一种基于联合平差的盾构姿态计算方法

提出了一种新的盾构姿态自动测量方法,该方法通过全站仪测量盾构机上控制点坐标,结合双轴倾斜仪获取水平倾角数据,将两类观测值进行联合处理.在改进的七参数空间坐标转换模型的基础上,通过空间几何关系分析,建立联合平差模型.在实践中,基于该方法自主开发的全站仪与倾斜仪联合盾构自动导向系统已成功应用于上海地铁12线和杭州地铁1号线等隧道区间的施工导向,验证了该方法的可靠性和实用性.     

基于严密Helmert方差分量估计的动态Kalman滤波

针对Kalman滤波模型推导了严密的Helmert方差分量估计公式.在此基础上,构建了方差分量估计辅助的Kalamn滤波解,改进的Kalman滤波与标准Kalman滤波的计算过程基本相同.推导了方差分量估计对Kalman滤波解的影响.理论推导和计算结果均表明,Helmert方差分量估计辅助的Kalman滤波能够合理调控动力学模型误差的影响,合理平衡观测信息与动力学模型信息对Kalman滤波解的贡献,提高状态参数估计的精度;严密Helmert方差分量估计与简化Helmert方差分量估计辅助的Kalman滤波解基本等效.     

一种基于联合平差的盾构姿态计算疗法

提出了一种新的盾构姿态自动测量方法，该方法通过全站仪测量盾构机上控制点坐标，结合双轴倾斜仪获取水平倾角数据，将两类观测值进行联合处理。在改进的七参数空间坐标转换模型的基础上，通过空间几何关系分析，建立联合平差模型。在实践中，基于该方法自主开发的全站仪与倾斜仪联合盾构自动导向系统已成功应用于上海地铁12线和杭州地铁1号线等隧道区间的施工导向，验证了该方法的可靠性和实用性。     

盾构隧道开挖面对数螺旋破坏模式研究

利用水土压力统一计算理论,将盾构隧道开挖面涉及的水土压力分算参数和合算参数转变为统一参数,该方法可应用于土层为砂土和黏土的情况,特别适用于土层为黏质粉土及粉质黏土的情况.基于上述计算的统一参数和极限分析上限法,推导了考虑水压影响的开挖面对数螺旋破坏模式的极限支护压力解析解公式;并利用土层厚度加权平均法,对多层土体参数和水压力进行了简化分析,从而可将上述解析解公式应用于多层土盾构隧道开挖面稳定性评价中.结合上海长江隧道实例,利用推导的解析解公式对盾构隧道开挖面极限支护压力进行了计算,并将计算结果与前人研究进行了对比分析.结果表明:所建立的开挖面对数螺旋破坏模式可应用于盾构隧道开挖面稳定性评价中.     

用线性加速度计测量定轴回转系统状态的理论研究

为了克服定轴回转系统状态测量方案需要传感器种类多、数据处理复杂等缺陷,研究了微型双轴线性加速度计测量系统状态的方案.通过建立单片双轴微型线性加速度计在安装角度有误差、敏感轴非严格正交情况下的测量方程,给出了利用高精度角度传感器测量数据对测量方程中参数进行辨识的方法,从而导出了由两个线性加速度计的测量数据解算系统状态的计算公式.推导过程表明,传感器的固有误差和安装误差可以用高精度角度传感器的测量数据修正,系统的状态可以由两个双轴微型线性加速度计的测量数据解算得到.与传统方法相比,该方法具有传感器种类少、成本低、实时性好的优点.     

两种大转角空间坐标转换模型研究

空间大转角的坐标转换,可以采用由适用于小角度转换的布尔莎模型改进的七参数模型,也可以采用罗德里格矩阵转换法来实现。本研究针对两种方法的原理和适用条件,通过模拟实验和在地铁盾构工程实例中对两种坐标转换模型的解算过程和结果进行分析和比较,得出以下结论:在大旋转角情况下,罗德里格矩阵转换模型作为非迭代模型算法简明,不受旋转角度的限制,易于快速实现,适用于常规精度要求的工程应用;改进的七参数迭代模型,算法严密,精度更高,实现大旋转角坐标转换的过程复杂,适用于高精度要求的研究应用。     

采用标准尺的工作空间测量定位系统定向方法

现有工作空间测量定位系统发射站定向方法依赖辅助测量设备,容易产生操作失误,效率较低.利用发射站工作时水平安置的特点,通过引入距离约束结合空间角度测量模型,提出一种采用标准尺的发射站快速定向方法.建立了基于光平面方程描述的发射站数学模型,推导了角度测量公式及坐标测量方程,并在此基础上建立了基于几何约束的平差模型,给出了优化解算方法.实验表明,采用该方法完成双站系统定向后,标准尺长度的解算误差小于0.25mm,在保证定向精度的前提下使测量效率得到显著提高.     

