一种桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法技术

本发明专利技术涉及桥梁结构健康监测领域，尤其涉及一种对桥梁结构健康监测的隶属度进行评估的方法。为解决现有的桥梁健康监测系统无法依据评价标准或规范利用健康监测指标对桥梁的结构技术状况进行合理的评价的问题，本发明专利技术提出一种桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法：采集与指标数据x；对x进行理论计算并给定分级标度并对x的隶属度划分等级；计算x的隶属度函数的参数，确定x在不同的隶属度等级时对应的隶属度函数；将x代入到隶属度函数中，计算出x在不同等级时的隶属度值并进行归一化处理，得出x的评估分值；在x的隶属度等级表中查出x所属的隶属度等级。本发明专利技术桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，可对所有评分标准不确定的健康监测指标进行评估。

A Subordinate Degree Evaluation Method for Bridge Structural Health Monitoring Indicators

The invention relates to the field of bridge structure health monitoring, in particular to a method for evaluating the membership degree of bridge structure health monitoring. In order to solve the problem that the existing bridge health monitoring system can not reasonably evaluate the technical condition of bridge structure by using health monitoring indicators according to evaluation criteria or specifications, the present invention proposes a method for evaluating the subordination degree of bridge structure health monitoring indicators: collecting and index data x; calculating x theoretically and giving a grading scale and dividing the subordination degree of x; and calculating X. The parameters of the membership function of X are determined to determine the corresponding membership function of X in different membership grades; x is substituted into the membership function, the membership value of X in different grades is calculated and normalized, and the evaluation score of X is obtained; the membership grade of X is found in the membership grade table of X. The method for evaluating the subordination degree of bridge structural health monitoring indicators can evaluate all health monitoring indicators with uncertain scoring standards.

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法
本专利技术涉及桥梁结构健康监测领域，尤其涉及一种对桥梁结构健康监测的隶属度进行评估的方法。
技术介绍
现有的桥梁健康监测系统，通常是利用应变传感器、位移传感器、温度传感器、风速仪等设备对桥梁进行监测，以得到与桥梁健康有关的指标数据，比如：结构内力、结构变形、结构温度梯度、风荷载等。与传统的利用人工检测手段获取的评价指标相比，这类通过传感器监测得到的与桥梁健康有关的指标数据具有以下显著特点：1、为一系列的时序数据，且在一定范围内变化；2、无相应的指标评价基准。由此可见，由于现有的桥梁结构技术状况评价标准或规范中，没有针对桥梁的健康监测指标的评价标准，故现有的桥梁健康监测系统无法依据评价标准或规范利用健康监测指标对桥梁的结构技术状况进行合理的评价。
技术实现思路
