磁浮軌道梁姿態(tài)高靈敏監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

張 雷，張家誠(chéng)，歐冬秀

(1.同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué) 上海市多網(wǎng)多模式軌道交通協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200092)

0 引言

磁浮軌道導(dǎo)軌與橋梁之間的相互作用是平順性、舒適性和安全性的重要影響因素。文獻(xiàn)[1]分別對(duì)磁浮列車、輪軌列車與線橋的動(dòng)力作用進(jìn)行了對(duì)比分析，表明高速磁浮列車在跨度大于22米橋梁時(shí)，橋梁撓度作用加大。列車對(duì)橋梁沖擊形成的撓度極大程度地造成此覅軌道梁振動(dòng)形變?？紤]磁浮軌道梁靜態(tài)時(shí)，受到所在地理環(huán)境地質(zhì)、自然老化等因素的影響。列車動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)，磁浮車橋耦合振動(dòng)影響則會(huì)更大。

文獻(xiàn)[2]在考慮磁浮列車在軌運(yùn)行時(shí)為非接觸，列車與軌道梁容易產(chǎn)生橫向失穩(wěn)，需研究其三維空間效應(yīng)。尤其在磁浮列車轉(zhuǎn)向時(shí)，離心力的作用使得軌道導(dǎo)軌與列車之間形成不同程度的作用力，同時(shí)空氣摩擦力也發(fā)生非均勻性變化。因此，軌道導(dǎo)軌三維空間特性建模對(duì)于磁浮行車平順性研究極為重要。文獻(xiàn)[3]闡述了磁浮車輛/軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模、數(shù)值求解及動(dòng)力響應(yīng)分析與動(dòng)力性能評(píng)價(jià)等方面的研究進(jìn)展。由于沒(méi)有磁浮軌道梁振動(dòng)與形變的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)反饋，在研究中往往只從控制工程的角度出發(fā)，文獻(xiàn)[4]給出了在考慮導(dǎo)軌是柔性梁的時(shí)候，車輛的振動(dòng)會(huì)引起導(dǎo)軌的輕微變形，從而可能引起共振。導(dǎo)軌幾何形狀的不規(guī)則性是車輛隨機(jī)振動(dòng)的主要激勵(lì)源，在不能客觀徹底消除導(dǎo)軌不規(guī)范的前提下，通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了反饋控制參數(shù)對(duì)磁懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響并分析其垂直隨機(jī)振動(dòng)及隨機(jī)激勵(lì)下懸浮控制性能的可靠性。文獻(xiàn)[5]提出了針對(duì)一維單點(diǎn)問(wèn)題，給出了雙環(huán)PID控制算法，研究了單點(diǎn)懸浮控制系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性、Hopf分岔點(diǎn)附近的振動(dòng)特性和非線性振動(dòng)的幅頻特性。側(cè)重單電磁鐵懸浮系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究，雖解決了車輛及控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題，但缺乏實(shí)際土建工程應(yīng)用的針對(duì)性。文獻(xiàn)[6]采用將車輛線路考慮為多自由度剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的方法，雖對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了一定簡(jiǎn)化，但還是專注于車輛和線路動(dòng)力作用問(wèn)題，沒(méi)有達(dá)到磁浮軌道梁數(shù)字孿生的技術(shù)效果。文獻(xiàn)[7]提出了在沒(méi)有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的情況下，使用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)載波相位糾纏差的概念同時(shí)建立授時(shí)同步的方法來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象進(jìn)行精確定位。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于相較于傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航和其他商業(yè)產(chǎn)品能夠更具實(shí)時(shí)性，同時(shí)減少了在工程應(yīng)用中誤差的累積。文獻(xiàn)[8]在使用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)過(guò)程中考慮了特殊因素導(dǎo)致的因信號(hào)問(wèn)題無(wú)法使用和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)誤散過(guò)快的問(wèn)題，提出了使用一種基于連續(xù)幀時(shí)間差分視覺(jué)輔助的方法，該方法有效的延長(zhǎng)了慣性導(dǎo)航的可用時(shí)間。但對(duì)于磁浮列車的廣范圍長(zhǎng)距離運(yùn)行當(dāng)中，慣性導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性誤差問(wèn)題依然不可忽視它體現(xiàn)在磁浮列車運(yùn)行的實(shí)時(shí)安全性上。

