基于GPS动态变形监测的建筑物结构特性分析

设计了相应的GPS结构动态监测实验。测试时将一台GPS接收机天线安放在距进行动态监测的建筑物不远的地方作为基准站，周围5°以上无反射物和建筑物遮挡，以减少多路径效应的影响。另一台GPS接收机天线安放在待测建筑物楼顶作为流动站，流动站的周围也要求尽量无遮挡物，保证至少可同时接收5颗以上卫星信号。GPS监测数据采用轨迹估计的方法逐历元解算出监测点相对于参考站的坐标。由于采用载波相位双差的数学模型，能够减少卫星轨道和大气误差以及消除卫星与接收机间的钟差。本次试验中设计了振动幅值为0.2cm，固有频率为Hz，Hz。的自由振动响应将模拟的振动响应加载到GPS监测信号上，作为结构振动信号无阻尼自由振动响应并选取选择相关性较好的y方向作为分析数据。从图2中可以看出在强噪声背景的干扰下，这样的结构模态通常不易被识别出来。

针对模拟数据进行EEMD，分解结果及各分量傅立叶频谱如图3，图中c5、c6分别对应着系统两阶模态，c4，c7分别有少量第一、二阶模态分量的泄露，但能量级非常小，不影响数据分析。针对图3中c5存在的模态混叠，是由于EEMD的自适应二进制滤波特性存在着模态重合造成的。从而精确提取表示系统固有模态的IMF，如图4所示，根据多自由度线性系统模态叠加原理和信号EEMD结果的线性组合特性，对提取的各层响应模态分别利用随机减量技术（RDT）获取结构自由振动响应，如图5所示。利用Hilbert变换识别模态参数结果如图6所示。利用上述HHT理论进行模态识别结果为0.5和0.87，与设计频率相吻合并列于表1。

图2 模拟结构振动信号

图3 振动响应EEMD结果（前7个IMF分量）及傅立叶变换

图4 EEMD结果

图5 RDT提取结构自由振动响应

（a）第一阶模态识别结果

（b）第二阶模态识别结果

图6 Hilbert模态识别

表1 HHT识别值与理论值相比较

理论值HHT识别值

固有频率（Hz）固有频率（Hz）阻尼比（%）

第一阶模态参数0.50330.50050.0035

第二阶模态参数0.87000.87030.0021

5 结语

本文分析了GPS用于建筑物动态监测的优势以及动态监测数据的特点，针对GPS动态监测数据非线性、非平稳的特点，建立了分层引入随机减量技术（RDT）的HHT的建筑物结构模态识别方法。实验数据表明：（1）GPS技术相对于传统测量方法，具有高效、高精度、全天候等优势，这也是GPS技术在越来越多的领域发挥重要作用的主要原因；（2）在结构模态识别之前，利用集成经验模态分解法能够削弱环境噪声信号影响，获取结构的主要模态响应（IMF），对于获取建筑物结构自由振动衰减效应的准确性和稳定性具有明显的作用。

参考文献

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作者简介：奚小军（1979-），男，江苏泰兴人，沈阳市高新农业发展有限责任公司测量工程师，研究方向：测量

工程。

（责任编辑：陈 倩）

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