【技术实现步骤摘要】
一种基于堆叠自编码器的分布式应变微小裂缝检测系统及方法
本专利技术属于模式识别领域,具体涉及一种基于堆叠自编码器的分布式应变微小裂缝检测系统及方法。
技术介绍
裂缝检测一直是结构健康监测领域中的重要课题。裂缝检测方法包含了人工观测的方法和无损检测方法。人工观测的方法需要专门的维护人员使用专业的工具进行定期检查,该方法效率低、主观性强。无损检测方法主要通过超声波、X射线、探地雷达以及摄像机等获得的数据对结构体裂缝进行检测。这些传感器都是点对点传感器,无法针对结构体的整体数据进行测量,容易遗漏裂缝。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于堆叠自编码器的分布式应变微小裂缝检测系统及方法,以克服上述现有技术存在的缺陷,本专利技术能够对结构体的整体应变数据进行有效的采集,结构体整体应变数据进行裂缝检测,显著改善了裂缝检测的正确率,提升裂缝检测的检测效果,为结构健康监测提供了一种高效的裂缝检测方案。为达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种基于堆叠自编码器的分布式应变微小裂缝检测系统,包括:应变序列采集模块,用于对结构体表面的分布式应变进行采集;应变序列预处理模块:用于将采集所得的应变序列进行z-score标准化并截取为应变子序列;基于堆叠自编码器的特征自学习与表征模块:用于提取所划分的应变子序列的特征;Softmax分类识别模块,用于对提取到的子序列特征进行二分类,判别每一个子序列属于裂缝子序列和非裂缝子序列的概率;进一步地,应变序列采集模块:将光纤传感器敷设于 ...
【技术保护点】
1.一种基于堆叠自编码器的分布式应变微小裂缝检测系统,其特征在于,包括:/n应变序列采集模块:用于对结构体表面的分布式应变进行采集;/n应变序列预处理模块:用于将采集所得的分布式应变进行z-score标准化并截取为应变子序列;/n基于堆叠自编码器的特征自学习与表征模块:由3个自动编码器模块构成,用于提取所划分的应变子序列的特征,输入为应变子序列,输出为应变子序列的特征;/nSoftmax分类识别模块,用于对提取到的子序列特征进行二分类,判别每一个子序列属于裂缝子序列和非裂缝子序列的概率。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于堆叠自编码器的分布式应变微小裂缝检测系统,其特征在于,包括:
应变序列采集模块:用于对结构体表面的分布式应变进行采集;
应变序列预处理模块:用于将采集所得的分布式应变进行z-score标准化并截取为应变子序列;
基于堆叠自编码器的特征自学习与表征模块:由3个自动编码器模块构成,用于提取所划分的应变子序列的特征,输入为应变子序列,输出为应变子序列的特征;
Softmax分类识别模块,用于对提取到的子序列特征进行二分类,判别每一个子序列属于裂缝子序列和非裂缝子序列的概率。
2.根据权利要求1所述的一种基于堆叠自编码器的分布式应变裂缝检测系统,其特征在于,应变序列采集模块具体为:将光纤传感器敷设于结构体表面,使用基于BOTDA的分布式光纤传感系统对结构体表面的分布式应变进行采集。
3.根据权利要求1所述的一种基于堆叠自编码器的分布式应变裂缝检测系统,其特征在于,应变序列预处理模块包括z-score标准化模块和滑窗模块;
z-score标准化模块将应变序列标准化为0均值1标准差的数据;
滑窗模块通过长度为21,步长为1的滑动窗口将标准化后的应变序列截取了一组长度都是21的应变子序列。
4.根据权利要求1所述的一种基于堆叠自编码器的分布式应变裂缝检测系统,其特征在于,基于堆叠自编码器的特征自学习与表征模块由3个自动编码器模块构成,用于提取所划分的应变子序列的特征,自动编码器模块将输入数据x,特征h与输出之间的关系表示为fθ(·)和gθ'(·)两个函数,具体如下所示:
h=fθ(x)=sf(Wx+bh)
其中,W和bh分别为输入数据x和特征h之间的连接矩阵和偏置向量,WT和bv分别为特征h和输出之间的连接矩阵和偏置向量,WT为W的转置矩阵,sf和sg为激活函数;
基于堆叠自编码器的特征自学习与表征模块的过程具体如下所示:
hi=sf(Wixi+bh,i)
其中,xi,hi,分别为第i个自动编码器模块的输入数据x、特征h与输出且i=1,2,…,n,Wi和WiT为其连接权重矩阵,bh,i和bv,i为其偏置向量,xi=hi-1,sf和sg为激活函数。
5.一种基于堆叠自编码器的分布式应变裂缝检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:对结构体表面的分布式应变进行采集;
步骤2:将采集所得的分布式应变进行z-score标准化并截取为应变子序列;
步骤3:使用基于堆叠自编码器的神经网络自动学习表征应变子序列的特征;
步骤4:采用Softmax分类器实现对提取到的应变子序列的特征进行二分类,完成裂缝检测。
6.根据权利要求5所述的一种基于堆叠自编码器的分布式应变裂缝检测方法,其特征在于,步骤1中应变序列采集具体过程为:将光纤传感器通过环氧树脂粘附于结构体表面,光纤的两端接于基于BOTDA的分布式光纤传感系统,基于BOTDA的分布式光纤传感系统通过两个光源泵浦光和探测光测量光纤的布里渊频移,通过布里渊频移与应变的线性关系得到结构体表面的分布式应变。
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