孫佳++桂宇貴++吳杰++張珂

摘 要：近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，對高空作業(yè)設(shè)備采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行安全監(jiān)測受到了安全監(jiān)管部門和設(shè)備制造企業(yè)的廣泛關(guān)注。采用氣壓高度計(jì)獲取高度數(shù)據(jù)是一種常見的選擇形式，但氣壓高度計(jì)在測量過程中受多種因素的影響使其存在一定的測量誤差，導(dǎo)致高度數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確。通過分析氣壓高度計(jì)測量過程中的氣壓與高度之間的轉(zhuǎn)換原理及產(chǎn)生主要誤差的原因，發(fā)現(xiàn)氣壓高度計(jì)測量誤差主要來源于原理誤差以及測量元件引起的誤差，基于誤差修正理論考慮誤差來源并處理對應(yīng)測量誤差。采用行之有效的修正方法來提高氣壓高度計(jì)的測量精度，為在氣壓高度計(jì)應(yīng)用中降低高度數(shù)據(jù)測量誤差提供一種可靠的解決方案。

關(guān)鍵詞：氣壓高度計(jì)；誤差分析；修正方法；測量誤差

中圖分類號：O17；TP202+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-03

0 引 言

高處作業(yè)設(shè)備施工高度是指平臺重心在空中距某一基準(zhǔn)平面的垂直距離，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，超過兩米以上的空中作業(yè)即為高處作業(yè)，因此遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行高度對眾多高處作業(yè)設(shè)備意義重大。根據(jù)所選測量基準(zhǔn)面的不同，施工高度可分為標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度、絕對高度以及相對高度三種。標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度以標(biāo)準(zhǔn)海平面為基準(zhǔn)，絕對高度以實(shí)際海平面為基準(zhǔn)，相對高度以高處作業(yè)平臺施工時(shí)建筑物的地平面為基準(zhǔn)[1，2]。目前工程中常用氣壓高度計(jì)對高處作業(yè)設(shè)備的絕對高度進(jìn)行測量，并通過兩次測量來計(jì)算高處作業(yè)設(shè)備的相對作業(yè)高度。氣壓高度計(jì)利用壓力傳感器采集平臺所處高度的氣壓數(shù)據(jù)，經(jīng)微處理器中的氣壓高度轉(zhuǎn)換算法將氣壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高度數(shù)據(jù)輸出。

1 氣壓高度計(jì)原理性誤差分析及修正

1.1 氣壓高度轉(zhuǎn)換原理

設(shè)定地球表面的大氣層相對地球沒有水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，即相對地球?yàn)殪o止大氣時(shí)，在大氣層任一高度取一微型空氣柱，橫截面積為ds，高度為dh。假設(shè)該微型空氣柱的上底面承受的大氣壓力為Ps，下底面承受的大氣壓力為Ps+dPs，空氣柱的重量為G，上底面的大氣溫度為T，高度為h；下底面的大氣溫度為Tb，高度為hb，微型空氣柱的受力示意圖如圖1所示。

因計(jì)算時(shí)大氣層為靜止大氣，根據(jù)靜力學(xué)平衡方程可得：

2.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差修正算法

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種具有三層或三層以上神經(jīng)元的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括輸入層、中間層（隱層）和輸出層。上下層之間實(shí)現(xiàn)全連接，而每層神經(jīng)元之間無連接。當(dāng)一對學(xué)習(xí)樣本提供給網(wǎng)絡(luò)后，神經(jīng)元的激活值從輸入層經(jīng)各中間層向輸出層傳播，在輸出層的各神經(jīng)元獲得網(wǎng)絡(luò)的輸入響應(yīng)。之后按照減少目標(biāo)輸出與實(shí)際輸出之間誤差的方向，從輸出層反向經(jīng)各中間層回到輸入層，從而逐層修正連接權(quán)值，這種算法被稱為“誤差反向傳播方法”，即BP算法。隨著這種誤差逆向的傳播修正不斷進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)對輸入模式響應(yīng)的正確率也不斷上升[10，11]。采用動(dòng)量梯度下降算法訓(xùn)練BP網(wǎng)絡(luò)，選用經(jīng)過5點(diǎn)3次平滑處理后的上行和下行高度測量數(shù)據(jù)為BP網(wǎng)絡(luò)的輸入值，目標(biāo)輸出值為理想高度值，訓(xùn)練顯示間隔為50次，學(xué)習(xí)步長為0.05，最大訓(xùn)練次數(shù)為300，最大均方差為1×10-5，通過相關(guān)軟件編寫算法程序，可得如圖3所示的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正效果對比曲線。

由圖3可知，經(jīng)過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正后的高度測量曲線較上行高度測量曲線、下行高度測量曲線更接近于平臺實(shí)際高度曲線，修正后的測量值與實(shí)際值之間波動(dòng)變??；BP修正絕對誤差最大值為0.300 7 m，遠(yuǎn)小于上行絕對誤差最大值1.2 m以及下行絕對誤差1.96 m，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

3 結(jié) 語

本文對實(shí)際海平面與標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣狀況不同時(shí)造成的氣壓高度計(jì)原理性誤差進(jìn)行了分析和修正，采用5點(diǎn)3次平滑法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)通過構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正算法模型對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理。結(jié)果表明，處理后的測量數(shù)據(jù)的絕對誤差最大值為0.300 7 m，遠(yuǎn)小于處理前測量數(shù)據(jù)的絕對誤差最大值1.96 m。減小了由測量元件引起的誤差對氣壓高度計(jì)測量結(jié)果的影響，為氣壓高度計(jì)在高處作業(yè)設(shè)備的高度測量中提高測量精度提供了一種有效的方法。

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