基于基于Kriging插值与插值与VRML的桥梁监测数据可视化方法的桥梁监测数据可视化方法
就目前桥梁监测系统可视化的现状,从数据插值和VRML两个方面总结了现有研究工作,针对目前桥梁健康监测
需求提出了一种基于Kriging插值和VRML的桥梁监测系统数据可视化方法。首先使用修改过的Kriging算法对由
桥梁健康监测传感器网络得到的数据进行插值,并为数据点赋予相应颜色,最后将结果加载到三维模型中。实
验结果表明,该方法简单快捷,实现了较高的插值精度和可视化效果,在桥梁健康监测数据可视化实现方面具
有广泛用途。
陈鹏,杨立
(浙江工业大学 信息工程学院,浙江 杭州 310023)
摘要摘要:就目前桥梁监测系统
关键词关键词:桥梁健康监测;数据插值;VRML;可视化
0引言引言
目前,桥梁结构监测的布点主要集中在桥梁受力、承重的关键点。而桥梁是一个无限自由度的整体,单从有限的传感器布
点是无法得到完整的桥梁健康状况信息的,因此需要一种可靠的方法插值出未布置传感器的桥梁位置的各参数数值;现有的桥
梁监测系统大部分都是以报表及二维曲线图等作为主要的展示形式,这种方法不形象直观,已不能满足当前监测工作的需要;
而三维显示技术可以生动形象地再现现实世界中的实物,这种技术即是可视化技术。插值,也叫做内插,意思是在离散数据基
础之上插补连续函数,使得这条插补之后的连续曲线可以通过全部既定的离散的数据点。本文采用了目前较为先进的Kriging
插值方法用以获得未布置传感器点处的监测值。
VRML(Virtual Reality Modeling Language)是虚拟现实建模语言。参考文献[1]研究了如何利用VRML来建立虚拟城
市。参考文献[2]研究了基于VRML的虚拟校园的设计与实现,并以实验结果证明了VRML技术仍具有广阔的应用前景。
VRML作为一门独立的三维建模语言,命令简单上手快,且与txt同为ASCII编码,可以直接使用文本编辑器编辑。
1建模及插值建模及插值
1.1建立桥梁三维模型建立桥梁三维模型
整个桥梁系统可视化过程中,首先要做的是建立桥梁的模型,本文采用SolidWorks建立这一桥梁模型。首先在
SolidWorks中逐个建立桥梁的各个部件,例如桥面、索塔等,各个部件建立完成后按照实桥结构进行组装,得到完整的三维
桥梁模型,如图1所示。
1.2监测数据插值监测数据插值
桥梁结构监测传感器主要集中部署在桥梁受力、承重的关键点。目前应用较为广泛的插值算法主要有克里格插值算法、泰
森多边形插值算法以及反距离权重插值算法[4]等。
反距离权重法缺少对各向异性的考虑,估算精度很成问题;泰森多边形法构造多边形容易产生奇异多边形,估值准确度不
高;克里格法考虑了空间属性的各向异性和已知点的“从聚效应”,实现了对待求点无偏、线性以及最小估计方差的估算,插值
精度高。文中采用针对桥梁数据特征修改过的克里格法进行桥梁健康监测数据插值。
应用克里格法的桥梁数据插值步骤如下:
(1)当空间点x在一维x轴上变化时,一维条件下x轴方向上的区域化变量Z(x)的变异函数定义为桥梁监测数据Z(x)在空间
坐标点x和x+h处得到的监测值Z(x)与Z(x+h)之差的方差的1/2,记为γ(x,h),即:
在二阶平稳假设条件下,有:
h,E[Z(x+h)]=E[Z(x)](2)