文獻(xiàn)[9]基于磁浮軌道梁振動(dòng)形變，針對(duì)三維空間高精度定位與多方向姿態(tài)，將非線性磁浮動(dòng)力學(xué)及其系統(tǒng)進(jìn)行建模，引入基于時(shí)間同步主從多點(diǎn)在線監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)高速磁浮試驗(yàn)線24m軌道梁的多階模態(tài)高靈敏度位移解算，為基于磁浮軌道梁數(shù)字孿生[10]的振動(dòng)形變探索新技術(shù)策略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)算磁浮軌道梁的沉降與位移，優(yōu)化“列車-控制-橋梁”三者之間作用關(guān)系，在磁浮列車與軌道梁多自由度上實(shí)現(xiàn)平順性，也為在“人工智能+交通”的交叉創(chuàng)新領(lǐng)域上形成相關(guān)的解決方案和技術(shù)體系。文獻(xiàn)[11]中詳細(xì)的將交通物理與信息空間映射、網(wǎng)絡(luò)通信與時(shí)空數(shù)據(jù)規(guī)約問(wèn)題上進(jìn)行了論述，在網(wǎng)絡(luò)通信和云交互下，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)交通物理實(shí)體之間的信息聯(lián)通。在個(gè)體智慧終端、路測(cè)邊緣設(shè)施和云端網(wǎng)絡(luò)通信等的大規(guī)模部署下，交通事件、狀態(tài)與數(shù)據(jù)呈現(xiàn)既關(guān)聯(lián)又獨(dú)立的處理和運(yùn)維趨勢(shì)，有助于在時(shí)空上實(shí)時(shí)預(yù)警與引導(dǎo)，有效支撐磁浮列車的無(wú)人駕駛與人工駕駛的并存發(fā)展。文獻(xiàn)[12]根據(jù)當(dāng)前我國(guó)鐵路發(fā)展成果考慮了鐵路道口列車運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)了一種安全監(jiān)測(cè)的通信系統(tǒng)，磁浮軌道未來(lái)應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中也要考慮到站停靠的問(wèn)題，從動(dòng)態(tài)減速直至停靠靜浮的運(yùn)行上也要考慮結(jié)合道口的狀態(tài)做到平穩(wěn)性運(yùn)行。

1 非線性振動(dòng)形變位移原理

文獻(xiàn)[13]在研究磁浮軌道梁在電磁吸力作用下產(chǎn)生彈性形變，引起磁浮列車與軌道梁之間的懸浮氣隙變化，反作用于懸浮控制器工作狀況，使得電磁力隨之發(fā)生變化，形成磁浮列車振動(dòng)和軌道梁相互振動(dòng)。當(dāng)磁浮列車沿著軌道梁運(yùn)行，雖只有空氣摩擦阻力，但會(huì)使得列車與軌道梁一起振動(dòng)以及軌道梁的形變。由于上海地區(qū)土質(zhì)松軟，雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等天然因素，磁浮列車在靜態(tài)懸浮狀態(tài)也會(huì)受到路基邊坡蠕滑。文獻(xiàn)[14]采用有限元軟件建立了考慮降雨影響的邊坡數(shù)值分析模型，對(duì)邊坡蠕滑導(dǎo)致的橋梁樁基力學(xué)特性變化進(jìn)行了重點(diǎn)研究。文獻(xiàn)[15]提出離散元分析方法為滑坡數(shù)值模擬提供了新途徑，并由此產(chǎn)生了顆料流 (PFC)、離散單元法程序(UDEC)、三維離散單元法程序(3DEC)等離散元軟件。PFC(particle flow code)是基于離散元理論建立的數(shù)值分析方法，相比其他離散元軟件在土質(zhì)滑坡模擬中更具優(yōu)越性。PFC2D提供了兩種黏結(jié)模型：接觸黏結(jié)模型(contact-bond model)和平行黏結(jié)模型 (parallel-bond model)，平行黏結(jié)模型較接觸黏結(jié)模型的應(yīng)用更加廣泛，這是由于平行黏結(jié)模型不僅能夠傳遞顆粒接觸點(diǎn)之間的力而且可以傳遞彎矩[16]而接觸黏結(jié)模型只能夠傳遞接觸力。

