本文關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中安全評價環(huán)節(jié)的差錯控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《重慶大學》 2007年

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中安全評價環(huán)節(jié)的差錯控制研究

胡順仁  

【摘要】： 橋梁結(jié)構(gòu)的安全問題一直都被學術(shù)界和工程界高度重視,而結(jié)合信息技術(shù)和力學理論的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù),由于能實時在線診斷橋梁結(jié)構(gòu)的早期故障、及時發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的事故先兆,成為了替代傳統(tǒng)的橋梁現(xiàn)場人工荷載試驗方法的一個理想手段。迄今為止,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)都圍繞信息獲取與安全評價兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展研究,并取得了一些進展。但是,由于系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)在采集、傳輸過程中受諸多因素影響,橋梁的復(fù)雜性和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的復(fù)雜性使得原始數(shù)據(jù)不可避免地會產(chǎn)生失真與變異,最終將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤的診斷結(jié)果,系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的可靠性就成為橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的一個亟待解決的關(guān)鍵問題。原始數(shù)據(jù)的可靠性問題由于涉及到信息技術(shù)與結(jié)構(gòu)工程兩大學科領(lǐng)域,且是兩大學科交叉上的薄弱點,因此,它成了當前制約橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸問題。 針對這一問題,本文結(jié)合國家科技部863項目(2006AA04Z433)和國家科技攻關(guān)計劃引導(dǎo)項目(2002BA105C),在深入分析橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)失真的表現(xiàn)形式和特點基礎(chǔ)上,引入數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的差錯控制思想和概念,完成了以下幾方面研究: ①以混凝土斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)橋為代表,詳盡分析橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要影響因素,以此建立橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的響應(yīng)函數(shù),從而揭示了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)失真表現(xiàn)形式和基本特點,并形式化描述和說明了單點數(shù)據(jù)失真和連續(xù)數(shù)據(jù)段失真兩種基本數(shù)據(jù)失真形式,探討了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)失真問題復(fù)雜性的原因; ②針對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)健康監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)失真問題在信息獲取環(huán)節(jié)、安全評價環(huán)節(jié)孤立處理的現(xiàn)狀,引入數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域數(shù)據(jù)差錯控制的基本思想,分析其差錯控制的內(nèi)涵和機制,由此而建立橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)差錯控制理論基礎(chǔ),構(gòu)造差錯控制的檢錯模型和糾錯模型,及橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)幾個單元的差錯控制機制; ③數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性是橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)健康監(jiān)測系統(tǒng)中差錯控制技術(shù)研究的基礎(chǔ),從橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)出發(fā),分析了橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間的關(guān)聯(lián)性,給出了橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間關(guān)聯(lián)定義及關(guān)聯(lián)的幾種表現(xiàn)形式,并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘理論和信號與系統(tǒng)相關(guān)理論,建立了關(guān)聯(lián)度模型來定量描述橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間的關(guān)聯(lián)特性; ④以橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間的關(guān)聯(lián)性為基礎(chǔ),針對橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)安全環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)失真的兩種表現(xiàn)形式——單點數(shù)據(jù)失真和連續(xù)失真數(shù)據(jù)段,結(jié)合信息學科中數(shù)據(jù)信號處理在數(shù)據(jù)失真識別上已經(jīng)取的成果,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的失真的特點,提出了實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中安全評價環(huán)節(jié)差錯控制的方法:a.基于關(guān)聯(lián)穩(wěn)態(tài)模型方法和數(shù)據(jù)變化趨勢方法來識別單點失真數(shù)據(jù),和基于關(guān)聯(lián)度模型來識別連續(xù)失真數(shù)據(jù)段的方法;b.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和基于趨勢曲線來恢復(fù)失真數(shù)據(jù)的方法; 最后,根據(jù)本課題取得的研究理論成果制定了差錯控制軟件體系和軟件流程,開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng),并以重慶馬桑溪長江大橋橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)等實際系統(tǒng)為對象進行了實驗驗證,對軟件差錯控制的效果進行了分析和評價。 結(jié)果表明:將數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的差錯控制思想引入橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng),從系統(tǒng)高度建立橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的差錯控制理論,有望全面解決系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)失真問題,提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性;結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和信號與系統(tǒng)理論建立的關(guān)聯(lián)度模型,為后續(xù)差錯控制分析奠定了基礎(chǔ);針對橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)安全環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)失真特點,提出的基于數(shù)據(jù)變化率、主成分分析、關(guān)聯(lián)度模型、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、數(shù)據(jù)趨勢曲線等方法,有效地解決了安全環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)失真識別和恢復(fù)問題,并在實橋的實驗驗證中取得了較為成功的實踐效果。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：U446
【目錄】：

