[發(fā)明專利]一種基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011442045.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN112528564A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王其昂;戴陽;張誠;王長保;王浩博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06K9/62;G06N5/04;G06N7/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

1.一種基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

S1、根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)在健康狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)的時(shí)域圖；對(duì)時(shí)域圖進(jìn)行時(shí)域分析，利用NExT法得到互相關(guān)函數(shù)；

S2、根據(jù)S1的互相關(guān)函數(shù)，對(duì)其經(jīng)傅里葉變換后得到互功率譜密度，并依據(jù)互功率譜密度進(jìn)行頻域分析得到橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)——頻率，之后確定敏感頻帶；

S3、根據(jù)S2的敏感頻帶數(shù)據(jù)，得到損傷指標(biāo)——結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)因子；

S4、根據(jù)S3的結(jié)構(gòu)健康因子的實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)，引入稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)算法，建立以虛部數(shù)據(jù)為自變量、實(shí)部數(shù)據(jù)為因變量的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)因子的回歸參考模型；

S5、當(dāng)有新的監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)，重復(fù)步驟S1至步驟S3，得到新的損傷指標(biāo)，并將此損傷指標(biāo)帶入S4中的回歸參考模型，此時(shí)可依據(jù)新的損傷指標(biāo)的實(shí)部數(shù)據(jù)是否擬合回歸參考模型進(jìn)行損傷的定性識(shí)別；

S6、計(jì)算S5中新的損傷指標(biāo)的實(shí)部數(shù)據(jù)與回歸參考模型的實(shí)部數(shù)據(jù)的殘差，將殘差視為隨機(jī)變量，并對(duì)殘差均值進(jìn)行貝葉斯假設(shè)檢驗(yàn)，最后根據(jù)貝葉斯因子進(jìn)行損傷的定量識(shí)別。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中對(duì)時(shí)域圖進(jìn)行時(shí)域分析，采用NExT方法得到互相關(guān)函數(shù)，具體步驟包括：利用橋梁結(jié)構(gòu)在平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)的激勵(lì)下的響應(yīng)，求出結(jié)構(gòu)兩點(diǎn)之間的互相關(guān)函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)因子的計(jì)算公式如式(1)：

h＝Q_h(Q_h^*Q_h)^-1Q_h^*s (1)

s＝Q_hp (2)

式中，h為結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)因子；Q_h為敏感頻帶數(shù)據(jù)，為N×L矩陣，其中N為敏感頻帶的點(diǎn)數(shù)，L為加速度傳感器數(shù)量；s為目標(biāo)向量，為N×1向量，p為L×1的轉(zhuǎn)換向量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4中的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)算法，其在學(xué)習(xí)過程中通過最大化證據(jù)函數(shù)，自動(dòng)嵌入奧卡姆剃刀原理，以刪除基函數(shù)的方式促進(jìn)模型的稀疏性，最終所得模型參數(shù)為一后驗(yàn)概率密度函數(shù)，以此來表示所有形式的不確定性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S6中用于損傷定量識(shí)別的貝葉斯因子，如式(3)：

B＝P(D|H₁)/P(D|H₀) (3)

式中，B為貝葉斯因子；D為殘差；H₀為結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的工況；H₁為結(jié)構(gòu)損傷未知狀態(tài)下的工況。