In this thesis, we propose a dynamic displacement estimation method for large-scale civil infrastructures based on two-stage Kalman filter and heuristic drift reduction technique. When measuring displacement at a large-scale infrastructures, a displacement sensor have a long measurement distance and limited selections of sensor installation location. RTK-GNSS, therefore, has played a role as the only applicable displacement sensor on civil infrastructures practically due to these limitations. However, RTK-GNSS has a low sampling frequency of 10 Hz, and often suffers from its low stability affected by the number of satellites, location, and surrounding environment. The proposed method combines RTK-GNSS and accelerometer data to estimate the dynamic displacement of the structure with higher precision and accuracy than those of RTK-GNSS, and 100 Hz sample frequency. In the proposed technique, the accuracy of RTK-GNSS displacement measurement is improved by removing the low-frequency noise of RTK-GNSS through the heuristic drift reduction technique proposed in this paper. Then, using the displacement estimated by the heuristic deviation elimination technique, the velocity measured by GNSS, and the acceleration measured with the accelerometer are combined in a two-stage Kalman filter to estimate the dynamic displacement with high accuracy and high sampling frequency. The proposed dynamic displacement estimation technique was verified by lab-scale experiments and field application tests at various long-span bridges such as Youngjong Bridge and Yi Sun-Sin Bridge.
본 논문에서는 이단계 칼만필터와 휴리스틱 편이제거기법을 기반으로 한 대형 사회기반 구조물의 동적변위 산정 기법을 제안한다. 대형 사회기반 구조물에서는 긴 계측거리, 한정된 센서 설치위치 때문에 사실상 RTK-GNSS가 유일하게 적용가능한 센서다. 그러나 RTK-GNSS는 10 Hz의 낮은 샘플주파수와 1 cm 수준의 낮은 정밀도, 정확도 뿐 아니라, 위성의 개수, 위치, 주변환경에 영향을 받으므로 신뢰도가 낮다. 제안기법은 RTK-GNSS와 가속도계에서 계측한 데이터를 융합하여 RTK-GNSS보다 더 우수한 정밀도, 정확도와 100 Hz의 샘플주파수로 구조물의 동적변위를 산정하며, 크게 두 단계의 과정을 거친다. (1) 본 논문에서 제안한 휴리스틱 편이제거기법을 통해 RTK-GNSS의 저주파 대역 잡음을 제거해 RTK-GNSS 변위 계측치의 정확도를 높인다. (2) 이단계 칼만필터를 통해 RTK-GNSS에서 계측된 속도, 휴리스틱 편이제거기법을 통해 정확도가 향상된 변위와 가속도, 가속도계에서 계측된 가속도를 융합하여 동적변위를 높은 정확도와 샘플링 주파수로 산정한다. 제안된 동적변위 산정기법은 실험실 규모 실험과 영종대교, 이순신대교 등 다수의 현장적용실험을 통해 그 성능을 검증하였다.