文獻(xiàn)[17]研究了磁浮列車運(yùn)行存在著點(diǎn)頭，搖頭，側(cè)滾，沉浮，橫移，縱向等多方向運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)復(fù)雜的多自由度機(jī)電耦合系統(tǒng)。在描述磁浮列車單個(gè)車廂狀態(tài)時(shí)，需要聯(lián)立至少幾十個(gè)微分方程。因此，需要設(shè)計(jì)最小懸浮單元系統(tǒng)來(lái)分析非線性磁浮動(dòng)力學(xué)和系統(tǒng)穩(wěn)定性。將磁浮軌道梁振動(dòng)形變位移的微分方程描述成：

(1)

式中，qn(t)為磁浮軌道梁第n階振動(dòng)位移；εn為軌道梁n階阻尼比；ωn為軌道梁第n階固有頻率；Qn(t)為第n階廣義力；Mn為廣義質(zhì)量；t為電磁鐵產(chǎn)生吸力的瞬時(shí)時(shí)間。

當(dāng)磁浮軌道梁第n階模態(tài)單獨(dú)發(fā)生振動(dòng)形變作用時(shí)，式(1)所示的位移方程可表示成：

(2)

在動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性必要條件的作用下，結(jié)合式(1)和式(2)可得到軌道梁一階模態(tài)單獨(dú)發(fā)生作用時(shí)的基本約束條件：

(3)

式中，α為泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的高階項(xiàng)系數(shù)，α>0；kv為磁浮控制器參數(shù)；kf為磁浮懸浮力平衡點(diǎn)處等效磁隙剛度；ks為二系懸掛剛度；cf為平衡點(diǎn)處等效磁隙阻尼；cs為二系懸掛阻尼。

2 軌道梁多方向位移監(jiān)測(cè)模型

無(wú)接觸式的磁浮列車與軌道梁在本質(zhì)上是磁浮列車機(jī)械、電磁物理與懸浮導(dǎo)向控制的多場(chǎng)多系統(tǒng)耦合作用關(guān)系。磁浮列車在高速(如每小時(shí)400公里)運(yùn)行時(shí)，列車車體自身振動(dòng)加速度以及相應(yīng)的軌道梁振動(dòng)加速度較小。因此，在綜合考慮軌道梁擾度、跨度以及幾何不平順性等因素，高速磁浮列車運(yùn)行是具有極高的舒適性。利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，文獻(xiàn)[19]提出對(duì)橋梁GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)的測(cè)試方案和步驟，為工程人員較為方便地找到符合要求的監(jiān)測(cè)點(diǎn)提供了簡(jiǎn)單易行的方法。文獻(xiàn)[20]給出的選星定位方法也能夠有效提升軌道位置變化的參考精度與穩(wěn)定性。

本文所提出的監(jiān)測(cè)布設(shè)如圖1(a)所示磁浮軌道梁?jiǎn)卧显O(shè)置位移監(jiān)測(cè)主點(diǎn)、從點(diǎn)A和從點(diǎn)B來(lái)構(gòu)建軌道梁振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)面，進(jìn)行多自由度耦合設(shè)計(jì)。主點(diǎn)在軌道梁中軸線上，從點(diǎn)A和從點(diǎn)B在軌道梁臂上形成對(duì)稱，并且3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間同步。當(dāng)磁浮列車靜態(tài)懸浮或運(yùn)行于軌道梁面時(shí)，構(gòu)建的等腰三角形振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)面受到多方向位移時(shí)可以精準(zhǔn)測(cè)量與計(jì)算。

圖1 磁浮軌道梁位移監(jiān)測(cè)面幾何模型

在磁浮軌道梁位移監(jiān)測(cè)面上定義X和Y軸分別指向兩側(cè)軌道梁臂，從監(jiān)測(cè)點(diǎn)A落在Y軸上，從監(jiān)測(cè)點(diǎn)B落在X軸方向上，主監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐落在磁浮軌道梁位移監(jiān)測(cè)面的幾何中軸線上，由此構(gòu)成監(jiān)測(cè)面基線矢量及其幾何測(cè)姿模型。

設(shè)GNSS可視衛(wèi)星數(shù)量為n顆，根據(jù)磁浮軌道梁在磁浮列車靜態(tài)懸浮和運(yùn)行時(shí)均存在振動(dòng)形變位移，給出了相應(yīng)的多自由度雙差觀測(cè)方程表達(dá)為：

