[發明專利]一種橋梁撓度監測中的溫度效應分離方法

在審

• 申請號: 202110592389.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113204850A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）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
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學;重慶市軌道交通（集團）有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發明涉及橋梁監測技術領域，具體涉及一種橋梁撓度監測中的溫度效應分離方法，包括：通過變分模態分解法將橋梁撓度信號分解成若干個本征模函數分量；計算所述本征模函數分量的概率密度分布函數；根據所述概率密度分布函數計算所述本征模函數分量的相對熵KLD值；通過所述相對熵KLD值剔除虛假的本征模函數分量，并基于剔除所述虛假的本征模函數分量后的各個本征模函數分量分離得到所述橋梁撓度信號中的溫度效應信號。本發明中的溫度效應分離方法能夠克服模態混疊并能夠抑制橋梁撓度數據非線性、非平穩性和不確定性影響，從而能夠提升橋梁結構的真實響應獲取效果。

技術領域

本發明涉及橋梁監測技術領域，具體涉及一種橋梁撓度監測中的溫度效應分離方法。

背景技術

橋梁撓度監測是橋梁健康監測的重要組成部分，是評價橋梁使用功能和安全性的重要監測指標。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，由于溫度效應的影響，荷載引起的橋梁撓度會被覆蓋，進而影響橋梁結構性能的評估與病害發生機理的判斷。因此，分離橋梁撓度監測數據中的溫度效應，獲取荷載引起的真實橋梁撓度變化，可以準確掌握橋梁健康狀態、預測結構行為演化趨勢，保障橋梁的安全運營。

目前，傳統的經驗模態分解法(Empirical Mode Decomposition，EMD)在處理橋梁撓度監測信號時容易出現模態混疊的問題；同時，其分解過程中不可避免地會出現虛假本征模函數(Intrinsic Mode Function，IMF)分量，使得分離結果容易產生較大誤差。為此，公開號為CN110243560A的中國專利公開了《一種橋梁撓度監測中的溫度效應分離方法》，其包括：利用總體經驗模態分解法EEMD將橋梁撓度信號分解為本征模函數IMF；基于能量熵增量判別法識別并剔除本征模函數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IMF組成混合信號；采用矩陣聯合近似對角化算法JADE對混合信號進行分離得到橋梁撓度信號中的溫度效應信號。

上述現有的溫度效應分離方法通過總體經驗模態分解法(EEMD)分解橋梁撓度信號，能夠在一定程度上抑制模態混疊的問題。但是，申請人發現橋梁撓度監測數據具有非線性、非平穩性和不確定性等特點，這會給溫度效應的分離帶來不利影響。然而，現有溫度效應分離方法采用的總體經驗模態分解法(EEMD)不能抑制非線性、非平穩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，導致橋梁結構真實響應的獲取效果不好，進而不利于橋梁結構狀態評估和可靠分析。因此，如何設計一種能夠克服模態混疊并能夠抑制橋梁撓度信號非線性、非平穩性和不確定性影響的溫度效應分離方法是急需解決的技術問題。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種能夠克服模態混疊并能夠抑制橋梁撓度數據非線性、非平穩性和不確定性影響的溫度效應分離方法，從而能夠提升橋梁結構的真實響應獲取效果，并為橋梁結構的狀態評估和可靠分析提供有價值的決策參考。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種橋梁撓度監測中的溫度效應分離方法，包括以下步驟：

S1：通過變分模態分解法將橋梁撓度信號分解成若干個本征模函數分量；

S2：計算所述本征模函數分量的概率密度分布函數；

S3：根據所述概率密度分布函數計算所述本征模函數分量的相對熵KLD值；

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

優選的，步驟S1中，先根據中心頻率法和Hilbert變換確定變分模態分解法的最優分解層數，再根據變分模態分解法將所述橋梁撓度信號分解成若干個本征模函數分量。

優選的，步驟S2中，根據引入核密度估計KDE計算所述本征模函數分量對應的概率密度分布函數。