大值點(2·tp-t2，2·xp-xmin(t2)))，其位置就是原信號在進(jìn)行ceemd時的新參考點，使用延拓后的新極值點和原信號的極值點作為插值點進(jìn)行三次樣條函數(shù)擬合以改善端點效應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于改進(jìn)ceemd端點效應(yīng)的高層建筑物形變位移提取算法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)端點效應(yīng)的CEEMD高層建筑物形變位移提取方法，所述方法包含以下步驟：通過設(shè)置在建筑物監(jiān)測點的GNSS衛(wèi)星接收機(jī)獲取動態(tài)定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用4G傳輸并使用改進(jìn)端點效應(yīng)的CEEMD算法對其進(jìn)行噪聲去除和建筑物位移信息分解與提取，計算并記錄建筑物形變位移中的風(fēng)擺、傾斜、沉降、水平位移。本發(fā)明闡述的高層建筑物形變位移提取方法實時性好，準(zhǔn)確性高，便于對已有的高層建筑物進(jìn)行長時間監(jiān)測，解決了現(xiàn)階段提取建筑物形變信息仍需人工測量的繁瑣問題，可以節(jié)省大量人力物力。

技術(shù)研發(fā)人員：李東新,李熙琳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19