(4)

本文選擇全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)作為監(jiān)測(cè)信號(hào)源，在磁浮軌道梁位移監(jiān)測(cè)面上從監(jiān)測(cè)點(diǎn)A到主監(jiān)測(cè)點(diǎn)、從監(jiān)測(cè)點(diǎn)B到主監(jiān)測(cè)點(diǎn)、從監(jiān)測(cè)點(diǎn)A到從監(jiān)測(cè)點(diǎn)B構(gòu)成超短基線矢量，并同在GNSS一個(gè)平面波上。在主監(jiān)測(cè)點(diǎn)、從監(jiān)測(cè)點(diǎn)A和從監(jiān)測(cè)點(diǎn)B構(gòu)成的共時(shí)鐘主從同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，電文極性始終保持一致。當(dāng)主監(jiān)測(cè)點(diǎn)存在半周模糊度時(shí)，從監(jiān)測(cè)點(diǎn)A和從監(jiān)測(cè)點(diǎn)B同樣存在半周模糊度，雙差后的半周模糊度被完全消除。軌道梁多方向位移監(jiān)測(cè)的頻率為100 Hz。這對(duì)于求解磁浮軌道梁位移監(jiān)測(cè)面的實(shí)時(shí)高精度姿態(tài)位移極為有利。

3 多階模態(tài)高靈敏度位移解算

如圖1所示，選擇同濟(jì)大學(xué)高速磁浮試驗(yàn)線24 m軌道梁為研究對(duì)象，將磁浮軌道梁位移監(jiān)測(cè)面作為最小懸浮單元系統(tǒng)進(jìn)行位移控制設(shè)計(jì)。磁浮列車與軌道梁面之間的實(shí)際懸浮間隙δ和期望間隙δexp形成間隙誤差量Δδ，即Δδ=δexp-δ。根據(jù)間隙誤差量Δδ來(lái)控制位移，通常進(jìn)行比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行處理。根據(jù)式(2)，將多自由度雙差觀測(cè)方程的誤差量進(jìn)行四階模態(tài)解算，將GNSS可視衛(wèi)星共同作用下的高精度高靈敏度振動(dòng)形變位移狀態(tài)觀測(cè)量進(jìn)行線性分解，得到Δδ=δexp-δ=(Δδ點(diǎn)頭Δδ搖頭Δδ側(cè)滾Δδ沉浮Δδ橫移Δδ縱向)。其中，Δδ點(diǎn)頭、Δδ搖頭、Δδ側(cè)滾、Δδ沉浮、Δδ橫移和Δδ縱向分別表示六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)GNSS觀測(cè)位移監(jiān)測(cè)誤差。

結(jié)合式(2)、(3)和(4)，對(duì)n階GNSS多自由度雙差進(jìn)行降階和線性化修正，得到：

(5)

式中，λL1為GNSS的L1波段。

磁浮軌道梁一階固有頻率與磁浮列車荷載主頻之間發(fā)生共振，會(huì)使得磁浮列車與軌道梁之間產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，形成形變位移。高靈敏度位移研究中，往往引入不平順系數(shù)來(lái)反映橫向?qū)蜷g隙與縱向懸浮間隙。由于磁浮列車與軌道梁面非接觸，橫向?qū)蜷g隙的影響較小?？v向懸浮間隙最大值，就是磁浮振動(dòng)形變位移的最大值。

基于圖1和式(4)，位移監(jiān)測(cè)主點(diǎn)、從點(diǎn)A和從點(diǎn)B共同構(gòu)建的軌道梁振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)面上GNSS接收周期采用100 Hz，如圖2所示。GNSS采集數(shù)據(jù)直接表達(dá)了磁浮軌道梁在現(xiàn)場(chǎng)綜合環(huán)境下的靜態(tài)振動(dòng)形變情況，基本處于亞毫米級(jí)。經(jīng)過(guò)式(4)和式(5)的解算，磁浮軌道梁振動(dòng)形變相對(duì)位移基本與靜態(tài)振動(dòng)形變情況相當(dāng)。圖2中獲取了一個(gè)尖峰值，完全對(duì)應(yīng)了磁浮列車在該時(shí)刻正在行車試驗(yàn)，驗(yàn)證了在磁浮列車進(jìn)過(guò)軌道梁振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)面時(shí)，實(shí)時(shí)引起了亞厘米級(jí)的振動(dòng)形變位移。

