橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中安全評價環(huán)節(jié)的差錯控制研究.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)的安全問題一直都被學術(shù)界和工程界高度重視,而結(jié)合信息技術(shù)和力學理論的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù),由于能實時在線診斷橋梁結(jié)構(gòu)的早期故障、及時發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的事故先兆,成為了替代傳統(tǒng)的橋梁現(xiàn)場人工荷載試驗方法的一個理想手段。迄今為止,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)都圍繞信息獲取與安全評價兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展研究,并取得了一些進展。但是,由于系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)在采集、傳輸過程中受諸多因素影響,橋梁的復(fù)雜性和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的復(fù)雜性使得原始數(shù)據(jù)不可避免地會產(chǎn)生

2、失真與變異,最終將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤的診斷結(jié)果,系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的可靠性就成為橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的一個亟待解決的關(guān)鍵問題。原始數(shù)據(jù)的可靠性問題由于涉及到信息技術(shù)與結(jié)構(gòu)工程兩大學科領(lǐng)域,且是兩大學科交叉上的薄弱點,因此,它成了當前制約橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸問題。針對這一問題,本文結(jié)合國家科技部863項目(2006AA04Z433)和國家科技攻關(guān)計劃引導(dǎo)項目(2002BA105C),在深入分析橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)失真的表現(xiàn)形

3、式和特點基礎(chǔ)上,引入數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的差錯控制思想和概念,完成了以下幾方面研究:①以混凝土斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)橋為代表,詳盡分析橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要影響因素,以此建立橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的響應(yīng)函數(shù),從而揭示了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)失真表現(xiàn)形式和基本特點,并形式化描述和說明了單點數(shù)據(jù)失真和連續(xù)數(shù)據(jù)段失真兩種基本數(shù)據(jù)失真形式,探討了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)失真問題復(fù)雜性的原因;②針對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)健康監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)失真問題在信息獲取環(huán)節(jié)、安全評價環(huán)節(jié)孤立處

4、理的現(xiàn)狀,引入數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域數(shù)據(jù)差錯控制的基本思想,分析其差錯控制的內(nèi)涵和機制,由此而建立橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)差錯控制理論基礎(chǔ),構(gòu)造差錯控制的檢錯模型和糾錯模型,及橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)幾個單元的差錯控制機制;③數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性是橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)健康監(jiān)測系統(tǒng)中差錯控制技術(shù)研究的基礎(chǔ),從橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)出發(fā),分析了橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間的關(guān)聯(lián)性,給出了橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間關(guān)聯(lián)定義及關(guān)聯(lián)的幾種表現(xiàn)形式,并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘理論和信號與系統(tǒng)相關(guān)理論,建立了關(guān)聯(lián)度模型

5、來定量描述橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間的關(guān)聯(lián)特性;④以橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間的關(guān)聯(lián)性為基礎(chǔ),針對橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)安全環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)失真的兩種表現(xiàn)形式——單點數(shù)據(jù)失真和連續(xù)失真數(shù)據(jù)段,結(jié)合信息學科中數(shù)據(jù)信號處理在數(shù)據(jù)失真識別上已經(jīng)取的成果,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的失真的特點,提出了實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中安全評價環(huán)節(jié)差錯控制的方法:a.基于關(guān)聯(lián)穩(wěn)態(tài)模型方法和數(shù)據(jù)變化趨勢方法來識別單點失真數(shù)據(jù),和基于關(guān)聯(lián)度模型來識別連續(xù)失真數(shù)據(jù)段的方法;b.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)

6、絡(luò)模型和基于趨勢曲線來恢復(fù)失真數(shù)據(jù)的方法;最后,根據(jù)本課題取得的研究理論成果制定了差錯控制軟件體系和軟件流程,開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng),并以重慶馬桑溪長江大橋橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)等實際系統(tǒng)為對象進行了實驗驗證,對軟件差錯控制的效果進行了分析和評價。結(jié)果表明:將數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的差錯控制思想引入橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng),從系統(tǒng)高度建立橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的差錯控制理論,有望全面解決系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)失真問題,提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性;結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和信號與系統(tǒng)理