为解决现有的桥梁健康监测系统无法依据评价标准或规范利用健康监测指标对桥梁的结构技术状况进行合理的评价的问题，本专利技术提出一种桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，该方法包括如下步骤：步骤S1、采集与桥梁结构健康有关的指标数据x；步骤S2、对所述指标数据x进行理论计算，根据理论计算结果给定分级标度并对所述指标数据x的隶属度划分等级，得出所述指标数据x的隶属度等级表；步骤S3、计算所述指标数据x的隶属度函数的参数，并确定所述指标数据x在不同的隶属度等级时对应的隶属度函数；步骤S4、将所述指标数据x代入到所述隶属度函数中，计算出所述指标数据x在不同等级时的隶属度值，并对所述指标数据x在不同等级时的隶属度值进行归一化处理，得出所述指标数据x的评估分值；步骤S5、根据所述指标数据x的评估分值，在所述指标数据x的隶属度等级表中查出所述指标数据x所属的隶属度等级。本专利技术桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，计算结果合理、准确，且可操作性强(便于编程实现)。在对结构尤其是桥梁结构的健康进行监测的系统中，可大范围推广，以对所有评分标准不确定的健康监测指标进行评估。优选地，所述步骤S1中，所述指标数据x可为被监测桥梁的结构内力、结构变形、结构温度梯度、风荷载或塔顶纵向挠度。优选地，在所述步骤S2中，所述分级标度包括a1、a2和a3，得到的隶属度等级表包括A、B、C和D四个等级，且等级为A时，所述指标数据x对应的指标区间为：x＞a1；等级为B时，所述指标数据x对应的指标区间为：a2＜x≤a1；等级为C时，所述指标数据x对应的指标区间为：a3＜x≤a2；等级为D时，所述指标数据x对应的指标区间为：x＜a3。优选地，在所述步骤S3中，所述指标数据x的隶属度函数的参数包括a、b、c、d和σ。优选地，在所述步骤S4中，利用模糊推理规则得出所述指标数据x的评估分值。进一步地，在所述步骤S4中，先利用第一隶属度函数对所述指标数据x的最大值x1和平均值x2进行模糊化处理，所述第一隶属度函数为：再根据模糊推理规则对模糊化结果进行推理，得到推理结论，所述模糊推理规则为：Rule1：μ小(x1)、μ小(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为好，记为μ好(y)；Rule2：μ小(x1)、μ中(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为好，记为μ好(y)；Rule3：μ小(x1)、μ大(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为一般，记为μ一般(y)；Rule4：μ中(x1)、μ小(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为好，记为μ好(y)；Rule5：μ中(x1)、μ中(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为一般，记为μ一般(y)；Rule6：μ中(x1)、μ大(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为差，记为μ差(y)；Rule7：μ大(x1)、μ小(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为一般，记为μ一般(y)；Rule8：μ大(x1)、μ中(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为差，记为μ差(y)；Rule9：μ大(x1)、μ大(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为差，记为μ差(y)；且最后利用面积中心法对所述推理结论进行去模糊化处理，得出评估分值。优选地，在对所述指标数据x的最大值x1和平均值x2模糊化结果进行模糊推理时，比较所述指标数据x的最大值x1和平均值x2在所述模糊推理规则中每一个规则下对应的模糊推理函数μ(y)值的大小，并取较小的作为ω输出，依次记为：ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7、ω8和ω9；将所述模糊推理规则中每个规则对应的模糊推理函数μ(y)的论域[0，100]划分为n份，并计算出对应的模糊推理函数μ(y)的值；分别对相应模糊推理规则下的ω和μ(y)的值进行比较，取较小的值作为μ(yn)输出，得到大小为9*n的矩阵：并以该矩阵中每列9个元素中的最大值作为最终输出，依次记为：μ总(y1)，μ总(y2)，……，μ总(yn)，并根据进行去模糊化处理。附图说明图1为本专利技术桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法中采用的模糊化推理框架图；图2为上海长江大桥PM62的塔顶纵向挠度的监测数据曲线图。具体实施方式下面，结合图1和2对本专利技术桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法进行详细说明。本专利技术桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法的具体步骤如下：首先，采集与桥梁结构健康有关的指标数据x，比如：被监测桥梁的结构内力、结构变形、结构温度梯度、风荷载或塔顶纵向挠度。