圖2 軌道梁振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)示例

從軌道梁受到振動(dòng)形變的六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)分析與解算，提取GNSS觀測(cè)位移，根據(jù)軌道梁縱向矢量及其位移作為觀測(cè)值來(lái)考察磁浮列車及其軌道梁在行車時(shí)的地基沉降情況。如圖3所示。位移監(jiān)測(cè)主點(diǎn)、從點(diǎn)A和從點(diǎn)B三者構(gòu)成的測(cè)量平面，兩點(diǎn)間間距均是1米，屬于超短測(cè)量基線，縱向矢量位移處于1.50～2.00毫米之間，振動(dòng)形變位移相對(duì)值趨于平順。

圖3 縱向矢量振動(dòng)形變解算

根據(jù)圖1所示磁浮軌道梁振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)面上位移監(jiān)測(cè)主點(diǎn)、從點(diǎn)A和從點(diǎn)B共同構(gòu)建的多自由度雙差觀測(cè)解算和監(jiān)測(cè)面縱向矢量位移相對(duì)值，將24 m軌道梁進(jìn)行連續(xù)四階垂向模態(tài)分析。如圖4所示，磁浮軌道梁的第一階模態(tài)為垂向彎曲，二階模態(tài)為橫向彎曲，三階模態(tài)和四階模態(tài)均為垂向彎曲。在高速磁浮試驗(yàn)線中，磁浮列車運(yùn)行過(guò)程中的軌道梁一般不會(huì)出現(xiàn)高階彎曲變形。

圖4 連續(xù)四階垂向模態(tài)

4 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

磁浮列車的相關(guān)測(cè)試可以圍繞整體運(yùn)行步驟來(lái)進(jìn)行，定義采樣頻率為1 000 Hz。以車頭左前方電磁鐵為例進(jìn)行說(shuō)明，針對(duì)車輛及軌道梁不同部位振動(dòng)以及耦合間隙(懸浮間隙)進(jìn)行結(jié)果分析。為了保證實(shí)驗(yàn)不受其它變量因素干擾，順利獲取影響車軌耦合和平穩(wěn)性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)的各個(gè)測(cè)點(diǎn)選取考慮了：(1)符合以往結(jié)構(gòu)分析資料；(2)符合車輛與道岔鋼梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；(3)在實(shí)驗(yàn)最高時(shí)速80 km/h運(yùn)行和時(shí)速40 km/h運(yùn)行下獲取磁鐵相關(guān)振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比及其懸浮間隙變化如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集位置

如圖6～7所示，隨著運(yùn)行速度的提高，電磁鐵振動(dòng)幅值明顯提高，從頻域圖可以看出，在高速運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)會(huì)包含更多的高頻成分。而當(dāng)列車運(yùn)行速度進(jìn)一步提高時(shí)(如圖7所示)，可以看出大多數(shù)振動(dòng)成分集中在較低的頻率段內(nèi)，但是振幅較大的成分在180 Hz 和330 Hz 左右仍有分布。究其原因，一方面是由于軌道梁自激振動(dòng)通過(guò)電磁力向上傳遞引起，另一方面是由于速度的增加導(dǎo)致擾動(dòng)頻率上升，振動(dòng)抑制不及時(shí)導(dǎo)致不同頻率的振動(dòng)成分疊加，從而導(dǎo)致高頻成分的增加。

圖6 時(shí)速40 km/h運(yùn)行下電磁鐵振動(dòng)頻譜

圖7 時(shí)速80 km/h運(yùn)行下電磁鐵振動(dòng)頻譜

圖8給出了不同限速下的懸浮狀態(tài)。如圖8所示，當(dāng)列車以40 km/h速度運(yùn)行時(shí)具有較好的平穩(wěn)性，系統(tǒng)能夠保持較好的懸浮性能。然而，當(dāng)列車以時(shí)速80 km/h 速度運(yùn)行時(shí)，雖然在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)仍舊具有較好的懸浮性能，但是經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可能會(huì)出現(xiàn)偶發(fā)性的掉點(diǎn)現(xiàn)象(懸浮間隙達(dá)到落車間隙20 mm)。結(jié)合電磁鐵振動(dòng)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，在面對(duì)高速運(yùn)行所產(chǎn)生的擾動(dòng)疊加效應(yīng)時(shí)當(dāng)前控制性能會(huì)有所下降，一方面會(huì)導(dǎo)致電磁鐵振動(dòng)中的高頻成分有所增加，另一方面會(huì)導(dǎo)致列車產(chǎn)生偶發(fā)性掉點(diǎn)，這表明當(dāng)前懸浮控制系統(tǒng)在面對(duì)高速運(yùn)行環(huán)境所產(chǎn)生的復(fù)合擾動(dòng)時(shí)的控制性能有待進(jìn)一步優(yōu)化。