基于惯导系统的多接收子阵SAS运动补偿

建立了利用惯导系统解算运动误差的通用模型,提出了在非停走停模式下的多接收子阵合成孔径声呐逐点运动补偿算法,解决了惯导系统数据与SAS数据融合问题.通过仿真分析了进动误差、侧摆与升沉误差和角度误差三类运动误差对成像质量的影响.对海试试验数据的成像处理表明:采用本文算法可有效改善成像质量,从而验证了提出的运动误差解算方法与运动补偿算法的有效性.     

基于非线性灰模型下贮油罐上水变形分析

大罐上水过程中的沉降变形具有规律性.利用灰色系统理论,把离散的沉降观测数据按某种序列(或某一约束条件)排列,考虑到大罐充水过程变形形式,分别建立了基于线性和非线性关系下的一阶连续灰微分沉降模型;同时选择上水水位高和上水时间序列作为模型变量分别进行解算,显示了软基础下的大罐,上水速度与罐体沉降变化基本呈线性的特点,就此推导了以连续时间变量序列来拟合与预测大罐上水过程的沉降变形模型.所提出的解算方法,可以方便大罐沉降变形的过程和规律分析,对指导同类上水试验工作具有一定意义.     

一种将线性粘弹微分型本构方程应用到ABAQUS的方法

以3参量Merchant模型、Poyning-Thomson模型,以及4参量Burger模型为例,推导3种常用微分型本构方程的松弛剪切模量Prony级数形式,并确定其在ABAQUS中的输入参数,供ABAQUS调用分析.以算例分析岩土流变性态,将3种模型的应变蠕变、松弛数值解与一维情形下的解析解进行对比,结果吻合较好.对土体采用Merchant粘弹性流变模型的过江盾构隧道进行粘弹性数值分析,得到管片位移均趋于稳定值,说明所提出的方法是正确和可靠的,可以应用于岩土工程数值计算.     

VP型宽频带倾斜仪故障信号的BBA-SOM智能诊断

针对现有VP型倾斜仪故障诊断主要依靠人工经验和诊断流程较为复杂的问题,提出以互补集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition, CEEMD)多尺度近似熵和二进制蝙蝠算法(binary bat algorithm, BBA)优化SOM神经网络参数的VP型倾斜仪故障诊断新方。首先,将归一化后的仪器故障信号进行CEEMD分解,对6阶本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)求取多尺度近似熵值;然后将网络输入法按比例分为训练集和测试集,以训练集的识别率为适应度函数,应用二进制蝙蝠算法(binary bat algorithm, BBA)优化SOM神经网络的竞争层维数和网络训练次数;最后应用上述得到的BBA-SOM网络模型对倾斜仪故障特征数据进行辨识。实验表明：CEEMD多尺度近似熵判据对倾斜仪故障特征的区分效果符合预期;相对于朴素贝叶斯、AdaBoost集成学习与LDA等学习模型,BBA-SOM模型可以准确进行故障诊断;该方法对实现VP型倾斜仪故障的自动诊断有重要现实意义。     

磁性套管中磁测斜仪误差建模分析

在利用磁测斜仪测量钻井方位角时,铁磁性套管会对放入其中的测斜仪产生磁屏蔽作用,严重影响了方位角的解算精度。针对该问题,利用ANSYS软件对磁测斜仪环境磁场进行仿真,从而建立磁测斜仪误差模型;并用牛顿迭代法对钻具方位角和套管磁屏蔽系数进行快速解算。最后针对该优化算法的误差校准效果进行数学仿真分析。仿真结果表明,相比于传统解算算法,该方法能够更准确地解算出钻井的方位角。同时,在存在随机白噪声干扰的情况下,当信噪比较低时可以通过多次测量求平均值来减小解算误差。     

基于BOTDR的分布式光纤测斜管研发与应用

深层水平位移是基坑工程安全监控的重要监测指标,通常采用测斜管进行监测,确保基坑的安全与稳定。为了提高测斜管监测结果的精度与自动化程度,弥补传统监测手段的局限与不足,从基于布里渊光时域反射计(BOTDR)光纤监测技术原理和特点出发,研发了一种基于BOTDR技术的分布式光纤测斜管,详细介绍了其制作方法与施工工艺,通过现场基坑测试,获得了分布式光纤测斜管的应变信息,并通过数据分析获得了基坑深层水平位移变化。结果表明:基于BOTDR技术的分布式光纤测斜管能够准确地反映基坑的变形情况,具有很好的工程适用性,且与传统监测手段相比,具有测量精度高、数据采集全面、监测方便、能够实时监测等优点,在基坑工程的变形监测中具有显著的优越性和推广价值。     

