Tên luận án:
NGHIÊN CỨU KẾT HỢP THIẾT BỊ TRẮC ĐỊA VÀ CẢM BIẾN TRONG QUAN TRẮC DỊCH CHUYỂN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ
Ngành:
KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu kết hợp thiết bị trắc địa và cảm biến trong quan trắc dịch chuyển công trình giao thông đường bộ" của tác giả Vũ Ngọc Quang, thuộc ngành Kỹ thuật Trắc địa Bản đồ tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, tập trung giải quyết nhu cầu cấp thiết về quan trắc dịch chuyển các công trình giao thông đường bộ, đặc biệt là cầu lớn. Bối cảnh nghiên cứu được đặt trong thực tiễn Việt Nam và xu hướng chuyển đổi số trong lĩnh vực đo đạc, quan trắc, nhằm khắc phục những bất cập hiện có trong quản lý và khai thác dữ liệu quan trắc do phụ thuộc vào các giải pháp nước ngoài và thiếu tính chủ động.
Mục tiêu chính của luận án là kết hợp thiết bị GNSS và cảm biến gia tốc để quan trắc dịch chuyển công trình cầu theo thời gian thực, đồng bộ hóa dữ liệu GNSS-RTK và cảm biến gia tốc về mặt thời gian và không gian, cũng như xử lý hậu kỳ dữ liệu kết hợp bằng bộ lọc Kalman nhằm nâng cao độ tin cậy. Đối tượng nghiên cứu là dịch chuyển của công trình giao thông, tập trung vào cầu, với phạm vi khoa học là ứng dụng GNSS, cảm biến gia tốc và IoT cho quan trắc dịch chuyển cầu trong các giai đoạn vận hành, khai thác, bảo trì, và phạm vi không gian cụ thể là cầu dây văng Nhật Tân.
Nội dung nghiên cứu bao gồm tổng quan các giải pháp và công nghệ quan trắc, nghiên cứu ứng dụng giải pháp kết hợp GNSS và cảm biến với IoT theo hướng thời gian thực để đáp ứng yêu cầu chuyển đổi số, và nghiên cứu khả năng xác định các đại lượng dịch chuyển cũng như đặc trưng dao động tự nhiên của kết cấu từ dữ liệu thu thập.
Các luận điểm bảo vệ chính khẳng định việc kết hợp GNSS và cảm biến gia tốc cùng hệ thống IoT sẽ giải quyết bài toán chủ động trong quan trắc tự động, đồng thời việc đồng bộ hóa và xử lý dữ liệu bằng bộ lọc Kalman sẽ nâng cao độ tin cậy. Luận án đã đóng góp các điểm mới như việc kết hợp thành công GNSS và cảm biến gia tốc MPU với giải pháp IoT để quan trắc thời gian thực, đề xuất giải pháp đồng bộ hóa dữ liệu ba chiều, và ứng dụng bộ lọc Kalman để tăng cường độ chính xác.
Về ý nghĩa khoa học, luận án cung cấp một giải pháp hoàn toàn không dây, hiển thị dữ liệu thời gian thực qua giao diện web, phân tích độ nhạy của GNSS và xác định tần số dao động tự nhiên từ MPU6050, cùng việc nâng cao độ tin cậy dự báo dịch chuyển. Về ý nghĩa thực tiễn, giải pháp này giúp chủ động trong công tác quan trắc, tiết kiệm chi phí, và đơn giản hóa việc lắp đặt.
