[發明專利]一種基于基函數表示和稀疏正則化的橋梁影響線識別方法

有效

• 申請號: 201810576740.8
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108920766B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 陳志為;楊維彪
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;李艾華

本發明公開了一種基于基函數表示和稀疏正則化的橋梁影響線識別方法，方法包括：(1)構造影響線識別的數學模型；(2)建立影響線的基函數表示形式；(3)基于曲率的影響線節點自適應優化；(4)基于稀疏正則化的影響線識別。本發明方法利用移動車輛與其引起橋梁響應的實測信息，結合基函數表示與稀疏正則化，可有效改善影響線識別對于測量噪聲等誤差過于敏感的不足，識別精度較高，具備后續工程應用的良好潛力；相比傳統方法，該方法可直接基于實測的橋梁動響應數據識別影響線，簡單且快捷，可用于橋梁關鍵指標的實時監測；并可有效抑制影響線解中不符合物理意義的波動，提高了影響線識別的精度。

技術領域

本發明涉及結構安全性檢測領域，具體涉及一種基于基函數表示和稀疏正則化的橋梁影響線識別方法。

背景技術

交通運輸行業最新統計數據顯示，我國有80.53萬座公路橋，其中特大橋梁4257座，大橋8.62萬座，中小橋梁71.94萬座。橋梁影響線是橋梁結構的固有特性，表示單位力作用在橋梁不同位置引起的結構內力變化或響應。橋梁影響線已成功應用于動態稱重、模型修正、損傷識別與狀態評估等領域，但實現這些應用的前提是橋梁影響線能夠被快速準確地獲取。目前，獲取橋梁影響線可以通過靜態測試或動態測試。靜態測試方法，例如通過逐點靜態加載的遞歸試驗法，可提供每個加載點的精確響應，但加載點個數決定了影響線精度，且試驗費時費力，限制了該方法的實際工程應用，研究也較少。基于實測的移動車輛和同步的橋梁響應信息，通過矩陣求解識別橋梁影響線，是一種動態測試的方法。該類方法對正常交通影響小，可適用于運營橋梁安全性的實時監測，故得到了廣泛關注。

近些年來，國內外已經有多個課題組陸續開展基于動態測試識別橋梁影響線的研究。由于直接識別影響線的連續曲線難度較大，通常在識別算法中引入假定加以簡化。其中一種簡化，是將其轉為識別影響線上對應不同離散點位置的影響線因子，通常這些因子被假定成不相關或弱相關，故由識別的影響線因子所組成的影響線常表現出較大的波動性；另外一類簡化方法是先假定待識別影響線的函數形式，通過識別函數系數，進而識別影響線。該方法可識別縱向均勻剛度、邊界條件較簡單的橋梁影響線，求得的影響線較光滑，更符合影響線的物理意義。但是，鑒于實際橋梁普遍存在縱向剛度不均勻、邊界條件復雜的情況，導致不同類型或輸出位置的橋梁影響線形狀各異，同一條影響線不同區間的曲線特性(如斜率、曲率)也可能差異顯著。另外，結構受損可引起局部剛度改變，新狀態下的影響線形狀也很可能顯著不同于其初始狀態。考慮到影響線形狀多樣且識別前未知其確切形狀，故通常難以用某一種確定的曲線函數形式表示影響線。因此，構造一種能反映影響線多樣化形狀的曲線函數表示形式，是需要妥善解決的關鍵問題。

通過已有的影響線識別研究，發現采用動態測試方法獲取的實測響應不可避免受到行駛車輛的動力效應以及其他動荷載的干擾，無形中增加了影響線精確識別的難度。避免影響線識別對于測量噪聲等干擾因素過于敏感，妥善處理反問題求解的不適定性是另外一個關鍵問題。在數學上，可以用變換拓撲度量、增加信息等方法改善參數識別反問題的不適定性。稀疏正則化(或稀疏約束正則化)是近年來提出的處理不適定問題的新方法。該方法采用l₁-范數作為罰項，要求解滿足稀疏性，即空間域內解的序列大部分為零(近似為零)，或者解在空間域內的正交基或框架下具有稀疏的表示。得益于Candes和Donoho提出的壓縮感知理論，科學地解釋了基于稀疏正則化可妥善處理不適定問題的原因。該理論證明了若某個變換域中的信號具有稀疏性，只需對信號進行少量采樣，通過對l₁-范數極小化的優化求解，便可高概率地重建原信號。l₁-范數的極小化可通過內點法、迭代收縮閥值算法、分離近似法優化求解。目前，已有學者應用稀疏正則化方法解決土木工程及工程力學領域的難點問題，如損傷識別、荷載識別、數據修復等。