桥梁结构健康监测系统中安全评价环节的差错控制研究

  本文关键词：桥梁结构健康监测系统中安全评价环节的差错控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

《重庆大学》 2007年

桥梁结构健康监测系统中安全评价环节的差错控制研究

胡顺仁  

【摘要】： 桥梁结构的安全问题一直都被学术界和工程界高度重视,而结合信息技术和力学理论的桥梁结构健康监测技术,由于能实时在线诊断桥梁结构的早期故障、及时发现桥梁结构的事故先兆,成为了替代传统的桥梁现场人工荷载试验方法的一个理想手段。迄今为止,桥梁结构健康监测技术都围绕信息获取与安全评价两个关键环节开展研究,并取得了一些进展。但是,由于系统原始数据在采集、传输过程中受诸多因素影响,桥梁的复杂性和桥梁结构健康监测系统的复杂性使得原始数据不可避免地会产生失真与变异,最终将导致系统产生错误的诊断结果,系统原始数据的可靠性就成为桥梁结构健康监测技术发展的一个亟待解决的关键问题。原始数据的可靠性问题由于涉及到信息技术与结构工程两大学科领域,且是两大学科交叉上的薄弱点,因此,它成了当前制约桥梁结构健康监测技术发展的一个瓶颈问题。 针对这一问题,本文结合国家科技部863项目(2006AA04Z433)和国家科技攻关计划引导项目(2002BA105C),在深入分析桥梁结构健康监测系统数据失真的表现形式和特点基础上,引入数据通信领域的差错控制思想和概念,完成了以下几方面研究: ①以混凝土斜拉桥和连续刚构桥为代表,详尽分析桥梁结构参数的主要影响因素,以此建立桥梁结构数据的响应函数,从而揭示了桥梁结构健康监测系统的数据失真表现形式和基本特点,并形式化描述和说明了单点数据失真和连续数据段失真两种基本数据失真形式,探讨了桥梁结构健康监测系统数据失真问题复杂性的原因; ②针对桥梁结构状态健康监测系统中数据失真问题在信息获取环节、安全评价环节孤立处理的现状,引入数据通信领域数据差错控制的基本思想,分析其差错控制的内涵和机制,由此而建立桥梁结构健康监测系统差错控制理论基础,构造差错控制的检错模型和纠错模型,及桥梁结构健康监测系统几个单元的差错控制机制; ③数据之间的关联性是桥梁结构状态健康监测系统中差错控制技术研究的基础,从桥梁结构数据出发,分析了桥梁结构测量点之间的关联性,给出了桥梁结构测量点之间关联定义及关联的几种表现形式,并结合数据挖掘理论和信号与系统相关理论,建立了关联度模型来定量描述桥梁结构测量点之间的关联特性; ④以桥梁结构测量点之间的关联性为基础,针对桥梁结构健康监测系统安全环节的数据失真的两种表现形式——单点数据失真和连续失真数据段,结合信息学科中数据信号处理在数据失真识别上已经取的成果,根据桥梁结构数据的失真的特点,提出了实现桥梁结构健康监测系统中安全评价环节差错控制的方法:a.基于关联稳态模型方法和数据变化趋势方法来识别单点失真数据,和基于关联度模型来识别连续失真数据段的方法;b.基于RBF神经网络模型和基于趋势曲线来恢复失真数据的方法; 最后,根据本课题取得的研究理论成果制定了差错控制软件体系和软件流程,开发了相应的软件系统,并以重庆马桑溪长江大桥桥梁结构健康监测系统等实际系统为对象进行了实验验证,对软件差错控制的效果进行了分析和评价。 结果表明:将数据通信领域的差错控制思想引入桥梁结构健康监测系统,从系统高度建立桥梁结构健康监测系统的差错控制理论,有望全面解决系统中的数据失真问题,提高系统数据的可靠性;结合数据挖掘和信号与系统理论建立的关联度模型,为后续差错控制分析奠定了基础;针对桥梁结构健康监测系统安全环节数据失真特点,提出的基于数据变化率、主成分分析、关联度模型、RBF神经网络模型、数据趋势曲线等方法,有效地解决了安全环节的数据失真识别和恢复问题,并在实桥的实验验证中取得了较为成功的实践效果。

【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U446
【目录】：

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