J工程建设与设计 沥 丽
卡 尔 曼 滤 波 法 在 斜 拉 桥 换 索 中 的 应 用
Application of Caiman Filtering Method in Cable Replacement of Cable Stayed
Bridge
黎 朝全
(广西新路达交通勘察设计咨询有限公司，广西 崇左 530022)
LI Chao—quan
(GuangxiNew Road Traffic Surveyand DesignConsultingCo．Ltd．，Chongzuo 530022，China)
【摘 要】斜拉桥经过一段时间的运行之后就需要开展换索工程，否则很容易因斜拉索的性能低下使桥成为危桥。采用
卡尔曼滤波法可以有效控制斜拉桥换索过程，使理论模型趋近于实际桥梁结构。论文介绍了卡尔曼滤波的原理，阐述了斜
拉桥换索施工的必要性乖难点，探讨了卡尔曼滤波法在斜拉桥换索工程中的应用。
【Abstract】After a certain period oftime，the cable stayed bridge needs tO be replaced，otherwise it is easy tO make the bridge a
dangerous bridge due to the low performance ofthe cable．The Caiman filter method Can effectively control the cable replacement
process ofcable—stayed bridge，SO that the theoretical model is close to the actual bridge structure ． Firstly，this paper introduces the
principleofCalmanfilter，andthenexpoundsthenecessityanddifficultyofthecable stayedbridgeconstruction，andthendiscussesthe
applicationofthemethodoftheCaimanfilterinthecablestayedbridge．
【关键词】卡尔曼滤波法；斜拉桥；换索
[Keywords]caimanfilteringmethod；cable—stayedbridge；cablereplacement
【中图分类号]U445．7；U448．27 【文献标志码IB 【文章编号】1007．9467(2017)04．0164—03
[DOI]10．13616~．cnki．gcjsysj．2017．04．057
1 引 言
斜拉桥是大跨度桥梁的主要代表。斜拉桥，顾名思义，桥
面是斜拉起来的，具有一定角度，沟通桥面的主要就是直接连
接到塔上的钢缆。斜拉桥梁、斜拉索和塔柱三部分组成 ，因此
形成了别具一格的桥型。目前的斜拉桥材料主要是钢筋混凝
土。这种混凝土斜拉桥多为 20世纪的建筑，随着时间的推移，
斜拉桥的斜拉索可能就会出现质量问题，面临着改进和更换。
斜拉桥是高次超静定结构 ，受到外界环境的影响，桥的结构和
内部作用力会有很大的改变。斜拉桥的换索施工也会面临着
各种问题，既要掌握各个参数，还要对施工进行全程监控 。而
且，每一道工序都有其施工重点和相应的操作指令，一旦指令
有误，将影响全局。通过换索施工确保斜拉桥的整体安全，就
需要以正确的操作指令来严格完成施工任务。因此 ，斜拉桥换
索施工的控制十分必要。
【作者简介】黎朝全(1979一)，男，广西苍梧人，高级工程师，从事斜
拉桥索研究。
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关于斜拉桥的换索施工控制和研究多以理论研究为主 ，
配以计算，再进行事后控制。这种方式主要是通过理论推导卸
索的结构状态 ，这样 ，就可以将计算的结果和实际结果相比
较，如果结果和设计结果保持一致 ，就能够继续施工 ，如果不
一 致就要改变施工措施。不过，受到实际情况的影响，一些斜
拉桥的实际桥梁工作状态无法实现模拟操作和还原 ，而且由
于年久失修 ，设计图纸早巳不健全，不确定因素居多，所以，在
很多斜拉桥的换索施工中存在很大的不确定性，更难以有效
保证斜拉桥在施工过程中的安全性。为了使换索后的线型与
内力保持合理 ，本文以某斜拉桥工程为例 ，结合卡尔曼滤波法
对斜拉桥换索工程进行合理的控制，在保证实际结构受力与
理论相一致的情况下，结合实际情况开展施工控制，保障斜拉
桥的安全。
2 卡 尔 曼 滤 波 概 述
20世纪 60年代 ，卡尔曼教授提出了滤波与控制理论 ，该
理论之所以十分流行 ，主要就是因为其在登月工程中取得了
成功，因此才会广泛应用到许多领域之中。卡尔曼教授的理论
适用于导航、机械加工等重要的工程领域，主要原因是可以对
结构施工中的实践与理论不一致问题进行科学、合理的处理。
卡尔曼滤波法主要是从噪声污染的信号中提取真实的信号 ，
通过该信号估量系统真实状态，提取有用的信息，从而对系统
进行合理控制。
卡尔曼滤波利用线性系统状态方程，其算法参照这样的
方程 ，输入必要的观测数据，再对系统进行估计，这种估计通
过数据得到了进一步优化。这些数据包含了系统中的噪声和
干扰的影响，所以 ，估计的优化过程也可近似做是滤波过程。
卡尔曼滤波器主要由斯坦利·施密特实现。在阿波罗飞船的导
航电脑中应用了卡尔曼滤波器，因此，其作用不可小觑。数据
滤波有助于去除噪声，对数据进行还原，其在测量方差已知的
情况下从噪声中抽丝剥茧，进行动态系统状态的估计。卡尔曼
滤波还能够对现场数据进行更新，因此，卡尔曼滤波是目前应
用最为广泛的滤波方法。
卡尔曼滤波的主要特点是
卡尔曼滤波法在斜拉桥换索中的应用（论文）.pdf
