一种基于基函数表示和稀疏正则化的桥梁影响线识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于基函数表示和稀疏正则化的桥梁影响线识别方法，方法包括：(1)构造影响线识别的数学模型；(2)建立影响线的基函数表示形式；(3)基于曲率的影响线节点自适应优化；(4)基于稀疏正则化的影响线识别。本发明专利技术方法利用移动车辆与其引起桥梁响应的实测信息，结合基函数表示与稀疏正则化，可有效改善影响线识别对于测量噪声等误差过于敏感的不足，识别精度较高，具备后续工程应用的良好潜力；相比传统方法，该方法可直接基于实测的桥梁动响应数据识别影响线，简单且快捷，可用于桥梁关键指标的实时监测；并可有效抑制影响线解中不符合物理意义的波动，提高了影响线识别的精度。

A Bridge Impact Line Recognition Method Based on Base Function Representation and Sparse Regularization

The invention discloses a bridge influence line recognition method based on basis function representation and sparse regularization, which includes: (1) constructing a mathematical model of influence line recognition; (2) establishing a basis function representation of influence line; (3) self-adaptive optimization of influence line nodes based on curvature; (4) recognition of influence line based on sparse regularization. The method of the invention utilizes the measured information of the mobile vehicle and the bridge response caused by the mobile vehicle, and combines the basis function representation and sparse regularization, which can effectively improve the inadequacy of the influence line identification which is too sensitive to the measurement noise and other errors, has high recognition accuracy and has good potential for subsequent engineering applications; compared with the traditional method, the method is straightforward. Connecting the measured dynamic response data of bridge to identify the impact line is simple and fast, which can be used for real-time monitoring of key indicators of bridge, and can effectively restrain the fluctuation of the impact line solution which does not conform to the physical meaning, thus improving the accuracy of the impact line identification.

【技术实现步骤摘要】
一种基于基函数表示和稀疏正则化的桥梁影响线识别方法
本专利技术涉及结构安全性检测领域，具体涉及一种基于基函数表示和稀疏正则化的桥梁影响线识别方法。
技术介绍
交通运输行业最新统计数据显示，我国有80.53万座公路桥，其中特大桥梁4257座，大桥8.62万座，中小桥梁71.94万座。桥梁影响线是桥梁结构的固有特性，表示单位力作用在桥梁不同位置引起的结构内力变化或响应。桥梁影响线已成功应用于动态称重、模型修正、损伤识别与状态评估等领域，但实现这些应用的前提是桥梁影响线能够被快速准确地获取。目前，获取桥梁影响线可以通过静态测试或动态测试。静态测试方法，例如通过逐点静态加载的递归试验法，可提供每个加载点的精确响应，但加载点个数决定了影响线精度，且试验费时费力，限制了该方法的实际工程应用，研究也较少。基于实测的移动车辆和同步的桥梁响应信息，通过矩阵求解识别桥梁影响线，是一种动态测试的方法。该类方法对正常交通影响小，可适用于运营桥梁安全性的实时监测，故得到了广泛关注。近些年来，国内外已经有多个课题组陆续开展基于动态测试识别桥梁影响线的研究。由于直接识别影响线的连续曲线难度较大，通常在识别算法中引本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于基函数表示和稀疏正则化的桥梁影响线识别方法，其特征在于，包括：步骤S1，构造影响线识别的数学模型假设车辆沿固定车道朝某一方向在桥上行驶，各车轴对桥的影响相互独立，则移动车辆所引起的响应可近似为各轴引起响应的叠加：

【技术特征摘要】
1.一种基于基函数表示和稀疏正则化的桥梁影响线识别方法，其特征在于，包括：步骤S1，构造影响线识别的数学模型假设车辆沿固定车道朝某一方向在桥上行驶，各车轴对桥的影响相互独立，则移动车辆所引起的响应可近似为各轴引起响应的叠加：其中，Rs(x)表示车辆作用在顺桥向位置x时，引起的所关心位置的桥梁响应，x为首个车轴所在位置；Φ(x)表示单位力在对应位置的影响线函数；N表示车辆的轴数，A(i)表示车辆第i个轴的轴重，D(i)表示车辆第i个轴与首轴的间距；将连续影响线的识别转换成识别影响线上离散节点的影响线因子，则可将连续函数Rs(x)和Φ(x)分别离散成向量Rs和Φ，上式写成矩阵形式：Rs＝LΦ即其中，Rs表示桥梁某测点的准静态响应向量，Rs(1),Rs(2),…,Rs(p)表示车辆位于桥梁不同位置的准静态响应，p是响应测量的采样数；L是根据车辆轴重A(i)、轴间距D(i)信息和车辆实时位置信息建立的荷载矩阵；Φ表示由连续影响线离散出影响线因子组成的向量，φ(1),φ(2),…,φ(q)是对应不同单位力作用位置的影响线因子，q是影响线离散后的影响线因子个数；车辆快速通过桥梁的振动响应中，除了可通过影响线重构的移动荷载准静态响应，还包括桥梁自振以及动荷载引起的其他响应；因此，实测响应Rm可以表示成两部分的叠加：Rm＝LΦ+η其中，η表示实测响应误差项，特指实测响应去除移动荷载准静态响应的剩余部分；若基于测量信息构造上式的Rm和L，那么影响线向量Φ的识别可视为一类反问题，相比于实测响应峰值，误差项η的幅值较小，却足以导致矩阵求解的病态化，使影响线识别解严重偏离真实解；根据车辆的瞬时位置与运行车速，对实测动力响应时程进行时空坐标转化，获得与空间位置对应的桥梁响应向量；基于移动车辆的实测信息，确定车轴荷载的大小与实时位置，构造荷载矩阵；基于荷载矩阵和响应向量，建立影响线识别的数学模型，并由下式计算影响线向量Φ的最小二乘解：Φ＝L+Rm＝(LTL)-1LTRm其中，L+＝(LTL)-1LT表示荷载矩阵的虚拟逆；步骤S2，建立影响线的基函数表示形式引入基函数扩展法用于表示影响线，将影响线视为一系列三次B样条基函数的线性组合：Φ＝Bw其中，B＝[B0,3LBi,3LBm,3]表示三次B样条基函数矩阵，Bi,3是第i个基函数；w＝[w0LwiLwm]T表示基函数权重系数向量，wi是第i个基函数权重系数；通过上式可以看出，影响线可视为m+1条三次B样条基函数的线性组合；采用Cox-deBoor递推公式构造三次B样条基函数，主要过程包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志为，杨维彪，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35