Detecção e análise de movimentação estrutural a partir dos efeitos do multicaminho GNSS

Abstract

Nos últimos anos o número de tragédias devido a colapsos estruturais tem aumentado significativamente. Prédios, barragens, pontes, chegam a um ponto crítico de resistência causando riscos de perdas materiais, humanas e ambientais. Por esse motivo, se vê a necessidade da utilização de métodos que possam verificar a movimentação estrutural, de modo a monitorar e prevenir tais acontecimentos. O GNSS (Global Navigation Satellite Systems) tem grande destaque no monitoramento estrutural, porém o mesmo apresenta limitação quanto à instalação de receptores em algumas estruturas, devido ao estado da mesma ou pelo grau de complexidade para a instalação. Neste sentido, pesquisas que investigam a possibilidade de detecção de movimentação estrutural a partir do multicaminho e análise em multiescala wavelets têm surgido na literatura. Essa dissertação busca estender as pesquisas anteriormente iniciadas, com o objetivo de averiguar a capacidade de detecção da movimentação estrutural por meio do efeito do multicaminho. Para tal, foi realizado um experimento de campo visando simular três diferentes movimentações (deslocamento, inclinação e rotação) com diferentes magnitudes, as quais são mais comuns em estruturas de grande porte. A metodologia proposta compara as séries temporais do multicaminho por meio de três métodos de análise (Resíduos Brutos, Análise Wavelet e Média Móvel), a fim de verificar a repetibilidade do efeito, uma vez que detectada alteração no padrão das séries temporais, pode-se afirmar que houve movimentação na estrutura. Nos resultados comprovou-se que a Análise Wavelet foi mais eficiente na detecção de movimentação, já que essa técnica permite uma melhor identificação do efeito do multicaminho proveniente da estrutura, sendo possível detectar até 1 cm de deslocamento e 1° de inclinação e rotação com uma porcentagem de acerto de até 83,33%, 60% e 75%, respectivamente.

In recent years, tragedies resulting from structural collapse have increased significantly. Usually, these collapses occur when the structures (buildings, dams, bridges) reach the critical point of resistance, causing material, environmental and life losses. For this reason, it is essential to develop methods that can verify structural movement, making possible to monitor and prevent such events. The GNSS (Global Navigation Satellite Systems) has a great prominence in structural monitoring. However, it has limitation regarding the installation of receivers in some structures, due to the structural state or even the complexity degree. In this sense, in this research we intend to continue previously developed studies, aiming to verify the capability of detecting structural movements based on the multipath effect. In the experiments, we built an experimental field and simulated three different movements (displacement, inclination and rotation) with different magnitudes, which are common in large structures. The proposed method compares the multipath time series considering three analysis approaches: Raw Residues, Wavelet Analysis and Moving Average. These approaches enable to verify the repeatability of the effect. The occurrence of changes in the time series pattern can indicates that movement has occurred in the structure. The results showed that Wavelet Analysis was more efficient in detecting movement, presenting a better identification of the multipath effect, being possible to detect up to 1 cm of displacement and 1° of inclination and rotation with a hit percentage of up to 83.33%, 60%, and 75%, respectively.