圖8 不同限速下的懸浮間隙

5 結(jié)束語(yǔ)

高速磁浮軌道梁既是磁浮列車的承重結(jié)構(gòu)，又是驅(qū)動(dòng)磁浮列車的直線電機(jī)定子的附著體。結(jié)合上海軟土地條件，磁浮軌道線路至少存在著六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)而引起的復(fù)雜扭曲與偏轉(zhuǎn)，就是本文研究的多自由度矢量振動(dòng)形變。在開(kāi)放空間的磁浮軌道梁振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)面上設(shè)置GNSS高靈敏與高精度超短基線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得整個(gè)磁浮軌道線獲取磁浮線墩柱動(dòng)態(tài)沉降數(shù)據(jù)。本文提出的研究方法克服了磁浮軌道線局部單點(diǎn)監(jiān)測(cè)的局限，并在階GNSS多自由度雙差進(jìn)行降階和線性化修正后，使得整個(gè)磁浮軌道梁的多階模態(tài)分析就顯得更有工程應(yīng)用意義。同時(shí)，在磁浮列車運(yùn)行時(shí)，由位移監(jiān)測(cè)主點(diǎn)、從點(diǎn)A和從點(diǎn)B構(gòu)建的時(shí)間同步監(jiān)測(cè)單元直接動(dòng)態(tài)捕捉整個(gè)磁浮軌道梁短波數(shù)據(jù)和長(zhǎng)波數(shù)據(jù)，進(jìn)而成為調(diào)整磁浮軌道梁支座高程數(shù)據(jù)和平面數(shù)據(jù)的依據(jù)。以此應(yīng)用于磁浮軌道梁全生命周期振動(dòng)形變監(jiān)測(cè)。

而隨著磁浮列車技術(shù)逐步成熟，在二維車-軌關(guān)系和動(dòng)態(tài)車-軌關(guān)系研究中取得了一些成果，但作為一項(xiàng)新的基礎(chǔ)理論研究，車-軌作用研究尚未形成完整性，系統(tǒng)性的理論成果。在曲面軌道上列車與軌道的相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)十復(fù)雜，二維空間形態(tài)特征顯然無(wú)法反映其三維作用關(guān)系。因此對(duì)于反應(yīng)軌道橋梁的不平順性需要通過(guò)構(gòu)建三維的空間形態(tài)特征及其應(yīng)力形變模型來(lái)表達(dá)磁浮車輛懸浮對(duì)軌道梁面的振動(dòng)與形變的數(shù)學(xué)物理關(guān)系。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，高速磁浮在我國(guó)目前尚不可進(jìn)行達(dá)速實(shí)驗(yàn)。在給定的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景周圍也存在諸多對(duì)于高靈敏實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的影響。監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)當(dāng)中也包含了 “噪聲”，雜質(zhì)等需要在后續(xù)研究中進(jìn)行有效地“數(shù)據(jù)清洗”從而達(dá)到預(yù)測(cè)磁浮列車軌道橋梁振動(dòng)不平順?biāo)鶐?lái)的運(yùn)行影響，提高磁浮列車運(yùn)行線路的整體水平。這也有助于準(zhǔn)確反應(yīng)“車-軌”間三維作用的映射關(guān)系。

本文所提出的高靈敏度監(jiān)測(cè)與應(yīng)用旨在推進(jìn)系統(tǒng)級(jí)智能交通向交通云數(shù)據(jù)方向發(fā)展，對(duì)于無(wú)人駕駛標(biāo)準(zhǔn)的制定與運(yùn)營(yíng)維護(hù)可提供更可靠的數(shù)據(jù)支撐，有效地保證信息服務(wù)在公共安全中得到精準(zhǔn)把控。