Mục lục chi tiết:
-
Chương 1: Tổng quan về quan trắc dịch chuyển công trình giao thông đường bộ
- 1.1. Công trình giao thông đường bộ và công trình cầu
- 1.1.1. Công trình giao thông đường bộ
- 1.1.2. Công trình cầu và phân loại
- 1.2. Quy định về công tác quan trắc công trình đường bộ
- 1.2.1. Đối tượng quan trắc
- 1.2.2. Độ chính xác và chu kỳ quan trắc
- 1.3. Nghiên cứu quan trắc dịch chuyển công trình cầu trong nước
- 1.3.1. Một số nghiên cứu khoa học về quan trắc dịch chuyển công trình cầu
- 1.3.2. Các dự án áp dụng GNSS và cảm biến trong quan trắc theo phương pháp SHMS
- 1.4. Nghiên cứu quan trắc dịch chuyển công trình cầu trên thế giới
- 1.4.1. Cảm biến lá điện trở
- 1.4.2. Cảm biến dịch chuyển tuyến tính (LVDT)
- 1.4.3. Cảm biến gia tốc
- 1.4.4. Nghiên cứu sử dụng kết hợp GNSS và cảm biến laser
- 1.4.5. Nghiên cứu kết hợp máy toàn đạc robotic với cảm biến dịch chuyển
- 1.4.6. Nghiên cứu kết hợp GNSS và cảm biến hình ảnh để xác định dịch chuyển
- 1.4.7. Nghiên cứu sử dụng phương pháp GNSS
- 1.4.8. Một số công trình cầu sử dụng GNSS và cảm biến trên thế giới
- 1.5. Nghiên cứu kết hợp GNSS với dữ liệu cảm biến dự báo dịch chuyển không gian
- 1.6. Một số vấn đề tồn tại và định hướng nghiên cứu
- 1.6.1. Một số vấn đề tồn tại
- 1.6.2. Định hướng nghiên cứu
-
Chương 2: Nghiên cứu kết hợp thiết bị GNSS và cảm biến trong quan trắc dịch chuyển công trình cầu
- 2.1. Sự phát triển của các thiết bị GNSS, cảm biến và các thiết bị IoT
- 2.1.1. Sự phát triển của thiết bị GNSS
- 2.1.2. Sự phát triển của thiết bị cảm biến
- 2.1.3. Sự phát triển của công nghệ IoT
- 2.3. Kết hợp thiết bị GNSS, cảm biến và giải pháp IoT trong quan trắc thời gian thực công trình cầu
- 2.3.1. Anten GNSS
- 2.3.2. Cảm biến gia tốc MPU6050
- 2.3.4. Kết nối các thiết bị
- 2.4. Bố trí thiết bị quan trắc trên công trình cầu
- 2.4.1. Vị trí lắp đặt
- 2.4.2. Phương thức lắp đặt
- 2.5. Thu nhận, hiển thị và lưu trữ dữ liệu quan trắc
- 2.5.1. Cơ sở xác định tần suất lấy mẫu
- 2.5.3. Hiển thị dữ liệu
- 2.5.4. Lưu trữ dữ liệu
- 2.5. Đồng bộ dữ liệu GNSS và dữ liệu gia tốc
- 2.5.1. Đồng bộ hóa về thời gian đo
- 2.5.2. Đồng bộ hóa tần suất lấy mẫu
- 2.5.3. Phương pháp đồng bộ hóa dữ liệu về các phương tọa độ
-
Chương 3: Xử lý dữ liệu GNSS, cảm biến gia tốc và phân tích kết hợp
- 3.1. Xác định dịch chuyển tuyến tính từ dữ liệu GNSS-RTK
- 3.1.1. Độ nhậy của giải pháp GNSS-RTK trong quan trắc
- 3.1.2. Lọc giá trị ngoại lai và phân tích dịch chuyển tuyến tính với dữ liệu GNSS-RTK
- 3.2. Xác định đặc trưng dao động từ dữ liệu cảm biến gia tốc
- 3.2.1. Chuyển đổi các giá trị gia tốc sang dịch chuyển và tần số
- 3.2.2. Độ chính xác xác định tần số của cảm biến gia tốc MPU6050
- 3.3. Xử lý kết hợp dãy trị đo GNSS và cảm biến gia tốc tại điểm quan trắc công trình cầu
- 3.3.1. Giới thiệu mô hình lọc kalman
- 3.3.2. Xử lý kết hợp dãy trị đo GNSS và cảm biến gia tốc trong quan trắc công trình cầu theo mô hình lọc kalman.
- 3.4. Xác định biến dạng bằng cảm biến dịch chuyển tuyến tính
- 3.4.1. Quan hệ ứng suất và biến dạng
- 3.4.2. Cảm biến dịch chuyển tuyến tính và nguyên lý hoạt động
-
Chương 4: Thực nghiệm
- 4.1. Thực nghiệm quan trắc thời gian thực cầu Nhật Tân
- 4.1.1. Giới thiệu công trình cầu Nhật Tân
- 4.1.2. Lắp đặt anten GNSS và cảm biến gia tốc trên bản mặt cầu
- 4.2. Kết quả quan trắc thời gian thực
- 4.2.1. Kết quả hiển thị dữ liệu quan trắc đồng bộ thời gian thực
- 4.2.2. Kết quả lưu trữ dữ liệu
- 4.3. Ứng dụng bài toán Kalman trong dự báo trạng thái GNSS-RTK
- 4.3.1. Dữ liệu GNSS-RTK ban đầu
- 4.3.2. Dữ liệu cảm biến gia tốc ban đầu
- 4.3.3. Kết quả của bài toán Kalman kết hợp GNSS và cảm biến gia tốc