[發(fā)明專利]一種橋梁撓度監(jiān)測中的溫度效應(yīng)分離方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110592389.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113204850A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛景舟;李雙江;馬虎;張洪;周建庭;唐啟智;王承偉;黃磊;馬聞達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué);重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發(fā)明涉及橋梁監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁撓度監(jiān)測中的溫度效應(yīng)分離方法，包括：通過變分模態(tài)分解法將橋梁撓度信號分解成若干個(gè)本征模函數(shù)分量；計(jì)算所述本征模函數(shù)分量的概率密度分布函數(shù)；根據(jù)所述概率密度分布函數(shù)計(jì)算所述本征模函數(shù)分量的相對熵KLD值；通過所述相對熵KLD值剔除虛假的本征模函數(shù)分量，并基于剔除所述虛假的本征模函數(shù)分量后的各個(gè)本征模函數(shù)分量分離得到所述橋梁撓度信號中的溫度效應(yīng)信號。本發(fā)明中的溫度效應(yīng)分離方法能夠克服模態(tài)混疊并能夠抑制橋梁撓度數(shù)據(jù)非線性、非平穩(wěn)性和不確定性影響，從而能夠提升橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)響應(yīng)獲取效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁撓度監(jiān)測中的溫度效應(yīng)分離方法。

背景技術(shù)

橋梁撓度監(jiān)測是橋梁健康監(jiān)測的重要組成部分，是評價(jià)橋梁使用功能和安全性的重要監(jiān)測指標(biāo)。橋梁撓度主要由移動荷載、混凝土收縮徐變、溫度荷載等因素引起。然而，由于溫度效應(yīng)的影響，荷載引起的橋梁撓度會被覆蓋，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)性能的評估與病害發(fā)生機(jī)理的判斷。因此，分離橋梁撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)中的溫度效應(yīng)，獲取荷載引起的真實(shí)橋梁撓度變化，可以準(zhǔn)確掌握橋梁健康狀態(tài)、預(yù)測結(jié)構(gòu)行為演化趨勢，保障橋梁的安全運(yùn)營。

目前，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法(Empirical Mode Decomposition，EMD)在處理橋梁撓度監(jiān)測信號時(shí)容易出現(xiàn)模態(tài)混疊的問題；同時(shí)，其分解過程中不可避免地會出現(xiàn)虛假本征模函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)分量，使得分離結(jié)果容易產(chǎn)生較大誤差。為此，公開號為CN110243560A的中國專利公開了《一種橋梁撓度監(jiān)測中的溫度效應(yīng)分離方法》，其包括：利用總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法EEMD將橋梁撓度信號分解為本征模函數(shù)IMF；基于能量熵增量判別法識別并剔除本征模函數(shù)IMF中的虛假的IMF分量；將剔除虛假的IMF分量后的本征模函數(shù)IMF組成混合信號；采用矩陣聯(lián)合近似對角化算法JADE對混合信號進(jìn)行分離得到橋梁撓度信號中的溫度效應(yīng)信號。

上述現(xiàn)有的溫度效應(yīng)分離方法通過總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法(EEMD)分解橋梁撓度信號，能夠在一定程度上抑制模態(tài)混疊的問題。但是，申請人發(fā)現(xiàn)橋梁撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)具有非線性、非平穩(wěn)性和不確定性等特點(diǎn)，這會給溫度效應(yīng)的分離帶來不利影響。然而，現(xiàn)有溫度效應(yīng)分離方法采用的總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法(EEMD)不能抑制非線性、非平穩(wěn)性和不確定性帶來的不利影響，使得其難以有效的從橋梁撓度信號中分離出溫度效應(yīng)，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)真實(shí)響應(yīng)的獲取效果不好，進(jìn)而不利于橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估和可靠分析。因此，如何設(shè)計(jì)一種能夠克服模態(tài)混疊并能夠抑制橋梁撓度信號非線性、非平穩(wěn)性和不確定性影響的溫度效應(yīng)分離方法是急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種能夠克服模態(tài)混疊并能夠抑制橋梁撓度數(shù)據(jù)非線性、非平穩(wěn)性和不確定性影響的溫度效應(yīng)分離方法，從而能夠提升橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)響應(yīng)獲取效果，并為橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)評估和可靠分析提供有價(jià)值的決策參考。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種橋梁撓度監(jiān)測中的溫度效應(yīng)分離方法，包括以下步驟：

S1：通過變分模態(tài)分解法將橋梁撓度信號分解成若干個(gè)本征模函數(shù)分量；

S2：計(jì)算所述本征模函數(shù)分量的概率密度分布函數(shù)；

S3：根據(jù)所述概率密度分布函數(shù)計(jì)算所述本征模函數(shù)分量的相對熵KLD值；

S4：通過所述相對熵KLD值剔除虛假的本征模函數(shù)分量，并基于剔除所述虛假的本征模函數(shù)分量后的各個(gè)本征模函數(shù)分量分離得到所述橋梁撓度信號中的溫度效應(yīng)信號。

優(yōu)選的，步驟S1中，先根據(jù)中心頻率法和Hilbert變換確定變分模態(tài)分解法的最優(yōu)分解層數(shù)，再根據(jù)變分模態(tài)分解法將所述橋梁撓度信號分解成若干個(gè)本征模函數(shù)分量。

優(yōu)選的，步驟S2中，根據(jù)引入核密度估計(jì)KDE計(jì)算所述本征模函數(shù)分量對應(yīng)的概率密度分布函數(shù)。