[發(fā)明專利]一種基于模糊聚類分析的橋梁狀態(tài)判別方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010734003.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN111881502A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏永逸;楊國(guó)靜;陳克堅(jiān);曾永平;宋曉東;鄭曉龍;周川江;陳星宇;徐昕宇;陶奇;蘇延文;董俊;龐林;劉力維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23;G06K9/62
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 范文苑

本發(fā)明提供的一種基于模糊聚類分析的橋梁狀態(tài)判別方法，本方法利用了模糊聚類分析的模糊特性，可以很好的適應(yīng)損傷發(fā)生的模糊特點(diǎn)，且在進(jìn)行損傷識(shí)別的時(shí)候，不需要用健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立基準(zhǔn)或判定閾值，直接通過聚類分析后的結(jié)果，觀察兩個(gè)數(shù)據(jù)集是否被劃分到了兩個(gè)不同的類中即可判定損傷的發(fā)生，避免了現(xiàn)有方法以兩組健康狀態(tài)數(shù)據(jù)建立基準(zhǔn)時(shí)，由于健康狀態(tài)數(shù)據(jù)的選取不當(dāng)造成基準(zhǔn)變化和較大差異的問題，更有甚者建立的基準(zhǔn)淹沒了結(jié)構(gòu)的損傷，相較于現(xiàn)有技術(shù)更具有實(shí)用性，適用性廣泛，具有重大的推廣意義與應(yīng)用前景，具有重大的推廣意義與應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于模糊聚類分析的橋梁狀態(tài)判別方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，橋梁規(guī)模不斷壯大，結(jié)構(gòu)形式日益多樣。但橋梁結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)營(yíng)過程中受到環(huán)境、長(zhǎng)期服役和結(jié)構(gòu)自身老化因素的影響，會(huì)發(fā)生各種病害，影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常工作，需要對(duì)其建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲取結(jié)構(gòu)的各種特性參數(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行診斷，對(duì)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)有效的對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警，保障運(yùn)營(yíng)安全。

現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)損傷判別方法，通常有兩類方法：一種是基于有限元模型的方法，另一種是基于數(shù)據(jù)的方法。其中基于數(shù)據(jù)的方法，以時(shí)間序列模型為主，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)本身通過統(tǒng)計(jì)、時(shí)頻域轉(zhuǎn)換、特征提取等多種方式獲取損傷敏感指標(biāo)和結(jié)構(gòu)特性參數(shù)，獲得模型的系數(shù)和殘差，然后以健康狀態(tài)(未損狀態(tài))下的指標(biāo)為基準(zhǔn)，通過以健康狀態(tài)的損傷指標(biāo)為閾值，和待判別狀態(tài)下的系數(shù)或殘差定義一個(gè)距離(如通常的歐氏距離、馬氏距離等)計(jì)算損傷之別，來判定結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)損傷，這實(shí)際上是一種確定性的判別方法。但由于模型的系數(shù)和殘差跟結(jié)構(gòu)的固有特性有關(guān)，因此存在如下問題：1、對(duì)于同樣的模型系數(shù)，不同的距離測(cè)量方式處理后，損傷判別的結(jié)果可能不同，因此盡量要對(duì)原始數(shù)據(jù)處理，或采用一種標(biāo)準(zhǔn)的方法；2、損傷的發(fā)生并不一定是一個(gè)突變或者確定的，確定性的閾值判別方法會(huì)出現(xiàn)漏判和誤判。3、這種確定的閾值方法一般都需要兩組健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)來建立基準(zhǔn)，不能直接用于區(qū)分兩種測(cè)試狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的橋梁損傷狀態(tài)判別方法是基于確定性的閾值方法，難以適用于結(jié)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)變是模糊的或者說損傷的出現(xiàn)是不確定的情況的上述不足，提供一種基于模糊聚類分析的橋梁狀態(tài)判別方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種基于模糊聚類分析的橋梁狀態(tài)判別方法，包括如下步驟：

a、選定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，獲取對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始狀態(tài)數(shù)據(jù)和待測(cè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，形成初始樣本集和待測(cè)樣本集，并分別對(duì)初始樣本集和待測(cè)樣本集的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

b、將初始樣本集和待測(cè)樣本集的數(shù)據(jù)分別劃分為若干個(gè)單元，選取初始樣本集的任意一個(gè)單元建立AR模型，依據(jù)FPE準(zhǔn)則確定AR模型的階數(shù)p，分別對(duì)初始樣本集和待測(cè)樣本集的所有單元建立p階模型，獲得初始樣本集和待測(cè)樣本集每個(gè)單元的模型系數(shù)；

c、將初始樣本集和待測(cè)樣本集所有單元的模型系數(shù)進(jìn)行模糊聚類分析，模糊聚類分析的聚類個(gè)數(shù)設(shè)定為2，得到初始樣本集和待測(cè)樣本集的數(shù)據(jù)分別對(duì)2個(gè)聚類的隸屬度；

d、當(dāng)待測(cè)樣本集所有單元模型系數(shù)與初始樣本集所有單元模型系數(shù)按隸屬度差異分別聚類時(shí)，判別結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷；反之，判別結(jié)構(gòu)未發(fā)生損傷。

優(yōu)選的，步驟a中的標(biāo)準(zhǔn)化處理通過公式進(jìn)行，其中，n_t表示時(shí)間序列中的點(diǎn)，表示時(shí)間序列{n_t}的均值，σ_n表示時(shí)間序列{n_t}的標(biāo)準(zhǔn)差。