抗差卡尔曼滤波在高速铁路变形监测中的应用

论文摘要

目前我国高速铁路的建设正以前所未有的速度向前推进。高速铁路是一个庞大复杂而精细的工程,要求各个环节精准施工。其中作为轨道基础的线下工程,其沉降控制是提供高速度、高平顺和高稳定性的轨道先要条件,同时,由于我国地质条件的复杂性,作为长大线型的高速铁路,线下工程的沉降控制显得极为重要。因此,高速铁路线下工程沉降的安全监控、监控数据处理及监控的评价分析,是确保施工及运营安全的重要保障,必须选择有效的监控手段和数据处理方法。本文根据高速铁路线下工程的特点和存在的实际问题,就抗差卡尔曼滤波在高速铁路沉降变形监控中的应用进行研究,并结合某高速铁路的监控数据进行分析研究。主要内容如下：本文首先对高速铁路的线下工程特点进行了概述,并对变形监控技术和监控的意义作了介绍。在对比常用变形监控数据处理方法的基础上,重点研究了卡尔曼滤波模型的建立方法及其初始值的确定,通过实例分析验证了其在监控数据处理方面的优点。由于普通卡尔曼滤波模型不能有效的抵抗粗差的影响,本文在稳健估计原理的基础上,推导出卡尔曼滤波的抗差估计递推方程。并将其应用于线下工程沉降变形监控的数据处理,验证了抗差卡尔曼滤波能够有效判断粗差的位置,达到抵抗粗差的目的。结合某高速铁路线下工程的动态水准网监控数据,运用抗差卡尔曼滤波模型对其进行处理,对比抗差卡尔曼滤波结果及其预报值与各期的平差值,均吻合良好,因此,在高速铁路线下工程沉降的允许范围内,可以通过该方法对监控数据进行处理,对线下工程的沉降进行实时的控制。以上研究表明,采用抗差卡尔曼滤波模型对高速铁路变形监控数据进行处理,结果能满足工程的需要,具有良好的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外现状分析
• 1.2.1 高速铁路的定义
• 1.2.2 国外高速铁路发展概况
• 1.2.3 我国高速铁路发展概况
• 1.2.4 高速铁路的特点及其变形监测的意义
• 1.3 研究的内容
• 第2章 高速铁路技术特点及其变形监测技术
• 2.1 高速铁路线路特点
• 2.2 高速铁路线下工程特点
• 2.2.1 高速铁路路基特点
• 2.2.2 高速铁路桥涵特点
• 2.2.3 过渡段特点
• 2.3 高速铁路线下工程变形监测
• 2.3.1 高速铁路线下工程沉降变形监测技术
• 本章小结
• 第3章 卡尔曼滤波在变形监测数据处理中的应用
• 3.1 概述
• 3.2 变形监测数据的特点
• 3.3 常用的变形监测数据处理方法
• 3.3.1 回归分析法
• 3.3.2 时间序列分析法
• 3.3.3 灰色系统分析模型
• 3.3.4 BP神经网络法
• 3.3.5 Kalman滤波
• 3.4 卡尔曼滤波模型
• 3.4.1 卡尔曼滤波基本理论
• 3.4.2 卡尔曼滤波的基本方程
• 3.4.3 卡尔曼滤波的精度评定
• 3.4.4 卡尔曼滤波初值的确定问题
• 3.5 卡尔曼滤波在监测数据处理中的应用
• 3.5.1 概况
• 3.5.2 数据处理分析
• 本章小结
• 第4章 抗差卡尔曼滤波在变形监测数据处理中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 稳健估计的概念
• 4.3 稳健估计的方法
• 4.4 稳健估计的权函数选取
• 4.5 抗差卡尔曼滤波的估计方法
• 4.6 实例分析
• 本章小结
• 第5章 抗差卡尔曼滤波在某高铁沉降变形监测数据处理中的应用
• 5.1 动态测量系统中卡尔曼滤波的应用
• 5.1.1 动态测量系统的基本模型
• 5.1.2 动态水准监测系统
• 5.2 某高铁简介
• 5.3 某高铁沉降变形监测技术
• 5.4 抗差卡尔曼滤波在变形监测数据处理中的应用
• 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文