中文摘要3-5

英文摘要5-10

1 緒論10-28

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要性10-16

1.1.1 橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要性10-12

1.1.2 橋梁結(jié)構(gòu)安全的傳統(tǒng)檢測方法及規(guī)范12-14

1.1.3 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展14-16

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)失真問題16-18

1.2.1 數(shù)據(jù)失真問題的提出16-17

1.2.2 數(shù)據(jù)失真的特點17-18

1.3 數(shù)據(jù)失真問題研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀18-25

1.3.1 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)領(lǐng)域18-20

1.3.2 其他相關(guān)領(lǐng)域20-25

1.4 本課題研究的重要意義與研究內(nèi)容25-27

1.4.1 本課題研究的重要意義25-26

1.4.2 本課題的研究內(nèi)容26-27

1.5 本章小結(jié)27-28

2 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)失真問題研究28-50

2.1 引言28

2.2 典型橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)分析28-37

2.2.1 兩類有代表性的橋梁28-30

2.2.2 橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要影響因素分析30-36

2.2.3 橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的響應(yīng)函數(shù)36-37

2.3 數(shù)據(jù)失真的分類與表現(xiàn)形式37-44

2.3.1 單點失真數(shù)據(jù)37-40

2.3.2 連續(xù)失真數(shù)據(jù)段40-44

2.4 數(shù)據(jù)失真問題復(fù)雜性分析44-47

2.4.1 復(fù)雜性表現(xiàn)形式44-46

2.4.2 復(fù)雜性原因分析46-47

2.5 安全評價環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)失真問題研究的重要性47-48

2.6 本章小結(jié)48-50

3 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)差錯控制的理論基礎(chǔ)50-60

3.1 引言50

3.2 數(shù)字通信中差錯控制思想內(nèi)涵50-53

3.2.1 差錯控制基本思想50-51

3.2.2 差錯控制方法51-53

3.3 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的差錯控制思想和模型53-55

3.3.1 基本思想53-55

3.3.2 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的差錯控制模型55

3.4 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的差錯控制機制55-58

3.4.1 信息獲取環(huán)節(jié)56-57

3.4.2 安全評價環(huán)節(jié)57-58

3.5 本章小結(jié)58-60

4 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)差錯控制的的關(guān)聯(lián)分析研究60-70

4.1 引言60

4.2 橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間關(guān)聯(lián)性60-63

4.2.1 關(guān)聯(lián)的含義60-61

4.2.2 關(guān)聯(lián)的表現(xiàn)形式61-63

4.3 數(shù)據(jù)挖掘中的相似尺度63-65

4.4 信號系統(tǒng)的信號相關(guān)分析理論65-66

4.5 橋梁結(jié)構(gòu)測量點之間關(guān)聯(lián)性度量66-68

4.5.1 關(guān)聯(lián)度模型66

4.5.2 關(guān)聯(lián)度模型的屬性66-68

4.6 本章小結(jié)68-70

5 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)差錯控制的檢錯技術(shù)研究70-88

5.1 引言70

5.2 前提條件70

5.3 單點數(shù)據(jù)失真識別70-82

5.3.1 常見單點失真數(shù)據(jù)識別方法71-72

5.3.2 關(guān)聯(lián)穩(wěn)態(tài)模型方法理論72-77

5.3.3 單點失真數(shù)據(jù)識別算法77-82

5.4 連續(xù)失真數(shù)據(jù)段識別82-87

5.4.1 常見識別連續(xù)失真數(shù)據(jù)段的方法83-84

5.4.2 連續(xù)失真數(shù)據(jù)段算法84-87

5.5 本章小結(jié)87-88

6 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)差錯控制的糾錯技術(shù)研究88-104

6.1 引言88

6.2 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)88-93

6.2.1 函數(shù)逼近能力與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型88-92

6.2.2 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學習算法92-93

6.3 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)失真數(shù)據(jù)93-96

6.3.1 基本思想93

6.3.2 算法分析93-96

6.3.3 優(yōu)缺點分析96

6.4 趨勢曲線恢復(fù)失真數(shù)據(jù)96-103

6.4.1 基本思想96-97

6.4.2 算法分析97-102

6.4.3 優(yōu)缺點分析102-103

6.5 本章小結(jié)103-104

7 差錯控制軟件開發(fā)與應(yīng)用104-120

7.1 軟件開發(fā)104-107

7.1.1 軟件體系結(jié)構(gòu)104

7.1.2 軟件流程104-106

7.1.3 軟件的功能實現(xiàn)106-107

7.2 軟件應(yīng)用107-118

7.2.1 重慶馬桑溪長江大橋概況107-108

7.2.2 馬桑溪長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)108-115

7.2.3 差錯控制結(jié)果分析115-118

7.3 本章小結(jié)118-120

8 總結(jié)和展望120-122

8.1 總結(jié)120-121

8.2 進一步的工作121-122

致謝122-124

參考文獻124-134

附錄134-135

A. 發(fā)表的論文134-135

B. 參加的科研工作135

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