Accurate measurement of dynamic displacement is important for the structural health monitoring and safety assessment of supertall structures. However, the displacement of a supertall structure is difficult to be accurately measured using the conventional methods because they are either inaccurate or inconvenient to be set up in practice. This study provides an accurate and economical method to measure dynamic displacement of supertall structures accurately by fusing acceleration and strain data, which are generally available in the structural health monitoring system. Dynamic displacement is first derived from the measured longitudinal strains based on geometric deformation without requiring mode shapes. An optimization technique is utilized to optimize the deployment of strain sensors for achieving more accurate strain-derived displacement. The strain-derived displacement is then combined with measured acceleration via a multi-rate Kalman filtering approach. Applications to a numerical supertall structure and a laboratory cantilever beam verify that the proposed method accurately estimates displacement including both high-frequency and pseudo-static components, under different noise cases and sampling rates. A full-scale field test on the 600 m-high Canton Tower is implemented to validate the applicability of the proposed method to real supertall structures. Error analysis demonstrates that the data fusion displacement is more accurate than the global position system-measured displacement in the time and frequency domains.

中文翻译：

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使用加速度和应变传感器对梁状超高层结构进行动态位移测量的多速率数据融合

动态位移的准确测量对于超高层结构的结构健康监测和安全评估非常重要。然而，使用传统方法难以准确测量超高层结构的位移，因为它们在实践中要么不准确，要么不方便设置。本研究提供了一种通过融合加速度和应变数据来准确测量超高层结构动态位移的准确且经济的方法，这些数据通常在结构健康监测系统中可用。动态位移首先从基于几何变形测量的纵向应变中推导出来，而不需要振型。利用优化技术来优化应变传感器的部署，以实现更准确的应变衍生位移。然后通过多速率卡尔曼滤波方法将应变导出的位移与测量的加速度相结合。数值超高结构和实验室悬臂梁的应用验证了所提出的方法在不同的噪声情况和采样率下准确估计了包括高频和伪静态分量在内​​的位移。在 600 米高的广州塔上进行了全尺寸现场测试，以验证所提出的方法对真实超高层结构的适用性。误差分析表明，数据融合位移在时域和频域上比全球定位系统测量的位移更准确。数值超高结构和实验室悬臂梁的应用验证了所提出的方法在不同的噪声情况和采样率下准确估计了包括高频和伪静态分量的位移。在 600 米高的广州塔上进行了全尺寸现场测试，以验证所提出的方法对真实超高层结构的适用性。误差分析表明，数据融合位移在时域和频域上比全球定位系统测量的位移更准确。数值超高结构和实验室悬臂梁的应用验证了所提出的方法在不同的噪声情况和采样率下准确估计了包括高频和伪静态分量的位移。在 600 米高的广州塔上进行了全尺寸现场测试，以验证所提出的方法对真实超高层结构的适用性。误差分析表明，数据融合位移在时域和频域上比全球定位系统测量的位移更准确。在 600 米高的广州塔上进行了全尺寸现场测试，以验证所提出的方法对真实超高层结构的适用性。误差分析表明，数据融合位移在时域和频域上比全球定位系统测量的位移更准确。在 600 米高的广州塔上进行了全尺寸现场测试，以验证所提出的方法对真实超高层结构的适用性。误差分析表明，数据融合位移在时域和频域上比全球定位系统测量的位移更准确。