[發明專利]一種基于時間序列符號化的結構損傷識別系統與識別方法

有效

• 申請號: 201410092625.5
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103868747A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 李榮帥;龔劍
• 申請（專利權）人: 上海建工集團股份有限公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及大型土木工程結構物健康監測技術領域，特別涉及一種基于時間序列符號化的結構損傷識別系統與識別方法。

背景技術

隨著使用時間的加長以及不確定災害事件的影響，土木工程結構在使用過程中會出現不同程度的損傷。若不及時發現，長期的損傷積累必將對結構的安全帶來極大的影響，造成不必要的人員及財產損失，因此，及時識別結構損傷便具有十分重要的意義。

結構健康監測（StructuralHealthMonitoring，簡稱SHM）是利用現場的無損傳感技術，通過包括結構響應在內的結構系統特性分析，達到檢測結構損傷或退化的目的。具體來講，結構系統特性可以通過分析結構物理參數與結構動力特征的變化來研究，如基于固有頻率的變化、振型變化、柔度變化、剛度變化、傳遞函數變化、統計信息以及功率流的變化等。上述結構健康監測方法都需要即時獲取結構同一位置上不同時間測量的振動時程數據，并將其傳輸至服務器，服務器對上述振動時程數據進行復雜變換求取結構的物理參數或者結構動力特征，而識別結構是否發生了損傷還需要專業技術人員的人工判斷。

可見，目前基于振動的結構健康監測方法存在數據量大，計算復雜和易漏報等缺點，不能即時識別結構損傷的發生；另外，上述結構健康監測方法在實際應用過程中，由于識別精度嚴重依賴于傳感器和解釋算法，而傳感器的抗噪聲性能又很差，導致監測的時程加速度數據不準確，影響了結構損傷的正確識別。

發明內容

針對現有的結構健康監測方法存在數據量大，計算復雜和易漏報等缺點，不能即時識別結構損傷的發生，且傳感器抗噪性能差而影響判斷結果的問題。本發明的目的是提供一種基于時間序列符號化的結構損傷識別系統與識別方法，減小了系統功能單元間的數據傳輸量，提高了數據傳輸速度，并保證結構所有異常狀態均可被識別，杜絕了漏報現象，保證了判斷結果的準確性。

本發明解決其技術問題所采用的基于時間序列符號化的結構損傷識別系統包括：

數據采集單元一，用于采集所述結構健康狀態時的加速度時程數據；

數據處理單元一，用于根據結構健康狀態下的所述加速度時程數據生成結構非健康狀態序列柱狀圖；

檢測單元，用于存儲所述結構非健康狀態序列柱狀圖并形成檢測器集；

數據采集單元二，用于采集當前待監測結構的實時加速度時程數據；、

數據處理單元二，用于將所述實時加速度時程數據處理生成實時狀態序列柱狀圖；

判斷單元，用于判斷所述當前待監測結構的健康狀態；

輸出單元，用于輸出所述判斷單元的判斷結果。

優選的，所述數據處理單元一還包括，

圖形生成單元，用于將結構健康狀態下的所述加速度時程數據處理生成結構健康狀態序列柱狀圖；

反向選擇單元，用于在所述結構健康狀態序列柱狀圖的基礎上生成結構非健康狀態序列柱狀圖。

本發明還提供了一種基于時間序列符號化的結構損傷識別方法，步驟如下：

步驟一：收集所述結構非健康狀態序列柱狀圖并儲存；

步驟二：獲取所述當前待監測結構的實時加速度時程數據并處理生成所述實時狀態序列柱狀圖；

步驟三：判斷所述實時狀態序列柱狀圖與所述結構非健康狀態序列柱狀圖是否匹配，當判斷結果為是時，表示所述當前待監測結構有損傷，當判斷結果為否時，表示所述當前待監測結構為健康狀態。

優選的，所述步驟一中，所述結構非健康狀態序列柱狀圖通過如下步驟生成：

步驟a：在健康結構的關鍵疲勞構件上布設加速度傳感器，采集健康結構的加速度時程數據；

步驟b：利用時間序列符號化處理程序對經步驟a獲得的所述加速度時程數據進行分析，提取結構健康狀態序列柱狀圖作為結構狀態參數；

步驟c：基于所述步驟b生成的所述結構健康狀態序列柱狀圖，通過反向選擇算法在所述結構健康狀態序列柱狀圖的基礎上生成所述結構非健康狀態序列柱狀圖，并儲存于所述檢測單元形成檢測器集。

優選的，將所述加速度時程數據處理生成狀態序列柱狀圖的步驟如下：

步驟1：建立所述加速度時程數據的正弦曲線；

步驟2：將所述加速度時程數據離散化，并將離散化的數據轉換成二進制符號序列；

步驟3：將所述二進制符號序列按設定位數長度轉換為二進制狀態；

步驟4：將每個所述二進制狀態轉換為十進制狀態，并形成十進制狀態序列；

步驟5：統計所述十進制狀態序列出現的頻率生成所述狀態序列柱狀圖。