《大型橋樑結構健康監測失真數據自診斷方法研究》是依託重慶大學，由劉綱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大型橋樑結構健康監測失真數據自診斷方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉綱
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
大型橋樑結構健康監測是土木工程領域重要的研究前沿和工程套用方向。但由於感測器經常發生故障而引發監測數據失真，導致後續的結構安全評估產生誤判，已嚴重製約橋樑結構健康監測的發展和套用。本項目針對感測器故障引發的數據失真問題，以連續剛構橋、斜拉橋為研究背景，選取常用的加速度、位移和應變感測器，在時間維度上，通過加速老化試驗，研究感測器故障引發失真數據的統計規律和分類特徵；在空間維度上，採用實橋監測數據，基於灰色關聯分析原理研究不同類型、不同測點感測器的關聯特性；在此基礎上，採用敏感度分析、非線性預測手段分別在時間和空間維度提取特徵指標，建立基於數據融合、貝葉斯原理的非線性失真數據自診斷方法。在無需附加任何新硬體設備的條件下，直接利用日常監測數據實現失真數據的識別、定位和分類。項目成果將豐富並創新失真數據自診斷理論和方法，為降低橋樑結構健康監測系統誤/漏報警率、保障其正常運行奠定理論與技術基礎。
結題摘要
橋樑結構健康監測系統已在國內外大型橋樑中得到普遍套用，但由於橋樑結構頻繁振動、高塵、高低溫循環等惡劣環境易使感測器發生故障，引發感測器輸出畸變數據。更重要地是，感測器由電子和光學元件組成，其使用壽命僅為幾年或十幾年，無法與設計壽命上百年的橋樑相匹配，感測器老化必然產生失真數據。所以失真數據現象是橋樑結構健康監測系統無法避免的問題。感測器故障所引起的失真數據可能掩蓋結構的真實損傷信息，最終釀成災難性事故。嚴重的漏報警、頻繁的誤報警，會使業界對橋樑結構健康監測的可靠性產生嚴重質疑，在很大程度上制約橋樑結構健康監測技術的發展和套用。因此，開展失真數據自診斷方法的基礎性探索研究工作，具有明確的工程套用背景和理論學術意義。本項目的特色是通過在橋樑結構健康監測系統嵌入失真數據自診斷模組，在無需新增硬體設備以及改動原有軟體配置的條件下，可實現大幅降低監測系統的漏/誤報警率。項目的主要研究內容如下：（1）感測器故障引發失真數據規律研究；（2）監測系統中各種感測器的關聯特性研究；（3）失真數據自診斷方法研究；（4）實橋驗證試驗研究。項目研究取得的主要成果如下：（1）建立五類典型感測器故障的數學模型；（2）提出了基於廣義似然比的感測器故障識別方法；（3）提出了基於主元分析的多感測器故障識別方法；（4）提出了基於粒子濾波的感測器故障與結構損傷識別方法；（5）提出可考慮環境干擾的FS-LSTM深度學習感測器故障診斷方法；（6）提出基於TS-LSTM深度學習的感測器故障分類方法。通過本項目研究，在國內外學術刊物上發表了12篇論文，其中SCI/EI檢索論文10篇；申請國家專利2項，獲軟體著作權1項；獲重慶市自然科學三等獎一項；畢業博士生2名，碩士生6名。項目研究成果在重慶市菜園壩長江大橋、東水門長江大橋和千廝門嘉陵江大橋等橋樑的結構健康監測系統中得到了推廣套用，有效降低了感測器故障引發失真數據對結構安全狀態評估結果的影響。
