[發(fā)明專利]一種大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110432691.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN113076587A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段中興;劉瑞興;焦晨琳;陳亞州
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/27
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)方法，獲取大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的歷史數(shù)據(jù)并分成訓(xùn)練集和測(cè)試集；利用變分模態(tài)分解方法對(duì)訓(xùn)練集和測(cè)試集進(jìn)行自適應(yīng)分解，得到訓(xùn)練集和測(cè)試集各模態(tài)分量子序列；利用訓(xùn)練集各模態(tài)分量子序列作為訓(xùn)練樣本對(duì)門控循環(huán)單元中的各模態(tài)分量子序列進(jìn)行訓(xùn)練，建立訓(xùn)練集各模態(tài)分量子序列的門控循環(huán)單元鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)子模型；利用訓(xùn)練集各模態(tài)分量子序列的門控循環(huán)單元鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)子模型對(duì)測(cè)試集各模態(tài)分量子序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)的測(cè)試集各模態(tài)分量子序列進(jìn)行累加得到預(yù)測(cè)集；利用預(yù)測(cè)集與歷史數(shù)據(jù)中的測(cè)試集進(jìn)行對(duì)比分析。本發(fā)明提高了鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大跨度鋼結(jié)構(gòu)研究中的鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

國家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)極大推動(dòng)了建筑行業(yè)的迅速崛起。一大批大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑如雨后春筍般出現(xiàn)在全國各地，它們外觀新穎、工藝精巧、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、科技感強(qiáng)并且具有重量輕、剛度強(qiáng)、抗震性能高和應(yīng)力分布均勻等特點(diǎn)，通常它們被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為城市或區(qū)域的地標(biāo)性建筑。但是由于這些建筑長期暴露在自然環(huán)境之中，受到風(fēng)霜雨雪等各種因素綜合作用下易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞和損傷累積，為避免極端情況下災(zāi)難性事故的發(fā)生，需要對(duì)服役的大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。因此，針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)問題，建立鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)模型，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)耐久性分析和短期結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)有重要的實(shí)際意義。

隨著國家經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的數(shù)量迅速增加。在鋼結(jié)構(gòu)建筑的整個(gè)服役周期內(nèi)，他們的形狀都在發(fā)生著不同程度的形變，只是肉眼很難觀察到這種。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)可以評(píng)估預(yù)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)損傷程度，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變短期預(yù)測(cè)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑來說是十分有必要的。合理有效的對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)有重要的實(shí)際意義。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變預(yù)測(cè)研究主要針對(duì)的是大框架的強(qiáng)度研究，未對(duì)實(shí)際細(xì)節(jié)的微應(yīng)變細(xì)節(jié)的情況進(jìn)行深入的研究，預(yù)測(cè)精度與實(shí)際有一定的出入。因此，研究有效的鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)方法有很大的必要，而且有助于鋼結(jié)構(gòu)建筑業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)方法，解決現(xiàn)有的大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)缺乏有效方法的問題，能更細(xì)致掌握鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變時(shí)間序列的特征，大大提高了鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)的精度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的歷史數(shù)據(jù)，然后將歷史數(shù)據(jù)分成訓(xùn)練集和測(cè)試集；

步驟2、利用變分模態(tài)分解方法對(duì)步驟1中的訓(xùn)練集和測(cè)試集進(jìn)行自適應(yīng)分解，提取歷史數(shù)據(jù)中分解的各模態(tài)分量數(shù)據(jù)，再利用相空間重構(gòu)對(duì)分解的各模態(tài)分量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理優(yōu)化，得到訓(xùn)練集各模態(tài)分量子序列和測(cè)試集各模態(tài)分量子序列；

步驟3、利用步驟2中得到的訓(xùn)練集各模態(tài)分量子序列作為訓(xùn)練樣本，采用反向誤差傳播方法對(duì)門控循環(huán)單元中的各模態(tài)分量子序列進(jìn)行訓(xùn)練，利用損失函數(shù)對(duì)權(quán)重參數(shù)和偏移參數(shù)進(jìn)行調(diào)整更新，完成深度網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，建立訓(xùn)練集各模態(tài)分量子序列的門控循環(huán)單元鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)子模型；

步驟4、利用步驟3得到的訓(xùn)練集各模態(tài)分量子序列的門控循環(huán)單元鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)子模型對(duì)步驟2中的測(cè)試集各模態(tài)分量子序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)的測(cè)試集各模態(tài)分量子序列o′_(n)，最后將預(yù)測(cè)的測(cè)試集各模態(tài)分量子序列o′_(n)進(jìn)行累加得到預(yù)測(cè)集o'；

步驟5、利用步驟4中得到的預(yù)測(cè)集o'與步驟1歷史數(shù)據(jù)中的測(cè)試集進(jìn)行對(duì)比分析，完成大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑微應(yīng)變的短期預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。

進(jìn)一步地，步驟1中，將歷史數(shù)據(jù)按9：1的比例分成訓(xùn)練集和測(cè)試集。