基于行走行为研究的人群荷载作用下人致振动分析

以生物力学和交通领域相关研究为基础，提出了一种精细化的随机人群荷载作用下的人致振动分析方法。该方法首先以生物力学领域试验数据为基础，拟合人步行速度与步频之间的关系式，采用交通领域研究人流集度与人流速度关系模型，结合目前结构领域关于单人荷载模型的研究，建立精细化的随机人群荷载模型，推导该人群荷载模型下的结构动力平衡方程，采用自编程序对该方程进行求解，得出结构的人致响应。最后通过ISO2031标准对结构的人致振动舒适性进行评价。本文所建立的荷载模型，可以较好的考虑人群荷载对结构的作用，避免了目前人群荷载作用下人致振动分析参数取值的盲目性。     

溪洛渡左岸谷肩堆积体滑带流变模型参数反演及长期变形分析

溪洛渡左岸谷肩堆积体在开挖加固后,浅部变形趋于稳定,深部变形持续增大,基于测斜仪监测数据分析变形持续增大的原因;应用PSO-BP网络和差分进化算法反演古滑带土流变模型参数;基于反演的参数进行堆积体长期变形分析,将FLAC3D数值分析流变计算结果和测斜孔监测数据对比,得出计算结果和监测数据较一致.     

含孔隙、裂隙岩石的高频体积模量

前人大量的实验观测证实了体波在流体饱和多孔岩石中传播时存在速度随频率变化的现象.体积模量是决定纵波波速的重要参数之一,研究多孔岩石的高频体积模量对解释超声实验测得的纵波波速具有重要意义.考虑岩石中软孔隙(比如裂隙)的影响,Mavko和Jizba提出了一种修正的Gassmann公式,计算液体饱和多孔岩石的高频体积模量.但Mavko和Jizba提出的计算公式不是通过严格推导得出的,有些过程带有一定猜测性.至今没有一个基于严格推导得到的高频体积模量表达式,人们对多孔岩石高频体积模量物理内涵的认识仍存在不足.本文基于双重孔隙介质理论推导含孔隙、裂隙的流体饱和岩石的高频体积模量表达式,它与Brown-Korringa公式具有相同的形式,只需要将原Brown-Korringa公式中的排水体积模量、固体基质体积模量和孔隙体积模量分别替换为高频时的有效排水体积模量、固体基质体积模量和孔隙体积模量.由于在高频时裂隙与孔隙间没有流体交换,含有流体的裂隙相当于是固体基质的一部分,因此高频有效固体基质的体积模量小于纯固体的体积模量;如果裂隙内流体压强不影响孔隙内流体含量变化,本文得到的高频有效排水体积模量的表达式与Gurevich基于Sayers-Kachanov方法得到的完全一致.数值计算表明:裂隙含量越高,利用Mavko-Jizba公式计算出的高频体积模量与本文公式的偏差越大;高频有效孔隙体积模量总是近似等于纯固体的体积模量,不像高频有效固体基质体积模量那样随裂隙含量的增加而显著降低.     

THz频段圆波导传输特性的特征方程分析法

针对THz频段采用金属电导率趋肤效应模型会引入传播常数误差的问题,提出了一种非理想导体圆波导传输特性的特征方程分析法.首先基于圆波导中的场方程及电磁场边界条件得到了关于传播常数的特征方程;其次在特征方程中采用非理想导体电导率的经典驰豫模型,通过数值求解得到了圆波导的传播常数.与采用变分法计算传播常数的结果相比,特征方程法可在全频段上精确表征圆波导的传输特性.仿真结果表明:与传统变分法相比,圆波导特征方程分析法得到的衰减常数相对误差在10 THz时可减小66％;与传统的金属电导率趋肤效应模型相比,特征方程分析法采用金属电导率经典弛豫效应模型得到的衰减常数相对误差在6 THz时可减小31％.     

四足机器人转向与斜向运动规划理论及方法

为实现四足机器人在平面上的稳定平顺的转向与斜向运动,提出了一种基于参数化坐标变换矩阵的规划方法. 通过D-H法建立了四足机器人的运动学模型,分别求得机器人机体坐标系在两种运动中的参数化坐标变换矩阵,并通过参数的调整来完成机器人运动的规划. 最后对四足机器人在平面上的转向与斜向运动进行了仿真,仿真结果表明,该方法能够实现四足机器人在平面上的连续、平稳的转向与斜向运动.      

附合导线近似平差精度评估数学模型

附合导线是平面控制网经常采用的一种形式,尤其在线型工程中应用更为广泛.四等以上的附合导线计算要采用严密平差方法,求出最小二乘最优结果并评定成果的精度,有完整的数学模型.四等以下的附合导线计算,往往采用近似平差方法,求出控制点的平面坐标,但没有精度评估的严密模型,使附合导线近似平差体系不完整.论文针对附合导线的近似平差步骤,根据方差——协方差传播律,建立了附合导线近似平差的点位坐标方差(阵)的计算模型,以此为基础,可对附合导线近似平差后的坐标及其函数的精度进行评估,使近似平差的数学模型得到了完善.