在采集与桥梁结构健康有关的指标数据时，可采用传感器进行采集，使得采集到的指标数据的精度较高，进而可提高评估结果精准度。接着，对指标数据x进行理论计算，根据理论计算结果给定分级标度a1、a2和a3，并对指标数据x的隶属度划分等级，得出指标数据x如表1所示的隶属度等级表。表1：指标数据x的隶属度等级表等级DCBA指标区间x＜a3a3＜x≤a2a2＜x≤a1x＞a1分级标度可根据具体指标，查找相关标准、规范得到，或者通过理论模型计算得到。比如，当待评估的指标是城市桥梁中墩台钢筋轮凝土的裂缝，可查《城市桥梁养护技术标准》CJJ99-2017中的表5.3.2，即可得到a1＝0.40，a2＝0.25，a3＝0.20，从而将该中评估指标的隶属度等级划分为4个等级。然后，计算指标数据x的隶属度函数的参数，并确定指标数据x在不同的隶属度等级时对应的隶属度函数，比如，当指标数据x的隶属度等级为D时，对应的隶属度函数为μD(x)；当指标数据x的隶属度等级为C时，对应的隶属度函数为μC(x)；当指标数据x的隶属度等级为B时，对应的隶属度函数为μB(x)；当指标数据x的隶属度等级为A时，对应的隶属度函数为μA(x)。其中，指标数据x的隶属度函数的参数包括a、b、c、d和σ。接着，将指标数据x代入到隶属度函数中，计算出指标数据x在不同等级时的隶属度值，并对指标数据x在不同等级时的隶属度值进行归一化处理，得出指标数据x的评估分值。具体地，可利用模糊推理规则得出所述指标数据x的评估分值：利用第一隶属度函数对指标数据x的最大值x1和平均值x2进行模糊化处理，其中，第一隶属度函数为：根据模糊推理规则库中的模糊推理规则对模糊化结果进行推理，得到推理结论，模糊推理规则库如表2所示。表2：模糊推理规则库根据表2可知，Rule1：μ小(x1)、μ小(x2)，则模糊推理函数μ(y)的结论为好，记为μ好(y)；Rule2：μ小(x1)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤S1、采集与桥梁结构健康有关的指标数据x；步骤S2、对所述指标数据x进行理论计算，根据理论计算结果给定分级标度并对所述指标数据x的隶属度划分等级，得出所述指标数据x的隶属度等级表；步骤S3、计算所述指标数据x的隶属度函数的参数，并确定所述指标数据x在不同的隶属度等级时对应的隶属度函数；步骤S4、将所述指标数据x代入到所述隶属度函数中，计算出所述指标数据x在不同等级时的隶属度值，并对所述指标数据x在不同等级时的隶属度值进行归一化处理，得出所述指标数据x的评估分值；步骤S5、根据所述指标数据x的评估分值，在所述指标数据x的隶属度等级表中查出所述指标数据x所属的隶属度等级。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤S1、采集与桥梁结构健康有关的指标数据x；步骤S2、对所述指标数据x进行理论计算，根据理论计算结果给定分级标度并对所述指标数据x的隶属度划分等级，得出所述指标数据x的隶属度等级表；步骤S3、计算所述指标数据x的隶属度函数的参数，并确定所述指标数据x在不同的隶属度等级时对应的隶属度函数；步骤S4、将所述指标数据x代入到所述隶属度函数中，计算出所述指标数据x在不同等级时的隶属度值，并对所述指标数据x在不同等级时的隶属度值进行归一化处理，得出所述指标数据x的评估分值；步骤S5、根据所述指标数据x的评估分值，在所述指标数据x的隶属度等级表中查出所述指标数据x所属的隶属度等级。2.根据权利要求1所述的桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述指标数据x可为被监测桥梁的结构内力、结构变形、结构温度梯度、风荷载或塔顶纵向挠度。3.根据权利要求1或2所述的桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述分级标度包括a1、a2和a3，得到的隶属度等级表包括A、B、C和D四个等级，且等级为A时，所述指标数据x对应的指标区间为：x＞a1；等级为B时，所述指标数据x对应的指标区间为：a2＜x≤a1；等级为C时，所述指标数据x对应的指标区间为：a3＜x≤a2；等级为D时，所述指标数据x对应的指标区间为：x＜a3。4.根据权利要求3所述的桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述指标数据x的隶属度函数的参数包括a、b、c、d和σ。5.根据权利要求4所述的桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，其特征在于，在所述步骤S4中，利用模糊推理规则得出所述指标数据x的评估分值。6.根据权利要求5所述的桥梁结构健康监测指标的隶属度评估方法，其特征在于，在所述步骤S4中，先利用第一隶属度函数对所述指标数据x的最大值x1和平均值x2进行模糊化处...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗艳利，查正军，杨斌，李军，张洪涛，张欢，
申请(专利权)人：上海巨一科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31